معلومة

ب 7. آليات الكم (TBD) - علم الأحياء


ب 7. آليات الكم (يتم تحديدها لاحقًا)

ب 7. آليات الكم (TBD) - علم الأحياء

يتم توفير جميع المقالات المنشورة بواسطة MDPI على الفور في جميع أنحاء العالم بموجب ترخيص وصول مفتوح. لا يلزم الحصول على إذن خاص لإعادة استخدام كل أو جزء من المقالة المنشورة بواسطة MDPI ، بما في ذلك الأشكال والجداول. بالنسبة للمقالات المنشورة بموجب ترخيص Creative Common CC BY ذي الوصول المفتوح ، يمكن إعادة استخدام أي جزء من المقالة دون إذن بشرط الاستشهاد بالمقال الأصلي بوضوح.

تمثل الأوراق الرئيسية أكثر الأبحاث تقدمًا مع إمكانات كبيرة للتأثير الكبير في هذا المجال. يتم تقديم الأوراق الرئيسية بناءً على دعوة فردية أو توصية من قبل المحررين العلميين وتخضع لمراجعة الأقران قبل النشر.

يمكن أن تكون ورقة الميزات إما مقالة بحثية أصلية ، أو دراسة بحثية جديدة جوهرية غالبًا ما تتضمن العديد من التقنيات أو المناهج ، أو ورقة مراجعة شاملة مع تحديثات موجزة ودقيقة عن آخر التقدم في المجال الذي يراجع بشكل منهجي التطورات الأكثر إثارة في العلم. المؤلفات. يوفر هذا النوع من الأوراق نظرة عامة على الاتجاهات المستقبلية للبحث أو التطبيقات الممكنة.

تستند مقالات اختيار المحرر على توصيات المحررين العلميين لمجلات MDPI من جميع أنحاء العالم. يختار المحررون عددًا صغيرًا من المقالات المنشورة مؤخرًا في المجلة ويعتقدون أنها ستكون مثيرة للاهتمام بشكل خاص للمؤلفين أو مهمة في هذا المجال. الهدف هو تقديم لمحة سريعة عن بعض الأعمال الأكثر إثارة المنشورة في مجالات البحث المختلفة بالمجلة.


مراجعة أكسفورد أجوبة العلم

مرحبًا بك في صفحة الويب الخاصة بإجابات مراجعة أكسفورد. ستجد هنا جميع الإجابات على الأنشطة وأسئلة التدريب الخاصة بأسلوب الاختبار الواردة في عناوين Oxford Revise Science.

انقر على أغلفة كتب GCSE أدناه للحصول على روابط الفصل.

Oxford Revise AQA GCSE Physics Higher

الفصل الأول: مخازن وتحويلات الطاقة
الفصل الثاني: نقل الطاقة بالتسخين
الفصل الثالث: موارد الطاقة الوطنية والعالمية
الفصل الرابع: التزويد بالكهرباء
الفصل الخامس: الدوائر الكهربائية
الفصل 6: طاقة المادة
الفصل السابع: الذرات
الفصل الثامن: الإشعاع
الفصل التاسع: القوات
الفصل العاشر: الضغط في السوائل والغازات
الفصل 11: السرعة
الفصل 12: قوانين نيوتن للحركة
الفصل الثالث عشر: الكبح والزخم
الفصل الرابع عشر: الموجات الميكانيكية
الفصل الخامس عشر: الموجات الكهرومغناطيسية
الفصل السادس عشر: النور والأصوات
الفصل السابع عشر: المغناطيسات والمغناطيسات الكهربائية
الفصل الثامن عشر: الكمون المستحثة والمحولات
الفصل 19: الفضاء

Oxford مراجعة AQA GCSE الكيمياء العليا

الفصل الأول: الذرة
الفصل 2: ​​الرابطة التساهمية
الفصل 3: الهيكل والترابط الأيوني والمعدني
الفصل 4: الجدول الدوري
الفصل الخامس: المعادن الانتقالية وتكنولوجيا النانو
الفصل السادس: الكيمياء الكمية 1
الفصل السابع: الكيمياء الكمية 2
الفصل الثامن: تفاعلات المعادن
الفصل التاسع: تفاعلات الأحماض
الفصل العاشر: التحليل الكهربائي
الفصل 11: تغييرات الطاقة
الفصل 12: الأسعار
الفصل 13: التوازن
الفصل الرابع عشر: الزيت الخام والوقود
الفصل الخامس عشر: التفاعلات العضوية
الفصل السادس عشر: البوليمرات
الفصل السابع عشر: التحليل الكيميائي
الفصل 18: الغلاف الجوي للأرض
الفصل التاسع عشر: استخدام موارد الأرض
الفصل 20: صنع مواردنا

مراجعة أكسفورد AQA GCSE Biology Higher

الفصل 1: بيولوجيا الخلية
الفصل 2: ​​نقل الخلايا
الفصل 3: انقسام الخلية
الفصل الرابع: التنظيم في الحيوانات
الفصل الخامس: الإنزيمات
الفصل السادس: التنظيم في النباتات
الفصل السابع: انتشار الأمراض
الفصل الثامن: الوقاية من المرض وعلاجه
الفصل التاسع: الأجسام المضادة وحيدة النسيلة
الفصل العاشر: الأمراض غير المعدية
الفصل 11: التمثيل الضوئي
الفصل الثاني عشر: التنفس
الفصل الثالث عشر: الجهاز العصبي واستتباب الأمبير
الفصل الرابع عشر: التنسيق الهرموني
الفصل 15: التغيير
الفصل السادس عشر: الاستنساخ
الفصل 17: التطور
الفصل 18: التكيف
الفصل 19: تنظيم النظام البيئي
الفصل العشرون: البشر والتنوع البيولوجي

Oxford Revise AQA GCSE Combined Science Higher

B1: هيكل الخلية
B2: النقل الخلوي
B3: انقسام الخلايا
B4: التنظيم في الحيوانات
B5: الإنزيمات
B6: التنظيم في النباتات
ب 7: انتشار الأمراض
B8: الوقاية من المرض وعلاجه
B9: الأمراض غير المعدية
B10: التمثيل الضوئي
B11: التنفس
B12: الجهاز العصبي والتوازن
B13: التنسيق الهرموني
B14: التغيير
B15: التكاثر
B16: التطور
B17: التكيف
B18: البشر والنظام البيئي

C1: الذرة
C2: الترابط التساهمي
C3: الترابط الأيوني والمعدني والهيكل
C4: الجدول الدوري
C5: الكيمياء الكمية
C6: تفاعلات المعادن
C7: تفاعلات الأحماض
C8: التحليل الكهربائي
C9: تغيرات الطاقة
C10: معدل التفاعل
C11: التوازن
C12: النفط الخام والوقود
C13: التحليل الكيميائي
C14: الغلاف الجوي للأرض
C15: استخدام موارد الأرض

ع 1: مخازن وتحويلات الطاقة
P2: موارد الطاقة الوطنية والعالمية
P3: إمداد الكهرباء
P4: الدوائر الكهربائية
P5: طاقة المادة
P6: الذرات
س 7: إشعاع نووي
P8: القوات
ص 9: السرعة
م 10: قوانين نيوتن للحركة
ص 11: موجات ميكانيكية
س 12: الموجات الكهرومغناطيسية
ص 13: المغناطيسات والمغناطيسات الكهربائية

Oxford Revise AQA GCSE مؤسسة العلوم المشتركة

B1: هيكل الخلية
B2: النقل الخلوي
B3: انقسام الخلية
B4: المنظمات في الحيوانات
B5: الإنزيمات
B6: تنظيم النباتات
ب 7: انتشار الأمراض
B8: الوقاية من الأمراض وعلاجها
B9: الأمراض غير المعدية
B10: التمثيل الضوئي والتنفس
B11: الجهاز العصبي والتوازن
B12: التنسيق الهرموني
B13: التغيير
B14: التكاثر
B15: التطور
B16: التكيفات
B17: تنظيم نظام بيئي
B18: البشر والتنوع البيولوجي

C1: الذرة
C2: الترابط التساهمي
C3: الترابط الأيوني والمعدني والهيكل
C4: الجدول الدوري
C5: الكيمياء الكمية
C6: تفاعل كيميائي
C7: التحليل الكهربائي
C8: تغيرات الطاقة
C9: معدل التفاعل
C10: التوازن
C11: النفط الخام والوقود
C12: التحليل الكيميائي
C13: الغلاف الجوي للأرض
C14: استخدام موارد الأرض

ع 1: مخازن وتحويلات الطاقة
P2: موارد الطاقة الوطنية والعالمية
P3: إمداد الكهرباء
P4: الدوائر الكهربائية
P5: طاقة المادة
P6: الذرات
س 7: إشعاع نووي
P8: القوات
ص 9: السرعة
م 10: قوانين نيوتن للحركة
ص 11: موجات
ص 12: المغناطيسات والمغناطيسات الكهربائية

أكسفورد تراجع AQA كيمياء المستوى

الفصل الأول: التركيب الذري
الفصل الثاني: مقدار المادة
الفصل الثالث: الترابط
الفصل الرابع: علم الطاقة والحركية
الفصل الخامس: معادلات التوازن الكيميائي والاختزال
الفصل السادس: الديناميكا الحرارية
الفصل السابع: معادلات المعدل ومتوازن
الفصل الثامن: الجهد الكهربائي والخلايا الكهروكيميائية
الفصل التاسع: الأحماض والقواعد
الفصل العاشر: الجدول الدوري
الفصل الحادي عشر: فترة 3 عناصر وأكاسيدها
الفصل الثاني عشر: المعادن الانتقالية
الفصل الثالث عشر: تفاعلات الأيونات في محلول مائي
الفصل الرابع عشر: مقدمة في الكيمياء العضوية
الفصل الخامس عشر: الألكانات
الفصل السادس عشر: الهالوجين ألكانات
الفصل السابع عشر: الألكينات والكحول
الفصل الثامن عشر: التحليل العضوي
الفصل التاسع عشر: التماثل البصري
الفصل العشرون: الألدهيدات والكيتونات والأحماض الكربوكسيلية
الفصل الحادي والعشرون: الكيمياء العطرية والأمينات والبوليمرات
الفصل الثاني والعشرون: الأحماض الأمينية والبروتينات والحمض النووي
الفصل الثالث والعشرون: التركيب العضوي
الفصل الرابع والعشرون: الرنين المغناطيسي النووي واللوني
أسئلة متعددة الخيارات

Oxford مراجعة AQA A Level Biology

الفصل الأول: الجزيئات البيولوجية
الفصل الثاني: البروتينات والإنزيمات
الفصل الثالث: النيوكليوتيدات والأحماض النووية
الفصل 4: ATP والماء والأيونات غير العضوية
الفصل الخامس: تركيب الخلية والمجاهر
الفصل السادس: الانقسام الخيطي ودورة الخلية
الفصل 7: النقل عبر أغشية الخلايا
الفصل الثامن: جهاز المناعة
الفصل التاسع: تبادل الغازات
الفصل العاشر: تبادل المواد
الفصل 11: النقل الجماعي
الفصل الثاني عشر: تخليق الدنا والبروتين
الفصل 13: الاختلاف الجيني والتكيف
الفصل 14: التنوع البيولوجي للأنواع
الفصل 15: التمثيل الضوئي
الفصل السادس عشر: التنفس
الفصل السابع عشر: عمليات نقل الطاقة ودورات المغذيات
الفصل 18: الردود على المنبهات
الفصل التاسع عشر: التنسيق العصبي
الفصل 20: الاستتباب
الفصل الحادي والعشرون: الميراث
الفصل الثاني والعشرون: السكان والتطور
الفصل الثالث والعشرون: التعبير الجيني
الفصل الرابع والعشرون: التقنيات الجينية

Oxford مراجعة AQA A Level Physics

الفصل الأول: القياسات والأخطاء
الفصل الثاني: الجزيئات والإشعاع
الفصل 3: خصائص الجسيمات
الفصل الرابع: الموجات التقدمية والثابتة
الفصل الخامس: الانعكاس والانعراج والتداخل
الفصل 6: القوة والطاقة والزخم 1
الفصل السابع: القوة والطاقة والزخم 2
الفصل الثامن: المواد
الفصل التاسع: الكهرباء الحالية
الفصل العاشر: الدوائر
الفصل 11: حركة دائرية
الفصل 12: حركة توافقية بسيطة
الفصل الثالث عشر: الفيزياء الحرارية
الفصل الرابع عشر: مجالات الجاذبية
الفصل الخامس عشر: المجالات الكهربائية
الفصل السادس عشر: السعة
الفصل السابع عشر: المجالات المغناطيسية
الفصل الثامن عشر: الحث الكهرومغناطيسي
الفصل التاسع عشر: النشاط الإشعاعي
الفصل العشرون: الطاقة النووية
الفصل 21: التلسكوبات
الفصل الثاني والعشرون: النجوم وعلم الكونيات
الفصل الثالث والعشرون: فيزياء العين والأذن
الفصل الرابع والعشرون: التصوير الطبي
الفصل الخامس والعشرون: ديناميات الدوران
الفصل السادس والعشرون: الديناميكا الحرارية والمحركات
الفصل السابع والعشرون: اكتشاف الإلكترون
الفصل الثامن والعشرون: ثنائية الموجة والجسيم والنسبية الخاصة
الفصل التاسع والعشرون: أجهزة أشباه الموصلات المنفصلة
الفصل 30: الإشارات التناظرية والرقمية
أسئلة متعددة الخيارات

أكسفورد تنقيح OCR A Level Biology

أسئلة متعددة الخيارات
الفصل 2: ​​هيكل الخلية
الفصل الثالث: الجزيئات البيولوجية
الفصل الرابع: النيوكليوتيدات والأحماض النووية
الفصل الخامس: الإنزيمات
الفصل السادس: أغشية البلازما
الفصل السابع: انقسام الخلية وتنوعها وتنظيمها
الفصل الثامن: تبادل الغازات
الفصل التاسع: النقل في الحيوانات
الفصل العاشر: النقل في النباتات
الفصل الحادي عشر: الأمراض المعدية
الفصل 12: التنوع البيولوجي
الفصل الثالث عشر: التصنيف والتطور
الفصل الرابع عشر: التواصل والتوازن
الفصل الخامس عشر: الإخراج
الفصل السادس عشر: التواصل العصبي
الفصل 17: الهرمونات
الفصل الثامن عشر: استجابات النبات والحيوان
الفصل التاسع عشر: التمثيل الضوئي
الفصل العشرون: التنفس
الفصل 21: التحكم الخلوي
الفصل الثاني والعشرون: أنماط الميراث
الفصل الثالث والعشرون: التلاعب بالجينومات
الفصل الرابع والعشرون: الاستنساخ والتكنولوجيا الحيوية
الفصل الخامس والعشرون: النظم البيئية والسكان والاستدامة

أكسفورد تنقيح OCR كيمياء المستوى

الفصل الثاني: أسس في الكيمياء
الفصل 3: تفاعلات الحمض القاعدي والاختزال
الفصل الرابع: الإلكترونات والترابط والبنية
الفصل الخامس: الجدول الدوري والتواتر
الفصل 6: المجموعة 2 والهالوجينات
الفصل السابع: التحليل النوعي
الفصل 8: تغييرات المحتوى الحراري
الفصل 9: معدلات التفاعل والتوازن
الفصل العاشر: المفاهيم الأساسية للكيمياء العضوية
الفصل 11: الهيدروكربونات
الفصل الثاني عشر: الكحوليات والهالو ألكانات
الفصل الثالث عشر: التركيب العضوي
الفصل الرابع عشر: تقنيات التحليل (IR و MS)
الفصل الخامس عشر: معدلات التفاعل والتوازن
الفصل 16: الأس الهيدروجيني والمخازن المؤقتة
الفصل السابع عشر: المحتوى الحراري والإنتروبيا والطاقة الحرة
الفصل الثامن عشر: إمكانات الأكسدة والاختزال والإلكترود
الفصل التاسع عشر: عناصر الانتقال
الفصل العشرون: المركبات العطرية
الفصل الحادي والعشرون: مركبات الكربونيل
الفصل الثاني والعشرون: الأحماض الكربوكسيلية والإسترات
الفصل الثالث والعشرون: مركبات النيتروجين
الفصل 24: البوليمرات
الفصل الخامس والعشرون: التركيب العضوي
الفصل السادس والعشرون: الكروماتوغرافيا والتحليل الطيفي
أسئلة متعددة الخيارات

أكسفورد تنقيح OCR A Level Physics

الفصل الثالث: عمل القياسات وتحليل البيانات
الفصل الرابع: طبيعة الكميات
الفصل الخامس: الحركة
الفصل السادس: القوى العاملة
الفصل السابع: طاقة العمل وقوته
الفصل الثامن: المواد
الفصل التاسع: قوانين نيوتن للحركة والزخم
الفصل العاشر: الشحن والتيار
الفصل الحادي عشر: الطاقة والقوة والمقاومة
الفصل الثاني عشر: الدوائر الكهربائية
الفصل الثالث عشر: الانكسار والانعراج والتداخل
الفصل الرابع عشر: فيزياء الكم
الفصل الخامس عشر: الفيزياء الحرارية
الفصل السادس عشر: دائرية الحركة
الفصل السابع عشر: التذبذبات
الفصل الثامن عشر: مجالات الجاذبية
الفصل التاسع عشر: الفيزياء الفلكية وعلم الكونيات
الفصل العشرون: المكثفات
الفصل الحادي والعشرون: المجالات الكهربائية
الفصل الثاني والعشرون: الكهرومغناطيسية
الفصل الثالث والعشرون: الفيزياء النووية والجسيمات
الفصل الرابع والعشرون: التصوير الطبي
أسئلة متعددة الخيارات


ب 7. آليات الكم (TBD) - علم الأحياء

A pplied M ath & amp S tatistics
(الاعتمادات / قسم / الدورة # / الموضوع)
كيمياء
(الاعتمادات / قسم / الدورة # / الموضوع)
الفيزياء
(الاعتمادات / قسم / الدورة # / الموضوع)
3 AMS 533 Num Methd Algs CompBio 3 AMS 533 Num Methd Algs Comp Bio (elec) 0-2 PHY 600 تعليم
3 XXX XXX اختياري 3 CHE 523 الكيميائية الحرارية (كهربائي) 0-3 PHY 540 ستات ميك
3 AMS 599 بحث 3 CHE 536 النمذجة الجزيئية Biomol
3 PHY 512 ميكانيكا الكم 2
3 AMS 537 دين الأحياء وشبكة أمبير * 3 CHE 559 دين الأحياء وشبكة أمبير 3 PHY 559 دين الأحياء وشبكة أمبير
0-3 AMS 531 تعفن المختبر * 0-3 AMS 531 تعفن المختبر 0-1 PHY 665 نادي J (يشمل الأخلاق)
0-1 AMS 532 نادي J (يشمل الأخلاق) * 0-1 AMS 532 نادي J (يشمل الأخلاق)
0-1 PHY 561 iBIO-Intro Biology
0-1 PHY 561 iBIO- مقدمة السيرة الذاتية 0-1 PHY 561 iBIO- مقدمة السيرة الذاتية
B iochemistry & amp S tructural B iology
(الاعتمادات / قسم / الدورة # / الموضوع)
M olecular & amp C ellular B iology
(الاعتمادات / القسم / الدورة # / الموضوع)
B io m edical E ngineer
(الاعتمادات / قسم / الدورة # / الموضوع)
2 BSB 512 Strc Bio & amp Spectroscopy 2 BSB 512 Strc Bio & amp Spectroscopy 3 BME 502 الطرق العددية المتقدمة
1 BSB 602 ندوة في الكيمياء الحيوية 1 MCB 602 الندوة مول الخلية الحيوية 3 BME 509 صناعة Fundam Biosci
1-6 BSB 510 تعفن المختبر 1-4 MCB 510 تعفن المختبر 3 BME 521 تعفن المختبر
1 BSB 532 نادي J X MCB 532 ندوة Mol Cell Bio- J Club 3 BME XXX اختياري تقني
0 السيرة الذاتية 600 تعليم 0 السيرة الذاتية 600 تعليم
1-4 MCB 656 بيولوجيا الخلية (أو كهربائي) 4 MCB 656 بيولوجيا الخلية
1-12 MCB 599 بحث
0 MCB 604 ندوة طلاب Grd Res

A pplied M ath & amp S tatistics
(الاعتمادات / القسم / الدورة # / الموضوع)
كيمياء
(الاعتمادات / قسم / الدورة # / الموضوع)
الفيزياء
(الاعتمادات / قسم / الدورة # / الموضوع)
3 AMS 507 احتمالا 3 XXX XXX اختياري 0-3 PHY 584 تعفن المختبر
3 PHY 558 فيز كيم و أمبير بيو (إلكت) 3 XXX XXX اختياري 3 PHY 558 فيز كيم وبيو
3 CHE 541 الكيمياء الحيوية 3 CHE 558 فيز كيم وبيو
3 CHE 541 الكيمياء الحيوية
0-1 AMS 532 نادي J * 0-1 AMS 532 نادي J
0-1 PHY 665 نادي J
B iochemistry & amp S tructural B iology
(الاعتمادات / قسم / الدورة # / الموضوع)
M olecular & amp C ellular B iology
(الاعتمادات / القسم / الدورة # / الموضوع)
B io m edical E ngineer
(الاعتمادات / القسم / الدورة # / الموضوع)
1 BSB 601 ندوة في الكيمياء الحيوية 3 MCB 657 مبادئ التنمية (1) * 3 BME 526 هندسة النظم البيولوجية
1-12 BSB 599 بحث 3 HPH 533 علم المناعة Grd 3 BME 599 بحث
0 السيرة الذاتية 600 تعليم 1 MCB 531 نادي Sem Mol Cell Bio-J (1،2) * 3 XXX XXX اختياري
3 MCB 503 علم الوراثة المولي (أو الكهرباء) 1 HPH 691 جيه كلوب (3) * 3 CHE 558 فيز كيم وبيو
1 JRN 503 iCOMl-Improv for Sci ** 1 MCB 601 الندوة مول الخلية الحيوية
3 CHE 558 فيز كيم و أمبير بيو (إلكت) 1-12 MCB 599 بحث

A pplied M ath & amp S tatistics
(الاعتمادات / القسم / الدورة # / الموضوع)
كيمياء
(الاعتمادات / القسم / الدورة # / الموضوع)
الفيزياء
(الاعتمادات / القسم / الدورة # / الموضوع)
3 AMS 699 بحث X CHE 694 ندوة 0-3 PHY 584 تعفن المختبر
X XXX XXX اختياري X XXX XXX اختياري X XXX XXX اختياري
X XXX XXX اختياري X XXX XXX اختياري X XXX XXX اختياري
3 JRN 565 توصيل العلم الخاص بك 3 JRN 565 توصيل العلم الخاص بك 3 JRN 565 توصيل العلم الخاص بك
B iochemistry & amp S tructural B iology
(الاعتمادات / قسم / الدورة # / الموضوع)
M olecular & amp C ellular B iology
(الاعتمادات / قسم / الدورة # / الموضوع)
B io m edical E ngineer
(الاعتمادات / القسم / الدورة # / الموضوع)
1 BSB 602 ندوة في الكيمياء الحيوية 3 HBP 531 أحياء عامة (3) * 3 BME 572 التحليل الجزيئي الحيوي
1-12 BSB 599 بحث 1 MCB 532 نادي Sem Mol Cell Bio-J (1،2) * 6 BME 599 بحث
1 BSB 532 نادي J 1-12 MCB 599 بحث
1-3 XXX XXX اختياري 1 MCB 602 الندوة مول الخلية الحيوية
0 GRD 500 RCR (أو أخلاقيات الندوة) 0-1 GRD 500 RCR (الأخلاق)
3 CHE 559 دين وشبكة أمبير الأحياء (الكهرباء)
3 CHE 559 Dyn & amp Network (4 ، كهرباء)
1 JRN 501 iCOM2- تقطير الرسائل الخاصة بك ** 1-3 XXX XXX اختياري (1،2) *
1 JRN 502 iCOM2- كتابة العلوم *** 3 JRN 565 توصيل العلم (4)
3 XXX XXX اختياري 3 XXX XXX اختياري
الاختيارية: انظر دليل BSB الاختيارية: انظر كتيب MCB الاختيارية: إجمالي 6 مواد اختيارية ، 3 منها يجب أن تكون BME

* AMS 531 مدرج في القائمة مع PHY 584

* AMS 532 مدرج في القائمة مع PHY 665

* AMS 535 مدرج في القائمة مع 535 هكم

* AMS 537 مدرج في القائمة مع 559 هكم وأمبير PHY 559

* تم تقديم أوراق AMS 539

لا يبدأ طلاب الفيزياء بالتناوب المخبري حتى السنة الثانية.

الوصف بالطبع

AMS 507: مقدمة في الاحتمالية

تشمل الموضوعات فضاءات العينة ، وبديهيات الاحتمال ، والاحتمال الشرطي والاستقلالية ، والمتغيرات العشوائية المنفصلة والمتواصلة ، والمتغيرات العشوائية الموزعة بشكل مشترك ، وخصائص المتغيرات العشوائية ، وقانون الأعداد الكبيرة ، ونظرية الحد المركزي ، وسلاسل ماركوف.

AMS 510: الطرق التحليلية للرياضيات التطبيقية والإحصاء

مراجعة تقنيات حساب التفاضل والتكامل متعدد المتغيرات ، والتقارب والحدود ، وتحليل المصفوفة ، وأساسيات فضاء المتجهات ، ومضاعفات لاجرانج.

متطلب سابق: مقرر في الجبر الخطي وحساب التفاضل والتكامل متعدد المتغيرات

الخريف ، 3 ساعات معتمدة ، درجة الرسالة

AMS 530: مبادئ الحوسبة المتوازية

تم تصميم هذه الدورة لكل من العلماء الأكاديميين والصناعيين المهتمين بالحوسبة المتوازية وتطبيقاتها في المشكلات العلمية والهندسية على نطاق واسع. يركز على القضايا الرئيسية الثلاث في الحوسبة المتوازية: تحليل الأجهزة المتوازية وأنظمة البرمجيات ، وتصميم وتنفيذ الخوارزميات المتوازية ، وتطبيقات الحوسبة المتوازية لمشاكل مختارة في العلوم الفيزيائية والهندسة. يركز المساق على الممارسة العملية وفهم المفاهيم الحسابية للحوسبة المتوازية.

متطلب سابق: دورة في علوم الكمبيوتر الأساسية مثل أنظمة التشغيل أو البنى أو بعض الخبرة في البرمجة.

الربيع ، 3 ساعات معتمدة ، درجة الرسالة

AMS 531: دورات المختبر ونادي المجلات في علم الأحياء الحسابي

هذه دورة من فصلين دراسيين يتم فيها الحصول على درجة الدكتوراه في السنة الأولى. يقضي الطلاب ما لا يقل عن 8 أسابيع في كل من ثلاثة مختبرات مختلفة يشاركون بنشاط في أبحاث كلية البيولوجيا الحاسوبية المشاركة. في نهاية كل دورة ، يقدم الطلاب عرضًا تقديميًا لنشاطاتهم وإنجازاتهم المعملية. الهدف الأساسي من التدوير هو مساعدة الطلاب على اختيار مستشار بحث ومساعدة أعضاء هيئة التدريس في اختيار الطلاب. يسجل الطلاب في AMS 531 في كل من فصلي الخريف والربيع من السنة الأولى.

0-3 وحدات ، تقدير S / U ، يمكن أن تتكرر للحصول على الائتمان.

AMS 532: دورات المختبر ونادي المجلات في علم الأحياء الحسابي

الهدف من هذه الدورة هو أن يقوم الطلاب بصقل مهارات القراءة والتحليل النقدية من خلال مناقشات الأدب في مجال علم الأحياء الحسابي. يأخذ المشاركون دورهم في كونهم "قائد مناقشة" يوجه المجموعة بشكل غير رسمي من خلال مخطوطة تمت مراجعتها من قبل الزملاء والتي سيتعين على جميع أعضاء Journal Club قراءتها قبل الاجتماع. ستشمل الاجتماعات في فصل الربيع تدريب الأفراد (IPT) في السلوك المسؤول للبحث والمنح الدراسية (RCRS) حول الموضوعات التي تشمل (1) النزاهة في المنح الدراسية ، (2) سوء السلوك العلمي ، (3) التوجيه ، (4) الملكية و التأليف ، (5) الانتحال ، (6) إدارة البيانات ، (7) الصحافة والعلوم ، (8) الموضوعات البشرية ، (9) حيوانات المختبر.

0-1 وحدات ، تقدير S / U ، يمكن أن تتكرر للحصول على الائتمان.

AMS 533: الخوارزميات وصنع النماذج

مسح متعمق للعديد من التقنيات الرئيسية المستخدمة في جوانب متنوعة من علم الأحياء الحسابي. ينصب التركيز الرئيسي لهذا الفصل على كيفية صياغة بيان للمشكلة التي سيتم حلها بنجاح ، وكيف يمكن أن ترشد هذه الصياغة في اختيار النهج الحسابي الأنسب. سيتم استخلاص أمثلة من مجموعة واسعة من المشاكل في علم الأحياء ، بما في ذلك النمذجة الجزيئية ، وشبكات التفاعل الكيميائي الحيوي ، والفحص المجهري وبيولوجيا الأنظمة. لا يلزم معرفة مسبقة بالبيولوجيا.

AMS 534: مقدمة في بيولوجيا الأنظمة

هذا المساق موجه نحو تدريس المفاهيم الأساسية والمهارات الحسابية في بيولوجيا الأنظمة. تتركز الدورة على لغتين أساسيتين من لغات البرمجة: Matlab لتطبيقات النمذجة ولغة R للتحليل الإحصائي ومعالجة التسلسل.

الربيع ، 3 ساعات معتمدة ، درجة الرسالة

AMS / CHE 535: علم الأحياء الإنشائي الحسابي

ستوفر هذه الدورة مقدمة في علم الأحياء الهيكلية الحسابي مع تطبيقه على تصميم الأدوية. سيتم التأكيد على الطرق والتطبيقات التي تستخدم الحساب لنمذجة النظم البيولوجية المشاركة في الأمراض البشرية. تهدف الدورة إلى تعزيز التعلم التعاوني وستتألف من عروض تقديمية من قبل المدرب والمحاضرين الضيوف والمشاركين في الدورة بهدف تلخيص الأساليب والموضوعات والأوراق الرئيسية ذات الصلة بالبيولوجيا الهيكلية الحاسوبية. يتم تقديم هذه الدورة التدريبية على أنها كلا من 535 هكم و AMS 535.

تقع ، 0-3 ساعات معتمدة ، درجة الرسالة

AMS 536: النمذجة الجزيئية للجزيئات البيولوجية

تم تصميم هذه الدورة للطلاب الذين يرغبون في اكتساب خبرة في نمذجة الجزيئات البيولوجية على المستوى الذري. بالاقتران مع الاهتمامات الفردية ، يمكن استخدام الميكانيكا الجزيئية أو الديناميكيات الجزيئية أو مونت كارلو أو الإرساء (الفحص الافتراضي) أو حزم برامج ميكانيكا الكم لدراسة الأنظمة (الأنظمة) البيولوجية ذات الصلة. ستتضمن المشاريع الإعداد والتنفيذ والتحليل. سيقدم المشاركون في الدورة عروضًا تقديمية للأدبيات ذات الصلة بعمليات المحاكاة التي يتم إجراؤها وسيتطلب تقرير المشروع النهائي. الإلمام بـ Unix (Linux) مرغوب فيه.

الربيع ، 0-3 ساعات معتمدة ، درجة الرسالة

AMS 537: النماذج الديناميكية لتنظيم الجينات وتشكيل الأنماط البيولوجية

هذه دورة دراسات عليا في النظرية الأساسية للوظيفة الجينية وتكوين الأنماط البيولوجية في نمو الحيوان. يغطي المقرر الدراسي النماذج الديناميكية (تسمى أحيانًا "الفسيولوجية") لهذه العمليات على مجموعة متنوعة من المستويات الرياضية. من الناحية البيولوجية ، سيكون التركيز على الإشريكية القولونية وذبابة الفاكهة ذبابة الفاكهة ، مع مناقشة متأنية للنتائج التجريبية الرئيسية لغير المتخصصين. سوف ندرس استخدام كل من المعادلات التفاضلية القطعية والعشوائية لحل المشكلات العلمية الأساسية مثل قرار تحلل / lysogeny فج لامبدا ، وهندسة دوائر الجينات الاصطناعية ، وتحديد وتنظيم المجال المورفوجيني في تنمية الحيوان ، ولا سيما التجزئة الحقل في ذبابة الفاكهة.

الربيع ، 3 ساعات معتمدة ، درجة الرسالة ، قائمة x مع PHY / CHE 559

AMS 539: iPQB-Intro في علم الأحياء الفيزيائي والكمي

هذه الدورة عبارة عن سلسلة ندوات ينظمها مركز لوفر للبيولوجيا الفيزيائية والكمية وتستهدف أي من طلاب الدراسات العليا القادمين الذين قد يكونون مهتمين بإجراء بحث في علم الأحياء الحسابي أو الرياضي أو الفيزيائي. سيتم تقديم كل ندوة من قبل عضو هيئة تدريس مختلف حول أبحاثهم وستغطي مجموعة من الموضوعات بما في ذلك البيولوجيا الهيكلية الحسابية وعلم الجينوم / المعلوماتية الحيوية والنمذجة الأيضية والتنظيمية وبيولوجيا الخلية الحسابية والنماذج التطورية.

خريف ، 0-1 اعتمادات ، درجات S / U

AMS XXX: البحث أو اللغة الإنجليزية كلغة ثانية

الخريف ، 3 ساعات معتمدة ، درجة الرسالة

BSB 515: الطرق الحسابية في الكيمياء الحيوية والبيولوجيا الإنشائية

تحليل البيانات والإحصاءات باستخدام بيئة البرمجة R والتسلسل والتحليل الرسومي للبروتينات والأحماض النووية. المتطلبات المسبقة: يقتصر هذا الفصل على طلاب السنة الأولى BSB و HBM و MCB PHD و amp HBH PhD. يتطلب الاستثناء موافقة من مدرس الدورة.

504 هكم: التركيب والفاعلية في الكيمياء العضوية

النظريات الإلكترونية والكيميائية الفراغية المتعلقة بالتركيب العضوي والتفاعلات. تتم تغطية موضوعات مثل الترابط ، والانفعال ، والعطرية ، ونظرية MO ، وإعادة الترتيب الجزيئي ، والتفاعلات حول الحلق ، والكيمياء الضوئية. تهدف هذه الدورة إلى توفير أساس المعرفة في مستوى الخريجين المبتدئين كتحضير للمواد المتقدمة في 502 هكم و 503 هكم ، وهي مكملة لـ 501 هكم.

الخريف ، 3 ساعات معتمدة ، درجة الرسالة

523 هكم: الديناميكا الحرارية الكيميائية

تطوير صارم لأساسيات الديناميكا الحرارية وتطبيقها على عدد من الأنظمة التي تهم الكيميائيين ، مثل الخلايا الكهروكيميائية والغازات والتوازن المتجانس وغير المتجانس. كما سيتم تضمين مقدمة في الميكانيكا الإحصائية.

الخريف ، 1-3 وحدات دراسيّة ، درجة الرسالة

528 هكم: ميكانيكا إحصائية

النظرية الإحصائية لأنظمة التوازن وعمليات المعدل. نظرية المجموعات ، وظائف الارتباط المكاني والزمن. نماذج النظم وطرق تقدير خصائصها. مصمم لتمكين الطالب من استخدام الأدبيات الحالية التي تتناول تطبيق الميكانيكا الإحصائية على مشاكل الكيمياء.

الربيع ، 3 ساعات معتمدة ، درجة الرسالة

541 هكم: التركيب والتحليل الجزيئي الحيوي

تم وصف تراكيب الجزيئات البيولوجية وعلاقة تركيبها بالوظيفة البيولوجية. كما تمت مناقشة المنهجية المستخدمة لدراسة الجزيئات الكبيرة. تشمل الموضوعات الخصائص الكيميائية والفيزيائية للخلايا ومكونات الأنسجة ، بما في ذلك الكربوهيدرات والدهون والأحماض النووية والبروتينات والببتيدات. المتطلب السابق: أساس قوي في الكيمياء الفيزيائية والعضوية.

الخريف ، 3 ساعات معتمدة ، درجة الرسالة

542 هكم: علم الأحياء الكيميائي

يتم وصف التفاعل والوظيفة الفسيولوجية للجزيئات البيولوجية الكبيرة والعوامل المساعدة لها على المستوى الكيميائي الحيوي. يعكس التركيز في هذه الدورة التطورات الحديثة في علم الأحياء الكيميائي. تشمل الموضوعات المحتملة المحفزات وآليات التفاعل والعلاقة بين البنية ثلاثية الأبعاد والتفاعلية وتفاعلات مستقبلات ليجند في الإشارات خارج الخلية وداخل الخلايا وطي البروتين في المختبر وفي الجسم الحي.

الربيع ، 3 ساعات معتمدة ، درجة الرسالة

543 هكم: الأساليب الكيميائية في علم الأحياء

استخدام المفاهيم والمنهجيات الجزيئية لحل المشكلات في علم الأحياء والطب. يغطي المقرر طرق توضيح ومراقبة النظم البيولوجية. تشمل الموضوعات المحتملة الجينوميات الكيميائية وعلم الأيض والعلاج الكيميائي.

الخريف ، 3 ساعات معتمدة ، درجة الرسالة

CSE 549: علم الأحياء الحسابي

يركز هذا المقرر على المشكلات الحالية في علم الأحياء الحسابي والمعلوماتية الحيوية. سيكون تركيزنا على الخوارزمية ، على اكتشاف مشاكل الخوارزمية التوافقية المناسبة وتقنيات حلها. ستشمل الموضوعات الأساسية تجميع تسلسل الحمض النووي ، وتجميع تسلسل الحمض النووي / البروتين ، ومقارنة تسلسل الحمض النووي / البروتين ، وتحليل صفيف التهجين ، وطي الحمض النووي الريبي (RNA) ، وطي البروتين ، والأشجار التطورية.

المتطلب السابق: CSE 373 أو CSE 548 أو موافقة المعلم

الخريف ، 3 ساعات معتمدة ، درجة الرسالة

BME 558 / CHE 558 / PHY 558: علم الأحياء الفيزيائي والكمي

هذه دورة حول المبادئ الكمية لعلم الأحياء الفيزيائي. نحن نصف طبيعة القوى والطاقات والنتروبيا التي تدفع الأنظمة الجزيئية والخلوية نحو حالات التوازن. نحن ندرس مجموعة واسعة من التطبيقات في مجالات الكيمياء والبيولوجيا وهندسة المواد وعلم النانو. يهدف هذا المقرر الدراسي إلى إعطاء الطلاب فهمًا لكيفية ظهور تصرفات وسلوكيات المواد والأنظمة البيولوجية من مكوناتها (الذرات أو الجزيئات أو الخلايا). تشمل موضوعات هذه الدورة على سبيل المثال لا الحصر: الزمان والمكان في الخلايا الأساس الهيكلي للبيولوجيا نماذج الذوبان الجزيئي والشبكية للقدرة الكيميائية انتشار الجهد الجماعي والحركية الكيميائية العشوائية الكهروستاتيكية ، الجهد ، ثنائيات الأقطاب ، الإمكانات الكهروكيميائية ، نماذج بواسون بولتزمان وبورن الإمكانات بين الجزيئات ومجالات القوة انتقالات الطور نماذج شعرية وعزل امتزاز تجليد متعدد الحدود تعاونية ملزمة الآلات الجزيئية المحركات الجزيئية وتحويل الطاقة ونقل الطاقة نظرية البوليمر Flory-Huggins رحلات عشوائية المرونة نظرية الملف اللولبي انتقالات الانهيار توازن طي البروتين حركات طي البروتين مساحة تسلسل تطور البروتين مرونة البروتين الميكانيكا البيولوجية للبروتينات الفيزياء الحيوية للخلية استقرار البروتينات ، التجميع ، الحركية تنظيم الجينات السكان والديناميكيات التطورية.

الخريف ، 3 ساعات معتمدة ، درجة الرسالة

559 هكم / PHY 559: بيولوجيا الأنظمة وديناميكيات الشبكة

يقدم هذا المقرر الدراسي أسس بيولوجيا الأنظمة. أولاً ، نناقش الخصائص الديناميكية للشبكات الكيميائية والكيميائية الحيوية ، خاصة في الخلايا. ثانيًا ، نقدم مقدمة واسعة لعلم الشبكات الناشئ بما في ذلك الإنترنت وأنظمة النقل والشبكات الاجتماعية مثل Facebook وشبكات انتشار الأمراض وغيرها. نطبق المبادئ التي تعلمناها من تلك الأنظمة على شبكات التفاعلات الكيميائية الحيوية في الخلايا. هدفنا هو إعداد الطلاب لفهم خصائص الخلايا ومبادئ اكتشاف الأدوية في المستقبل بشكل أفضل. تشمل موضوعات هذه الدورة على سبيل المثال لا الحصر: الحركية الفيزيائية الانتشار / Smoluchowskii الرحلات الجوية العشوائية أوقات الانتظار حركات بواسون براونيان الحركية الكيميائية حالات الانتقال الاستقرار ، التشعبات ، تطوير الأنماط الضوضاء في الخلايا: التغذية المرتدة الجوهرية والخارجية المذبذبات البيولوجية التكرار ، مضاعفة الفترة ، الفوضى الشبكات الطبولوجيا توزيع الدرجات ، بين نماذج الشبكات: Erdos-Renyi ، بدون مقياس ، اجتماعي ، Watts-Strogatz ، العوامل المتانة ، التحمل الأمثل للغاية ، القوس ، الأوبئة الشبكات البيولوجية: شبكات البروتين البروتين ، الشبكات التنظيمية والاستقلابية المعروفة الدوائر البيولوجية و سلوكياتهم كيف تتطور الشبكات: الارتباط التفضيلي ، إعادة الأسلاك ، قوانين الطاقة المتدفقة عبر الشبكات المعلومات والاتصالات ، الانتروبيا تحليل التدفق الأيضي الانتقاء الاصطناعي والطبيعي للسمات التطور الدارويني الديناميكيات السكانية.

الربيع ، 3 ساعات معتمدة ، درجة الرسالة ، قائمة x مع AMS 537

581 هكم: ندوة البحث في الأقسام

اجتماعات يتعرف فيها طلاب الدراسات العليا في السنة الأولى على الأنشطة البحثية لأعضاء هيئة التدريس في القسم.

603 هكم: مواضيع خاصة في الكيمياء العضوية

يختلف الموضوع باختلاف اهتمامات الطلاب وأعضاء هيئة التدريس. تشمل الموضوعات المحتملة التوليف غير المتماثل والتوليف الطبيعي للمنتج.

الخريف ، 1-3 أرصدة ، درجة الرسالة ، يمكن أن تتكرر للحصول على الائتمان.

607 هكم: التصميم الحديث للأدوية وتسليمها

دورة ندوة تغطي الجوانب والأساليب الحديثة لتصميم الأدوية. تجمع هذه الدورة بين العروض التقديمية التي يقدمها أعضاء هيئة التدريس وممثلو الصناعة لتقديم وجهة نظر متعددة التخصصات لتطور المستحضرات الصيدلانية.


الملخص

أربعة محفزات ، بمعنى. 1،5،7-triazabicyclo [4.4.0] dec-5-ene (TBD) ، البوتاسيوم ثنائي (ثلاثي ميثيل سيليل) أميد (KHMDS) ، ميثوكسيد البوتاسيوم (KOMe) ، والبوتاسيوم ثلاثي-بوتوكسيد (KO-ر-Bu) ، بحثًا عن مسار منخفض السمية نحو تحضير (بولي) يوريتان / يوريا من استرات الكربونات / الكربامات. على أساس الحركية المماثلة ، فإن الأنواع النشطة محفزًا لـ KHMDS ، KO-ريُستدل على -Bu و KOMe على أنهما أنيون ألكوكسيد RO - ، اعتمادًا على مجموعة R في الكربونات / الكربامات. نشاطها أعلى بكثير من نشاط TBD. تم إجراء محاكاة حسابية لتشكيل اليوريثان / اليوريا المحفز MeO باستخدام نظرية الكثافة الوظيفية. تتطابق طاقات التنشيط المحسوبة مع النتائج التجريبية للعوامل الحفازة الثلاثة القائمة على MeO. يتم تطبيق TBD و KOMe في تحضير البوليوريا الخالي من الأيزوسيانات عن طريق التكثيف المتعدد. مرة أخرى ، يُظهر KOMe كفاءة أعلى من TBD.


كتالوج 2021-2022

تركز الهندسة على حل المشكلات التكنولوجية المعقدة ، وفي حالة الهندسة الجزيئية ، يتم تطبيق علم المستوى الجزيئي على تصميم الأجهزة والأنظمة المتقدمة والعمليات والتقنيات. تعد كلية بريتزكر للهندسة الجزيئية (PME) في طليعة تطوير التقنيات الجزيئية المتقدمة لمواجهة التحديات العالمية والمجتمعية الملحة ، مثل تلك الموجودة في مجالات الحوسبة والمواد الكمومية ، وعلاج السرطان ، واستخدام المياه وتنقيتها ، وتخزين الطاقة ، و الطب التجديدي.

برنامج الدراسة في الهندسة الجزيئية

تقدم درجة البكالوريوس في الهندسة الجزيئية للطلاب الجامعيين منهجًا هندسيًا متطورًا مبنيًا على أساس قوي في الرياضيات والفيزياء والكيمياء والبيولوجيا. تم تصميم الدورات في التخصص لتطوير التفكير الكمي ومهارات حل المشكلات لتقديم التحليل الهندسي للأنظمة البيولوجية والكيميائية والفيزيائية ومعالجة الأسئلة التكنولوجية المفتوحة عبر مجموعة من التخصصات. الهدف هو تقديم الاختراع والتصميم ، إلى جانب البحث والاكتشاف ، كنشاطات فكرية مثمرة ومتكاملة.

يعد البرنامج الطلاب الجامعيين لأدوار قيادية في مجتمع يحركه التكنولوجيا. سيتم وضع الخريجين لمتابعة المسارات الهندسية التقليدية في البحث ، وتطوير التكنولوجيا ، والتصنيع ، أو لمتابعة المزيد من الدراسات العليا في مجالات مثل الهندسة أو العلوم أو الطب أو الأعمال التجارية أو القانون. قد ينجح الخريجون الآخرون في الاستفادة من المهارات الكمية وحل المشكلات المكتسبة في تدريبهم كمهندسين نحو وظائف في الاستشارات الفنية والإدارية أو المالية أو السياسة العامة أو ريادة الأعمال.

ما الجديد في الهندسة الجزيئية في 2021–22؟

  • يتضمن المسار الكمي الآن تسلسلًا مكونًا من ربعين في هندسة الكم الوسيطة (MENG 26100-26110) الذي يطور فهمًا متطورًا لميكانيكا الكم وعلاقتها بالتكنولوجيا والهندسة.
  • يتم تزويد الطلاب في مسارات الهندسة الحيوية والهندسة الكيميائية بخيارات لتلبية متطلبات MATH 18600 للتخصص ، وبعد الحصول على إذن من مدير الدراسات الجامعية ، يمكنهم متابعة دورة في الرياضيات مصممة خصيصًا لهدفهم الفردي.

متطلبات البرنامج الرئيسي

1. خلفية قوية وواسعة في الرياضيات والفيزياء والكيمياء والأحياء. من الضروري للمهندس الحديث أن يكون لديه خلفية قوية وواسعة في العلوم ، وتتطلب الطبيعة متعددة التخصصات للهندسة الجزيئية أساسًا مبنيًا عبر العلوم الرياضية والفيزيائية والبيولوجية.

استكمال الرياضيات والكيمياء و يوصى بشدة بعمل دورة الفيزياء خلال السنة الأولى في جامعة شيكاغو للطلاب المهتمين بالاستفادة من التخصصات في الهندسة الجزيئية (على سبيل المثال ، في علوم المعلومات الكمومية ، والهندسة المناعية ، والبوليمرات والمواد اللينة ، أو الطاقة المستدامة وموارد المياه) ، الاختيارية المتقدمة ، ومشاريع البحث والتصميم ، وغيرها من الفرص التي تتجاوز العمل الدراسي الرئيسي المطلوب. إكمال ما لا يقل عن 18400 MATH 18400 و CHEM 11300 و PHYS 13300 ، أو ما يعادلها المعتمدة ، بحلول نهاية السنة الأولى هو شرط أساسي للعمل في دورة الهندسة الجزيئية خلال السنة الثانية للطالب. وبالتالي، كل الطلاب ينصح بشدة التخصص في الهندسة الجزيئية بأخذ الرياضيات والكيمياء ، و دورات الفيزياء بشكل متزامن خلال عامهم الأول في الجامعة. يُنصح الطلاب أيضًا ببدء تسلسل الرياضيات والكيمياء والفيزياء على أعلى مستوى يتم إعدادهم له ، وإكمال متطلبات التعليم العام الخاصة بهم في أقرب وقت ممكن.

سيتمكن الطلاب الذين يستوفون متطلبات الرياضيات والكيمياء والفيزياء خلال عامهم الثاني من إكمال تخصص الهندسة الجزيئية خلال العامين الثالث والرابع ، ولكن قد لا يتمكنون من الاستفادة من الفرص الهندسية المتقدمة.

2. بدء البرنامج. يبدأ جميع الطلاب دوراتهم الدراسية في الهندسة الجزيئية من خلال التسجيل في مبادئ التحليل الهندسي MENG 21100 بمجرد استيفائهم لشروط الرياضيات والكيمياء والفيزياء. تقدم هذه الدورة في فصل الخريف فقط. يتم تشجيع الطلاب على الالتحاق بهذه الدورة خلال السنة الثانية من الدراسة ، والتي تمكنهم من الوصول للقصر الجدد والتخصصات المتقدمة في الهندسة الجزيئية ، والاختيارية المتقدمة ، ومشاريع البحث والتصميم ، وغيرها من الفرص التي تتجاوز الدورات الدراسية الرئيسية المطلوبة.

3. أسس في الهندسة الجزيئية. تأخذ جميع تخصصات الهندسة الجزيئية مجموعة من خمس دورات كمجموعة تعمل على تطوير مجموعة مهارات مشتركة أساسية للهندسة على المقاييس الذرية والجزيئية والنانوية.تشمل هذه الدورات مبادئ MENG 21100-21200 للتحليل الهندسي الأول والثاني والتي توفر مهارات بناء النموذج والأدوات الرياضية التطبيقية والأساليب الحسابية الحاسمة لحل المشكلات الكمية في جميع المجالات الهندسية ، بالإضافة إلى ميكانيكا الكم الهندسية MENG 21300 و MENG 21400 الهندسة الجزيئية الديناميكا الحرارية ، وظواهر النقل الهندسي الجزيئي MENG 21500.

4. ثلاثة مسارات للهندسة الجزيئية.قوة أخرى لبرنامج الهندسة الجزيئية هي أن الطلاب يختارون أحد المسارات الثلاثة - الهندسة الحيوية ، أو الهندسة الكيميائية ، أو هندسة الكم - لتركيز وتعميق المعرفة في المجال الذي يثير اهتمامهم أكثر. تم تصميم كل مسار ليعكس موضوعات البحث والتعليم في مدرسة بريتزكر للهندسة الجزيئية ، ويتكون كل مسار من ست دورات ، على النحو التالي:

  • مسار الهندسة الحيوية يشمل دورات في الكيمياء العضوية والكيمياء الحيوية وعلم وظائف الأعضاء الكمي وبيولوجيا الأنظمة والهندسة الخلوية.
  • مسار الهندسة الكيميائية يتضمن دورات في الكيمياء العضوية ، وميكانيكا الموائع ، وعلم الحركة وهندسة التفاعل ، والديناميكا الحرارية للخلائط ، والنمذجة الجزيئية.
  • مسار هندسة الكم يتضمن دورات في ميكانيكا الكم والهندسة والكهرباء والمغناطيسية والبصريات والديناميكا الكهربائية والحساب الكمي وأجهزة المختبر.

5. MENG 21800-21900 التصميم الهندسي I-II (200 وحدة تتويج تسلسل). دورة التصميم عبارة عن تسلسل مكون من ربعين يعلم الطلاب كيفية الجمع بين العلوم الأساسية والهندسة لمواجهة تحديات العالم الحقيقي المفتوحة. يقترح المهندسون من الصناعة والمختبرات الوطنية والأوساط الأكاديمية ، بما في ذلك أعضاء هيئة التدريس والزملاء في PME ، مشاريع في العالم الحقيقي يعملون فيها كموجهين. يعمل الطلاب معًا في فرق صغيرة طوال فصلي الدراسة لمواجهة التحديات الهندسية المتنوعة التي تنشأ. تتضمن أمثلة مشاريع التصميم الحديثة التي نفذتها تخصصات الهندسة الجزيئية تطوير منسوجات ذاتية التنظيف تعمل على تحلل الملوثات الميكروبية ضوئيًا باستخدام التعلم الآلي لتحليل صور الأشعة السينية فائقة السرعة للنفاثات السائلة والبخاخات وتقييم الحواجز التقنية والاقتصادية للنُهج الناشئة إعادة تدوير البلاستيك.

تُستخدم دورة التصميم أيضًا كوسيلة لتعليم مهارات غير تقنية أخرى لا تقل أهمية ، بما في ذلك:

  • تحديد المشكلة: تحليل التكنولوجيا ، التحليل التنافسي ، تحليل السوق ، تحليل أصحاب المصلحة ، تعريف المنتج
  • أثر المشروع ، بما في ذلك علم الاجتماع والأخلاق الهندسية
  • تخطيط المشروع
  • اقتصاديات المشروع: تحليل التكاليف والقيمة / الاستثمار وتحليل المخاطر والتعديل
  • النماذج الأولية ، التصميم التجريبي ، تحليل البيانات ، تحليل الأخطاء
  • الملكية الفكرية: براءات الاختراع ، حالة التقنية الصناعية السابقة ، براءات الاختراع
  • التحليل القانوني والتنظيمي
  • الاقتراح والعرض والتقرير
  • العمل بروح الفريق الواحد

6. المهارات المخبرية والخبرة العملية. يجب أن يطور المهندسون الجزيئيون القدرة على تطبيق معرفتهم بالرياضيات والعلوم والهندسة لتصميم التجارب وإجراءها وتحليل البيانات وتفسيرها. تقوم تخصصات الهندسة الجزيئية بتطوير هذه المهارات من خلال المكونات المخبرية المرتبطة بالدورات المطلوبة في العلوم الفيزيائية والبيولوجية ، بالإضافة إلى دورات الهندسة الجزيئية بما في ذلك الديناميكا الحرارية للهندسة الجزيئية MENG 24100 ، و MENG 24200 Molecular Transport Phenomena II: تدفق السوائل وعمليات النقل الحراري ، مختبر الأجهزة MENG 26200 ، ومختبر الهندسة المناعية MENG 23310 اختياريًا. بالإضافة إلى ذلك ، يتم تشجيع طلاب الهندسة الجزيئية بشدة على إجراء تجارب معملية متقدمة من خلال متابعة مشاريع بحثية جامعية مع أعضاء هيئة التدريس في PME أو في مختبر Argonne الوطني أو عبر جامعة شيكاغو.


مطياف الرنين المغناطيسي النووي

تجارب النبضات المتعددة والرنين المغناطيسي النووي متعدد الأبعاد

حتى الآن ، ينطبق كل ما تم وصفه على تجربة NMR الأساسية أحادية البعد عندما يتعرض نظام الدوران النووي عادةً لنبضة 90 درجة ويتم جمع FID. توجد مجموعة متنوعة من التجارب في الأدبيات ويتم تطبيقها بشكل روتيني لقياس خصائص الرنين المغناطيسي النووي مثل أوقات الاسترخاء تي1, تي2، و تي1ρ، والتي يمكن أن تكون مرتبطة في بعض الحالات بالديناميات الجزيئية. تتضمن هذه التجارب استخدام عدة نبضات مفصولة بتأخيرات متغيرة موقوتة ويتم التحكم فيها بواسطة برامج نبض مكتوبة بلغة عالية المستوى لسهولة الفهم والتعديل. سيحتوي نظام الكمبيوتر على برنامج لتفسير البيانات وحساب أوقات الاسترخاء باستخدام إجراءات ملائمة للمربعات الصغرى (ارى NMR نبض متواليات معدلات الاسترخاء NMR).

تُستخدم برامج النبضات هذه أيضًا لتمكين تجارب أخرى خاصة أحادية البعد مثل التشبع أو عدم إثارة صدى مذيب كبير (هذه مختلفة من حيث أن الطريقة السابقة ستشبع أيضًا NH أو OH بروتونات في الجزيئات قيد الدراسة من خلال آلية كيميائية تبادل) (ارى طرق قمع المذيبات في التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي النووي) ، أو قياس تأثيرات NOE ، والتي غالبًا ما تستخدم للتمييز بين الهياكل الأيزومرية أو لتقديم تقديرات للمسافات النووية الداخلية (ارى تأثير الزائد النووي). تُستخدم برامج النبض أيضًا لقياس أطياف النوى NMR بخلاف 1 H وأحيانًا من أجل التحقيق في الاتصال بين البروتونات والنواة غير المتجانسة. في هذه الحالة ، يمكن تطبيق نبضات أو تشعيع على كل من قنوات النواة غير المتجانسة و 1 H في نفس التجربة. الاستخدام الأكثر شيوعًا هو 13 C NMR حيث تتم إزالة جميع أدوات التوصيل المغزلية المغزلية بين نوى 13 درجة مئوية ونواة 1 H عن طريق الفصل (انظر النص السابق). يتضمن هذا تشعيع النطاق العريض لجميع الترددات H1 أثناء مراقبة الطيف 13 C. بدلاً من ذلك ، من الممكن الحصول على تأثير فصل النطاق العريض بشكل أكثر كفاءة عن طريق تطبيق سلسلة من النبضات على نظام 1 H ، والذي يُعرف باسم فصل النبضات المركبة.

في الآونة الأخيرة ، تم تطوير مجموعة كاملة من التجارب التي تكشف عن نوى منخفضة الحساسية مثل 13 درجة مئوية أو 15 نيوتن بشكل غير مباشر من خلال اتصال اقتران الدوران بالبروتونات في الجزيء. يتضمن هذا سلسلة من النبضات على كل من 1 H والنواة غير المتجانسة ولكنه يسمح بالكشف عند حساسية أعلى بكثير من 1 H NMR. تم تطوير مجسات خاصة لتجارب "الكشف غير المباشر" حيث يتم وضع ملف 1 H بالقرب من العينة ويتم وضع ملف النواة غير المتجانسة خارجها ، وهو عكس أو "الهندسة العكسية" لمسبار الكشف عن نووي غير متجانس قياسي.


التجديد العقلي السريع: عقار تجريبي يعكس التراجع المعرفي المرتبط بالعمر في غضون أيام

أظهرت دراسة جديدة أجراها علماء من جامعة كاليفورنيا في سان فرانسيسكو أن جرعات قليلة فقط من عقار تجريبي يمكن أن تعكس التدهور المرتبط بالعمر في الذاكرة والمرونة العقلية لدى الفئران. تم عرض العقار المسمى ISRIB بالفعل في الدراسات المختبرية لاستعادة وظيفة الذاكرة بعد أشهر من إصابات الدماغ الرضحية (TBI) ، والضعف الإدراكي العكسي في متلازمة داون ، ومنع فقدان السمع المرتبط بالضوضاء ، ومحاربة أنواع معينة من سرطان البروستاتا ، وحتى تعزيز الإدراك في الحيوانات السليمة.

في الدراسة الجديدة ، التي نُشرت في 1 ديسمبر 2020 ، في مجلة الوصول المفتوح eLifeأظهر الباحثون استعادة سريعة للقدرات المعرفية الشابة لدى الفئران المسنة ، مصحوبة بتجديد خلايا الدماغ والمناعة التي يمكن أن تساعد في تفسير التحسينات في وظائف المخ.

مجهر الكتروني مبرد لجزيء ISRIB. الائتمان: مختبر آدم فروست

قالت سوزانا روزي ، الدكتورة ، لويس وروث كوزين ، "تظهر التأثيرات السريعة للغاية لـ ISRIB لأول مرة أن مكونًا مهمًا من الخسائر المعرفية المرتبطة بالعمر قد يكون ناتجًا عن نوع من" الانسداد "الفسيولوجي القابل للعكس بدلاً من التدهور الدائم". الثاني وأستاذ في أقسام جراحة الأعصاب والعلاج الطبيعي وعلوم التأهيل.

وأضاف بيتر والتر: "تشير البيانات إلى أن الدماغ المسن لم يفقد بشكل دائم القدرات المعرفية الأساسية ، كما كان يُفترض عمومًا ، ولكن بدلاً من ذلك ، لا تزال هذه الموارد المعرفية موجودة ولكن تم حظرها بطريقة ما ، بسبب حلقة مفرغة من الإجهاد الخلوي" ، دكتوراه ، أستاذ في قسم الكيمياء الحيوية والفيزياء الحيوية بجامعة كاليفورنيا في سان فرانسيسكو ومحقق في معهد هوارد هيوز الطبي. "يوضح عملنا مع ISRIB طريقة لكسر تلك الحلقة واستعادة القدرات المعرفية التي أصبحت معزولة بمرور الوقت."

هل يمكن لإعادة تشغيل إنتاج البروتين الخلوي أن يكون مفتاح الشيخوخة والأمراض الأخرى؟

فاز والتر بالعديد من الجوائز العلمية ، بما في ذلك جوائز Breakthrough و Lasker و Shaw لدراساته التي استمرت عقودًا حول استجابات الإجهاد الخلوي. تم اكتشاف ISRIB في عام 2013 في مختبر Walter ، ويعمل عن طريق إعادة تشغيل الخلايا وآلات إنتاج البروتين # 8217 بعد أن يتم اختناقها بواسطة إحدى استجابات الإجهاد هذه - وهي آلية لمراقبة الجودة الخلوية تسمى الاستجابة المتكاملة للضغط (ISR ISRIB تعني ISR InhiBitor).

بيتر والتر ، دكتوراه. الائتمان: إليزابيث فال

عادةً ما يكتشف ISR مشاكل إنتاج البروتين في الخلية - وهي علامة محتملة للعدوى الفيروسية أو الطفرات الجينية المعززة للسرطان - ويستجيب عن طريق الضغط على آلية تخليق البروتين في الخلية. إن آلية الأمان هذه ضرورية للتخلص من الخلايا التي تسيء التصرف ، ولكن إذا علقت في وضع التشغيل في نسيج مثل الدماغ ، فقد تؤدي إلى مشاكل خطيرة ، حيث تفقد الخلايا قدرتها على أداء أنشطتها الطبيعية ، كما وجد والتر وزملاؤه.

على وجه الخصوص ، الدراسات الحديثة على الحيوانات التي أجراها والتر وروزي ، والتي أصبحت ممكنة بفضل الدعم الخيري المبكر من مؤسسة روجرز فاميلي ، قد أوضحت تورط تنشيط ISR المزمن في العيوب المعرفية والسلوكية المستمرة التي لوحظت في المرضى بعد إصابات الدماغ الرضحية ، من خلال إظهار ذلك ، في الفئران ، موجز ISRIB يمكن للعلاج إعادة تشغيل جهاز ISR واستعادة وظائف المخ الطبيعية بين عشية وضحاها تقريبًا.

غالبًا ما يتم تشبيه العجز الإدراكي لدى مرضى إصابات الدماغ الرضحية بالشيخوخة المبكرة ، مما دفع روزي ووالتر للتساؤل عما إذا كان رد الفعل السلبي يمكن أن يكمن أيضًا وراء التدهور المعرفي المرتبط بالعمر. من المعروف أن الشيخوخة تؤثر على إنتاج البروتين الخلوي في جميع أنحاء الجسم ، حيث تتراكم العديد من الإهانات في الحياة وتتلاشى الضغوطات مثل الالتهاب المزمن في الخلايا ، مما قد يؤدي إلى تنشيط واسع النطاق لـ ISR.

"لقد رأينا كيف يستعيد ISRIB الإدراك لدى الحيوانات التي تعاني من إصابات دماغية رضية ، والتي تشبه في نواح كثيرة نسخة سريعة من التدهور المعرفي المرتبط بالعمر" ، قال روزي ، مدير الأبحاث العصبية المعرفية في UCSF الدماغ والعمود الفقري. مركز الإصابات وعضو معهد UCSF Weill لعلوم الأعصاب. "قد تبدو فكرة مجنونة ، لكن السؤال عما إذا كان الدواء يمكنه عكس أعراض الشيخوخة كان مجرد خطوة منطقية تالية."

يحسن الإدراك ، ويعزز الخلايا العصبية ووظيفة الخلايا المناعية

في الدراسة الجديدة ، قام باحثون بقيادة كارين كروكوفسكي ، حاصلة على درجة الدكتوراه في مختبر روزي ، بتدريب الحيوانات المسنة على الهروب من متاهة مائية من خلال إيجاد منصة خفية ، وهي مهمة يصعب على الحيوانات الأكبر سنًا تعلمها. لكن الحيوانات التي تلقت جرعات يومية صغيرة من ISRIB خلال عملية التدريب التي استمرت ثلاثة أيام كانت قادرة على إنجاز المهمة وكذلك الفئران الشابة ، أفضل بكثير من الحيوانات من نفس العمر التي لم تتلق الدواء.

ثم اختبر الباحثون المدة التي استمر فيها هذا التجديد المعرفي وما إذا كان يمكن تعميمه على المهارات المعرفية الأخرى. بعد عدة أسابيع من العلاج الأولي لـ ISRIB ، قاموا بتدريب نفس الفئران لإيجاد طريقهم للخروج من متاهة يتغير خروجها يوميًا - اختبار المرونة العقلية للفئران المسنة التي ، مثل البشر ، تميل إلى التعثر بشكل متزايد في طرقها. الفئران التي تلقت علاجًا موجزًا ​​لـ ISRIB قبل ثلاثة أسابيع لا تزال تعمل على مستويات الشباب ، بينما استمرت الفئران غير المعالجة في النضال.

سوزانا روزي ، دكتوراه. الائتمان: سوزان ميريل

لفهم كيف يمكن أن يحسن ISRIB وظائف المخ ، درس الباحثون نشاط وتشريح الخلايا في قرن آمون ، وهي منطقة دماغية لها دور رئيسي في التعلم والذاكرة ، بعد يوم واحد فقط من إعطاء الحيوانات جرعة واحدة من ISRIB. وجدوا أن الإشارات الشائعة لشيخوخة الخلايا العصبية اختفت حرفيًا بين عشية وضحاها: أصبح النشاط الكهربائي للخلايا العصبية أكثر نشاطًا واستجابة للتحفيز ، وأظهرت الخلايا اتصالًا أقوى مع الخلايا من حولها مع إظهار القدرة أيضًا على تكوين اتصالات مستقرة مع بعضها البعض عادةً ما يُرى فقط في الفئران الأصغر سنًا.

يواصل الباحثون دراسة بالضبط كيف يعطل ISRB الإدراك في الشيخوخة وغيرها من الحالات وفهم المدة التي قد تستمر الفوائد المعرفية لـ ISRIB. من بين الألغاز الأخرى التي أثارتها النتائج الجديدة اكتشاف أن ISRIB يغير أيضًا وظيفة الخلايا التائية في الجهاز المناعي ، والتي هي أيضًا عرضة للخلل الوظيفي المرتبط بالعمر. تشير النتائج إلى مسار آخر يمكن من خلاله أن يحسن الدواء الإدراك لدى الحيوانات المسنة ، ويمكن أن يكون له آثار على أمراض من مرض الزهايمر إلى مرض السكري التي ارتبطت بالالتهاب المتزايد الناجم عن شيخوخة الجهاز المناعي.

قالت روزي: "كان هذا مثيرًا للغاية بالنسبة لي لأننا نعلم أن الشيخوخة لها تأثير عميق ومستمر على الخلايا التائية وأن هذه التغييرات يمكن أن تؤثر على وظائف المخ في الحُصين". "في الوقت الحالي ، هذه مجرد ملاحظة مثيرة للاهتمام ، لكنها تعطينا مجموعة مثيرة للغاية من الألغاز البيولوجية لحلها."

تمثل التأثيرات العريضة "الصدفة" للبحث الأساسي

تم تقديم روزي ووالتر من قبل عالم الأعصاب ريجيس كيلي ، دكتوراه ، المدير التنفيذي لمركز ابتكار التكنولوجيا الحيوية QB3 في جامعة كاليفورنيا ، بعد دراسة والتر 2013 التي أظهرت أن العقار يبدو أنه يعزز على الفور القدرات المعرفية لدى الفئران السليمة. بالنسبة إلى روزي ، أشارت نتائج تلك الدراسة إلى وجود بعض الإمكانات المعرفية المحصورة في الدماغ التي كان الجزيء يفتحها بطريقة ما ، وتساءلت عما إذا كان هذا التعزيز المعرفي الإضافي قد يفيد المرضى الذين يعانون من تلف عصبي من إصابات الدماغ الرضحية.

تعاونت المعامل في دراسة السؤال على الفئران ، وذهلت بما وجدوه. لم يقم ISRIB بتعويض بعض أوجه القصور الإدراكي لدى الفئران المصابة بإصابات دماغية رضية - بل قام بمحوها. قالت روزي: "هذا لم يسبق له مثيل من قبل". "كان المانترا في هذا المجال أن تلف الدماغ دائم - لا رجعة فيه. كيف يمكن لمعاملة واحدة بجزيء صغير أن تجعلها تختفي بين عشية وضحاها؟ "

أظهرت دراسات أخرى أن الخلايا العصبية في جميع أدمغة الحيوانات المصابة بإصابات دماغية رضحية يتم تشويشها تمامًا بواسطة ISR. إن استخدام ISRIB لتحرير تلك المكابح يتيح لخلايا الدماغ العودة فورًا إلى عملها الطبيعي. في الآونة الأخيرة ، أظهرت الدراسات التي أجريت على الحيوانات المصابة بإصابات دماغية خفيفة متكررة للغاية - على غرار الرياضيين المحترفين الذين عانوا من العديد من الارتجاجات الخفيفة على مدى سنوات عديدة - أن ISRIB يمكن أن يعكس سلوك المخاطرة المتزايد المرتبط بتلف دوائر التحكم في النفس في القشرة الأمامية.

"إضافة إلى ذلك ، نتائج كارين الجديدة في فئران الشيخوخة مذهلة. وأضاف والتر "لا تجد في كثير من الأحيان مرشحًا للمخدرات يظهر الكثير من الإمكانات والوعد". "يُظهر هذا المشروع أيضًا قوة مجتمع UCSF - لم أكن أعرف أنا وسوزانا بعضنا البعض وكنا نعيش في عوالم مختلفة حتى جمعنا Regis Kelly معًا ، مما جعل هذا الاتصال القوي الذي لم يدركه أي منا من قبل."

قال كيلي: "إن الاختراقات المذهلة مثل هذه تحتاج إلى أكثر من الذكاء والمهارات التجريبية لسوزانا وبيتر". "إنهم يحتاجون أيضًا إلى مانحين مثل مؤسسة روجرز فاميلي على استعداد لسد الفجوة بين الأبحاث الأساسية العظيمة والمنتجات التي يمكن أن تكون مفيدة للغاية للمجتمع."

تم ترخيص ISRIB من قبل شركة Calico ، جنوب سان فرانسيسكو ، كاليفورنيا التي تستكشف بيولوجيا الشيخوخة ، وقد تم اختيار فكرة استهداف ISR لعلاج المرض من قبل العديد من شركات الأدوية الأخرى ، كما يقول والتر.

قد يعتقد المرء أن التدخل في ISR ، وهي آلية أمان خلوية مهمة ، سيكون بالتأكيد له آثار جانبية خطيرة ، ولكن حتى الآن في جميع دراساتهم ، لم يلاحظ الباحثون أيًا منها. يقول والتر إن هذا يرجع على الأرجح إلى عاملين. أولاً ، لا يتطلب الأمر سوى جرعات قليلة من ISRIB لإعادة تنشيط ISR غير الصحي والمزمن إلى حالة صحية ، وبعد ذلك لا يزال بإمكانه الاستجابة بشكل طبيعي لمشاكل الخلايا الفردية. ثانيًا ، ليس لـ ISRIB أي تأثير تقريبًا عند تطبيقه على الخلايا التي تستخدم بفعالية ISR في أقوى أشكالها - ضد عدوى فيروسية عدوانية ، على سبيل المثال.

وبطبيعة الحال ، فإن كلا هذين العاملين يجعل الجزيء أقل احتمالًا أن يكون له آثار جانبية سلبية - وأكثر جاذبية كعلاج محتمل. قال والتر: "يبدو الأمر جيدًا جدًا لدرجة يصعب تصديقها ، ولكن مع ISRIB يبدو أننا قد وصلنا إلى نقطة جيدة للتلاعب بـ ISR من خلال نافذة علاجية مثالية".

المرجع: & # 8220 المحسن المعرفي الجزيئي الصغير يعكس تدهور الذاكرة المرتبط بالعمر في الفئران & # 8221 بواسطة كارين كروكوفسكي ، أمبر نولان ، إلما إس فرياس ، مورغان بون ، جونزالو يوريتا ، كاثرين غرو ، ماريا سيرينا بالاديني ، إدوارد إليساراراس ، لوز ديلجادو ، سيباستيان برناليس وبيتر والتر وسوزانا روزي ، 1 ديسمبر 2020 ، eLife.
DOI: 10.7554 / eLife.62048

المؤلفون: مؤلفون آخرون في الدراسة هم أمبر نولان ، إلما إس.فريس ، مورغان بون ، كاثرين غرو ، ماريا سيرينا بالاديني ، وإدوارد إليساراراس من جامعة كاليفورنيا في سان فرانسيسكو وجونزالو أوريتا ، ولوز ديلجادو وسيباستيان بيرناليس من مؤسسة سينسيا وأمبير فيدا في سانتياغو ، تشيلي . برناليس هو أيضًا موظف في Praxis Biotech، LLC.


مقدمة

المستضد 1 المرتبط بوظيفة الخلايا الليمفاوية (LFA-1) ، وهو مُنتج متكامل مكون من & # x003b1L (CD11a) و & # x003b22 (CD18) وحدات فرعية ، تلعب أدوارًا متعددة في مناعة الخلايا التائية [1]. يلعب دورًا محوريًا في تنشيط الخلايا التائية عن طريق توليد إشارات التكلفة وتعزيز تكوين المشبك المناعي (IS) عند تقاطع اتصال خلية تقديم مستضد الخلايا التائية (APC). كما أنه يلعب دورًا مهمًا في انتقال الخلايا التائية المستجيبة إلى مواقع العدوى والالتهاب من خلال المساعدة في انتقال تلك الخلايا التائية عبر الأوعية الدموية. وتشارك أيضًا في تنفيذ وظائف الخلايا التائية المستجيبة عن طريق توجيه التسليم الموجه لجزيئات المستجيب إلى خلايا مستهدفة محددة [2]. بالإضافة إلى ذلك ، فإن LFA-1 متورط في العديد من الأمراض المناعية مثل الالتهاب المزمن وأمراض المناعة الذاتية وقد تم تحديده كهدف لتطوير الأدوية ضد تلك الأمراض [3] ، [4].

كما هو الحال مع الإنتجرينات الأخرى ، يتم التحكم في النشاط الوظيفي لـ LFA-1 من خلال شكل من أشكال الإشارات داخل الخلايا ، يُطلق عليه & # x02018inside-out & # x02019 signaling [5] ، [6]. عندما يتم تحفيز إشارة & # x02018inside-out & # x02019 عن طريق تفاعل مستقبلات محددة مع روابطها ، على سبيل المثال ، تفاعل مستقبلات الخلايا التائية (TCR) مع مجمعات الببتيد / MHC المشابه (pMHC) ، كل من تقارب وشغف LFA-1 لـ يتم تحسين يجنده ، جزيء الالتصاق بين الخلايا -1 (ICAM-1) ، من خلال التغيير التوافقي وإعادة الترتيب المكاني.

Exosomes هي حويصلات غشاء نانومترية تتشكل داخل الخلايا ويتم إطلاقها في الفضاء خارج الخلية [7]. في السابق ، أبلغنا أن الخلايا التائية المعدلة وراثيًا (Tg) CD8 & # x0002b 2C TCR المنقاة تمتص حويصلات غشاء تشبه الإكسوسوم (eMVs) تمت تنقيتها من طاف الثقافة من APCs الاصطناعية ، وهي خلايا ذبابة الفاكهة (Dros) التي تعبر عن جزيئات مناعية مختلفة للفأر مطلوبة لـ APC وظيفة ، وخط الخلية التغصنية المستزرعة (DC) [8] ، [9] ، [10]. تم العثور على امتصاص eMV بواسطة خلايا 2C T بوساطة تفاعلات مستقبلات / يجند مزدوجة محددة لـ 2C TCR مع pMHC المشابه (L d / QL9 أو L d / p2Ca) بالإضافة إلى LFA-1 مع ICAM-1.علاوة على ذلك ، في هذه الدراسة ، نكشف أن امتصاص الحويصلة يتضمن أيضًا شلالات إشارات داخل الخلايا بدأها تشغيل TCR ومطلوبة لتنشيط LFA-1.

علم الوراثة الكيميائية ، وهو نموذج بحثي لاستخدام المركبات الكيميائية الصغيرة لتعديل وظيفة (وظائف) البروتين لتغيير النمط الظاهري (أنماط) للخلايا أو الكائنات الحية بأكملها ، يبرز كأداة قوية ليس فقط للكشف عن الآليات الجزيئية الكامنة وراء الظواهر البيولوجية المهمة ولكن أيضًا لاستكشاف علاجات جديدة [11] ، [12]. يعد الفحص عالي الإنتاجية (HTS) عنصرًا أساسيًا في الأساليب الجينية الكيميائية ، وبالتالي فإن تطوير منصات HTS بمفهوم مبتكر والبساطة والدقة الإحصائية يعد أمرًا محوريًا للدراسات الجينية الكيميائية الناجحة. هنا ، نقدم اختبارًا جديدًا عالي الإنتاجية لإجراء تحقيق منهجي في الآليات الجزيئية التي تتحكم في تنشيط LFA-1 بوساطة TCR. بالنظر إلى استخدام الخلايا التائية الأولية المنقاة خارج الجسم الحي جنبًا إلى جنب مع الروابط الفسيولوجية المعبر عنها في الأغشية البيولوجية وأن الخلايا الفردية في عينات الفحص يتم استجوابها بواسطة قياس التدفق الخلوي ، يتميز نظام HTS هذا بأهمية فسيولوجية وعلاجية فائقة وحساسية عالية ودقة إحصائية.


البروفيسور جونجو مكفادين

تصيب عصيات السل (Mycobacterium tuberculosis) ما يقرب من ربع سكان العالم وهي مسؤولة عن ثلاثة ملايين حالة وفاة كل عام. مسببات الأمراض ذات الصلة ، المتفطرة البقريّة ، تسبب المرض في العديد من الثدييات وهي سبب رئيسي للخسارة الاقتصادية للماشية ، وخاصة الأبقار.

تركز أبحاث الفطريات داخل مجموعة العلوم الميكروبية على فهم الآليات المسببة للأمراض التي تسمح لبكتيريا المتفطرة السلية بالتسبب في حوالي ثلاثة ملايين حالة وفاة كل عام ، وتحديد أهداف دوائية جديدة وتطوير لقاحات جديدة لعلاج المرض.

يستخدم معظم عملنا نهج نمذجة بيولوجيا الأنظمة ، ولا سيما تطبيقه على التمثيل الغذائي. قمنا ببناء أول نموذج استقلابي على نطاق الجينوم لعصية السل واستخدمنا هذا النموذج لتحليل التمثيل الغذائي للعامل الممرض في كل من المختبر (http://epubs.surrey.ac.uk/184899/) وفي الخلايا المصابة.

المشاريع التالية جارية:

  • تحديد مصدر النيتروجين والتمثيل الغذائي لمرض السل المتفطرة أثناء التكاثر داخل الخلايا. بتمويل من BBSRC.
  • تطوير لقاح BCG المؤتلف والتشخيص التكميلي لمكافحة السل في الماشية. بتمويل من BBSRC
  • BBSRC التحقيق في الاختلافات العشوائية في معدل النمو كآلية لتحمل الأدوية في Mycobacterium tuberculosis. بتمويل من BBSRC.
  • تحسين لقاح BCG لجعله متوافقًا مع اختبار الجلد. مؤسسة جيتس الممولة.
  • تحديد النمط الظاهري الأيضي لمرض السل الفطري داخل الخلايا. (PI، Dany Beste) بتمويل من MRC.

SurreyFBA: أداة تفاعلية لمحاكاة الكمبيوتر لشبكات التمثيل الغذائي على نطاق الجينوم. (PI ، Andrzej Kierzek) ، بتمويل من BBSRC.

بحوث المكورات السحائية

كان عملنا هو التحقيق في آليات الفوعة في Neisseria meningitidis بهدف تطوير لقاحات جديدة قادرة على الحماية من جميع السلالات. تشمل النجاحات الأخيرة لمختبرنا بناء نموذج استقلابي على نطاق الجينوم للمكورات السحائية وإجراء دراسة بروتينية مناعية للمكورات السحائية.

خلايا النيسرية السحائية كما يتضح من الفحص المجهري الإلكتروني. تميل الخلايا إلى الظهور في أزواج وتحيط بها كبسولة شمعية تحميها من الهجوم المناعي. تنتج معظم لقاحات المكورات السحائية الحالية أجسامًا مضادة للكبسولة تقتل العامل الممرض. ومع ذلك ، لا يمكن تكوين الأجسام المضادة ضد سلالات المجموعة ب من المكورات السحائية ، وهي السبب الأكثر شيوعًا لالتهاب السحايا الجرثومي في المملكة المتحدة. يهدف العمل في مختبرنا إلى تحديد أهداف بديلة لمناعة اللقاح.

عندما يتم علاج البكتيريا ، مثل المتفطرة السلية ، بمضاد حيوي ، يبقى جزء صغير جدًا منها على قيد الحياة ، على الرغم من كونها متطابقة وراثيًا مع السكان المقتولين. يمكن رؤية المثابر في هذا الفيديو الذي يظهر نمو المتفطرة اللطخة والقتل بمضاد حيوي (4 ساعات). يتم الكشف عن الخلايا المقتولة من خلال نفاذية صبغة الفلورسنت. ومع ذلك ، تبقى خلية واحدة على قيد الحياة ، وعندما تتم إزالة المضاد الحيوي (في 14 ساعة) ، يكون قادرًا على النمو. الخلية ليست مقاومة للمضاد الحيوي وراثيًا ، حيث أنه عند إضافة المضاد الحيوي مرة أخرى (في 24 ساعة) ، تموت جميع الخلايا السليفة: إنها مثابرة.

تعد هذه "المثابرة" مشكلة رئيسية في علاج الالتهابات البكتيرية ، لا سيما في مرض السل وكيفية تمكنهم من البقاء على قيد الحياة من التعرض للمضادات الحيوية هو لغز يجري التحقيق فيه هنا في جامعة ساري.

المتفطرة اللطخة

عندما يتم علاج البكتيريا ، مثل المتفطرة السلية ، بمضاد حيوي ، يبقى جزء صغير جدًا منها على قيد الحياة ، على الرغم من كونها متطابقة وراثيًا مع السكان المقتولين. يمكن رؤية المثابر في هذا الفيديو الذي يظهر نمو المتفطرة اللطخة والقتل بمضاد حيوي (4 ساعات). يتم الكشف عن الخلايا المقتولة من خلال نفاذية صبغة الفلورسنت. ومع ذلك ، تبقى خلية واحدة على قيد الحياة ، وعندما تتم إزالة المضاد الحيوي (في 14 ساعة) ، يكون قادرًا على النمو. الخلية ليست مقاومة للمضاد الحيوي وراثيًا ، حيث أنه عند إضافة المضاد الحيوي مرة أخرى (في 24 ساعة) ، تموت جميع الخلايا السليفة: إنها مثابرة.

تعد هذه "المثابرة" مشكلة رئيسية في علاج الالتهابات البكتيرية ، لا سيما في مرض السل وكيفية تمكنهم من البقاء على قيد الحياة من التعرض للمضادات الحيوية هو لغز يجري التحقيق فيه هنا في جامعة ساري.

إشراف
تعليم
المنشورات

منشوراتي

المنشورات

مطلوب تقويض مشترك للعديد من ركائز الكربون المشتقة من المضيف بواسطة المتفطرة السلية (Mtb) للحفاظ على عدوى السل بنجاح. ومع ذلك ، فإن اللدونة الأيضية لهذا العامل الممرض وتعقيد شبكات التمثيل الغذائي يمثلان عقبة رئيسية في تحديد تلك العقد الأكثر قابلية للتدخلات العلاجية. لذلك من الأهمية بمكان أن نحدد الأنماط الظاهرية الأيضية لـ Mtb في ظروف مختلفة. طبقنا تحليل التدفق الأيضي باستخدام النظائر المستقرة وبصمات الأصابع الدهنية للتحقيق في الشبكة الأيضية لـ Mtb التي تنمو ببطء في نظامنا الكيميائي ذي الحالة المستقرة. نبرهن على أن Mtb يشترك بكفاءة في التمثيل الغذائي إما الكوليسترول أو الجلسرين ، بالاقتران مع ركائز توليد ثنائي الكربون دون أي تقسيم لعملية التمثيل الغذائي. اكتشفنا أن تقسيم التدفق بين دورة TCA وتحويلة الجليوكسيلات جنبًا إلى جنب مع دورة ميثيل سيترات قابلة للعكس هي العقد الأيضية الحرجة التي تكمن وراء المرونة الغذائية لـ Mtb. توفر هذه النتائج رؤى جديدة حول البنية الأيضية التي توفر قدرة البكتيريا على التكيف مع ركائز الكربون المتباينة وتوسع معرفتنا الأساسية حول دورة سترات الميثيل وتحويلة الجليوكسيلات.

التعبير عن العديد من المستضدات أو الجزيئات التحفيزية أو حتى المسارات الأيضية في المتفطرات مثل المتفطرة bovisBCG orM. أصبح smegmatis ممكنًا من خلال تطوير ناقلات مكوكية ، وتم تصنيع العديد من اللقاحات المؤتلفة. ومع ذلك ، اعتمد التعبير الجيني في أي من هذه الأنظمة في الغالب على اختيار المحفزات الطبيعية المتوقع أن توفر المستوى المطلوب من التعبير عن طريق التجربة والخطأ. لإنشاء مجموعة منهجية من المروجين مع مجموعة من نقاط القوة ، قمنا بإنشاء مكتبة من المروجين المطفرين من خلال PCR المعرض للخطأ لمحفز PL5 القوي ، في الأصل من المتفطرات L5. تم استنساخ هؤلاء المروجين قبل الجين المحسن لمراسل البروتين الفلوري الأخضر ، و recombinantM. تم تحديد smegmatisbacteria التي تظهر مجموعة واسعة من مستويات التألق. تم اختيار مجموعة من المروجين وتحديدها على أنها تتمتع بقوة مروج عالية (pJK-F8) أو متوسطة (pJK-B7 أو pJK-E6 أو pJK-D6) أو منخفضة (pJK-C1) في كلاهما M. smegmatisandM. بوفيسبكج. أظهر تسلسل منطقة المروج أنه تم تعديلها على نطاق واسع (6 إلى 11 ٪) في جميع البلازميدات المختارة. لاختبار وظائف النظام ، تم توضيح متجهين مختلفين للتعبير للسماح بمستويات التعبير المقابلة لـ Scistosoma mansoniantigen Sm29 في BCG. يمكن استخدام النهج المستخدم هنا لضبط مستويات التعبير لدراسات بيولوجيا التركيبية و / أو الأنظمة أو لتطوير اللقاح لزيادة الاستجابة المناعية.

أصاب الجذام ، الذي تسببه المتفطرة الجذامية ، البشرية لآلاف السنين ولا يزال يسبب المرض والعجز والوصم في ما بين مليونين وثلاثة ملايين شخص اليوم. على الرغم من توفر العلاج الفعال ، إلا أن معدل حدوث المرض ظل ثابتًا تقريبًا لعقود من الزمان ، لذا هناك حاجة ماسة إلى مناهج جديدة ، مثل اللقاح أو الأدوية الجديدة ، للسيطرة. ومع ذلك ، يعيق البحث أسلوب الحياة داخل الخلايا المُلزم لمسببات الأمراض وحقيقة أنه لم ينمو قط في المختبر. وبالتالي ، على الرغم من توفر تسلسل الجينوم الكامل ، تظل الأسئلة الأساسية المتعلقة ببيولوجيا العامل الممرض ، مثل التمثيل الغذائي ، غير مستكشفة إلى حد كبير. من أجل استكشاف عملية التمثيل الغذائي لعصيات الجذام بهدف طويل الأجل لتطوير وسيط لتنمية العامل الممرض في المختبر ، قمنا بإعادة بناء نموذج التمثيل الغذائي على نطاق جينوم السيليكو للعصيات ، GSMN-ML. تم استخدام النموذج لاستكشاف قدرات النمو وإنتاج الكتلة الحيوية للممرض مع مجموعة من مصادر المغذيات ، مثل الأحماض الأمينية والجلوكوز والجليسرول والوسائط الأيضية. استخدمنا أيضًا النموذج لتحليل بيانات تسلسل الحمض النووي الريبي من M. leprae المزروعة في وسادات قدم الماوس ، وأجرينا تحليل قابلية الإنتاج التفاضلي لتحديد المسارات الأيضية التي تبدو نشطة أثناء النمو داخل الخلايا لمسببات الأمراض ، والتي تضمنت مسارات لاستقلاب الكربون المركزي ، العامل المشترك ، والدهون ، والأحماض الأمينية ، والنيوكليوتيدات ، وتركيب جدار الخلية. يعد نموذج GSMN-ML مفيدًا في أداة السيليكو التي يمكن استخدامها لاستكشاف عملية التمثيل الغذائي لعصية الجذام ، وتحليل البيانات التجريبية الجينومية الوظيفية ، وتوليد تنبؤات بالمغذيات المطلوبة لنمو العصيات في المختبر وتحديد أهداف دوائية جديدة.

تصيب المتفطرة السلية ثلث سكان العالم. غالبًا ما يتبع السل الأولي الذي ينطوي على تكاثر البكتيريا السريع النشط السل الكامن عديم الأعراض ، والذي يتميز ببكتيريا بطيئة أو غير متكاثرة. يمكن أن يؤدي تنشيط العدوى الكامنة التي تتضمن العودة إلى التكاثر البكتيري النشط إلى الإصابة بالسل المعدي بعد الابتدائي. توفر الآليات الفطرية المشاركة في النمو البطيء أو تبديل معدل النمو أهدافًا منطقية لتطوير عقاقير جديدة ضد العدوى الفطرية المستمرة. باستخدام ثقافة ناظم كيميائي للتحكم في معدل النمو ، قمنا بفحص مكتبة متحولة ترانسبوسون عن طريق اختيار تهجين موقع Transposon (TraSH) لتحديد المتطلبات الجينية للنمو البطيء والسريع لـ Mycobacterium bovis (BCG) ومتطلبات تبديل معدل النمو. حددنا 84 جينًا مطلوبًا حصريًا للنمو البطيء (69 ساعة مضاعفة الوقت) و 256 جينًا مطلوبًا للتحول من النمو البطيء إلى النمو السريع. للتحقق من صحة هذه النتائج ، أجرينا تجارب باستخدام M. tuberculosis الفردية و M. bovis BCG ضرب المسوخ. لقد أثبتنا أن التحكم في معدل النمو هو عملية منظمة بعناية تتطلب مجموعة متميزة من الجينات التي تشفر العديد من محددات الفوعة ، ومنظمات الجينات ، والإنزيمات الأيضية. يبدو أن موضع mce1 هو أحد مكونات التحول إلى معدل النمو البطيء ، وهو ما يتوافق مع الدور المقترح في ضراوة المتفطرة السلية. تشير هذه النتائج إلى وجهات نظر جديدة لكشف الآليات التي ينطوي عليها التبديل بين عدوى السل الحادة والمستمرة وتوفر وسيلة لدراسة جوانب هذه الظاهرة المهمة في المختبر.

أنشأت بيولوجيا الأنظمة العديد من الأساليب للنمذجة الآلية للشبكات الجزيئية في الخلية وإرث النماذج. الحد الحالي هو تكامل النماذج المعبر عنها في أشكال مختلفة لمعالجة تحدي تنظيم النظام البيولوجي متعدد المقاييس. نقدم برنامج MUFINS ، وننفذ مجموعة فريدة من الأساليب لمحاكاة تعدد الأشكال لشبكات التفاعل. نقوم بتوسيع إطار النمذجة القائمة على القيد (CBM) من خلال دمج قيود التثبيط الخطي ، مما يتيح لأول مرة النمذجة الخطية للشبكات التي تصف في نفس الوقت تنظيم الجينات ، والإشارات ، والتمثيل الغذائي للخلية الكاملة في حالة مستقرة. نقدم حالة استخدام حيث يتم التعبير عن نموذج الرسم البياني المنطقي لشبكة تنظيمية بواسطة قيود خطية ومتكامل مع شبكة التمثيل الغذائي لمقياس الجينوم (GSMN) من الضامة الفأرية. نحن نتحقق من صحة التوقعات بشكل تجريبي ، ونعرض تطبيق برنامجنا في دورة تكرارية لتوليد الفرضيات والتحقق من صحتها وصقل النموذج. يدمج MUFINS نسخة موسعة من نهج شبكة Petri Net شبه المستقرة لدمج النماذج الديناميكية مع CBM ، والتي نوضحها من خلال نموذج ديناميكي لإشارات الكورتيزول مدمج مع Recon2 GSMN البشري ونموذج ديناميكيات المغذيات في المقصورات الفسيولوجية. أخيرًا ، نقوم بتنفيذ عدد من الطرق لاشتقاق حالات التمثيل الغذائي من

بيانات omics ، بما في ذلك البديل الجديد لنهج التطابق iMAT. قارنا نهجنا مع iMAT من خلال تحليل 262 نسخة فردية للورم ، واستعادة ميزات إعادة البرمجة الأيضية في السرطان. يوفر البرنامج واجهة مستخدم رسومات مع تصور الشبكة ، مما يسهل الاستخدام من قبل الباحثين الذين ليسوا من ذوي الخبرة في بيئات الترميز والنمذجة الرياضية.

يعد فهم قواعد الحياة أحد أهم المساعي العلمية وقد أحدث ثورة في كل من البيولوجيا والتكنولوجيا الحيوية. تتيح لنا التطورات الملحوظة في تقنيات المراقبة التحقيق في مجموعة واسعة من العمليات البيولوجية المعقدة والديناميكية التي يمكن أن تستغل فيها الأنظمة الحية السلوك الكمي لتعزيز الوظائف البيولوجية وتنظيمها. تشير الأدلة الحديثة إلى أن هذه التأثيرات الميكانيكية الكمومية غير التافهة قد تلعب دورًا مهمًا في الحفاظ على حالة عدم التوازن للأنظمة الجزيئية الحيوية. بيولوجيا الكم هي دراسة هذه الجوانب الكمومية للأنظمة الحية. في هذه المراجعة ، نلخص آخر تقدم في بيولوجيا الكم ، بما في ذلك مجالات التفاعلات المحفزة بالإنزيم ، والبناء الضوئي ، والتفاعلات المعتمدة على الدوران ، والحمض النووي ، والبروتينات الفلورية ، والقنوات الأيونية. من المتوقع أن تكون العديد من هذه النتائج لبنات أساسية نحو فهم قواعد الحياة.

الجهود المبذولة لتطوير الأنابيب النانوية الكربونية (CNTs) كمركبات نانوية لتوصيل الأدوية والجينات بدقة وخاضعة للرقابة ، وكذلك علامات للتصوير الطبي الحيوي في الجسم الحي ، تعوقها حاليًا أوجه عدم اليقين فيما يتعلق بامتصاصها الخلوي ، ومصيرها في الجسم ، و سلامتهم. من المحتمل أن تتأثر كل هذه العمليات بنقاء تحضير الأنابيب النانوية الكربونية ، فضلاً عن حجم وتركيز الأنابيب النانوية الكربونية المستخدمة ، وهي معلمات غالبًا ما يتم التحكم فيها بشكل سيئ في التجارب البيولوجية. يتضح هنا أنه في ظل الظروف التجريبية لطرق تعداء العدوى القياسية ، يتم تناول DWNTs بواسطة الخلايا المستنبتة ولكن يتم إطلاقها بعد 24 ساعة بدون استجابة إجهاد يمكن تمييزها. تدعم النتائج الاستخدام العلاجي المحتمل لـ CNTs في العديد من البيئات الطبية الحيوية ، مثل علاج السرطان.

لا يزال السل البقري (BtB) الذي تسببه المتفطرة البقريّة مشكلة رئيسية في كل من البلدان المتقدمة والنامية. يتم إجراء السيطرة على BtB في المملكة المتحدة عن طريق اختبار وذبح الحيوانات المصابة ، بناءً على اختبار الجلد tuberculin (ppD). التطعيم بالسلالة الموهنة لممرض M. bovis ، BcG ، لا يستخدم للسيطرة على السل البقري في الماشية في الوقت الحاضر ، بسبب فاعليته المتغيرة ولأنه يتعارض مع اختبار PPD. تم تطوير الاختبارات التشخيصية القادرة على التمييز بين المصابة والحيوانات الملقحة (DIVA) التي تكشف عن الاستجابات المناعية لمستضدات M. لمعالجة هذه المشاكل ، كنا نهدف إلى إنشاء لقاح تآزري ونهج تشخيصي من شأنه أن يسمح بتحصين الماشية دون التدخل في المراقبة التقليدية القائمة على PPD. كان النهج هو توسيع مجموعة مستضدات M. bovis التي يمكن استخدامها كأهداف لـ DiVA ، من خلال تحديد البروتينات المستضدية التي يمكن حذفها من BcG دون التأثير على الثبات والفعالية الوقائية للقاح في الماشية. باستخدام طفرات الترانسبوزون ، حددنا الجينات التي كانت ضرورية وتلك التي لم تكن ضرورية للاستمرار في الغدد الليمفاوية في الأبقار. ثم قمنا بعد ذلك بإبطال مفعول الجينات المختارة المناعية ، ولكن غير الأساسية في BcG الدنماركية لإنشاء سلالة ΔBCG TK الثلاثية المتوافقة مع التشخيص. تم اختبار الفعالية الوقائية لـ ΔBcG tK في خنازير غينيا المصابة تجريبياً بـ M. bovis بواسطة الهباء الجوي ووجد أنها مكافئة لنوع BcG البري. تم تطوير اختبار الجلد التشخيصي التكميلي باستخدام البروتينات المستضدية المشفرة بواسطة الجينات المحذوفة التي لم تتفاعل في خنازير غينيا المحصنة أو غير المصابة. توضح هذه الدراسة وظيفة سلالة BcG الجديدة والمحسنة والتي تحتفظ بفعاليتها الوقائية ولكنها متوافقة من الناحية التشخيصية مع اختبار DIVA للجلد الجديد الذي يمكن تنفيذه في برامج التحكم.

على الرغم من عقود من البحث ، لا تزال العديد من جوانب بيولوجيا المتفطرة السلية غير واضحة ، وينعكس ذلك في الأدوات القديمة المتاحة لعلاج السل والوقاية منه ، وبالتالي لا يزال هذا المرض يمثل مشكلة صحية عامة خطيرة. جددت الاكتشافات المهمة التي تربط بين استقلاب المتفطرة السُلية والإمراضية الاهتمام بهذا المجال من البحث. اقتصرت الدراسات التجريبية السابقة على تحليل الجينات أو الإنزيمات الفردية ، في حين أن التطورات الحديثة في بيولوجيا الأنظمة الحسابية والتقنيات التجريبية عالية الإنتاجية تسمح الآن بدراسة التمثيل الغذائي على مقياس الجينوم. نناقش هنا التقدم المحرز في تطبيق مناهج مستوى النظام لدراسة التمثيل الغذائي لهذا العامل الممرض المهم. المعلومات من هذه الدراسات ستغير بشكل أساسي نهجنا في أبحاث السل وتؤدي إلى أهداف جديدة للأدوية واللقاحات العلاجية.

على الرغم من عقود من البحث ، لا تزال العديد من جوانب بيولوجيا المتفطرة السلية غير واضحة ، وينعكس ذلك في الأدوات القديمة المتاحة لعلاج السل والوقاية منه ، وبالتالي لا يزال هذا المرض يمثل مشكلة صحية عامة خطيرة. جددت الاكتشافات المهمة التي تربط بين استقلاب المتفطرة السلية والإمراضية الاهتمام بهذا المجال البحثي. اقتصرت الدراسات التجريبية السابقة على تحليل الجينات أو الإنزيمات الفردية ، في حين أن التطورات الحديثة في بيولوجيا الأنظمة الحاسوبية والتقنيات التجريبية عالية الإنتاجية تسمح الآن بدراسة التمثيل الغذائي على مقياس الجينوم. في هذه المقالة ، نناقش التقدم المحرز في تطبيق النهج على مستوى النظام لدراسة التمثيل الغذائي لهذا العامل الممرض المهم.

يتم السعي لفهم ديناميكيات المظهر الجانبي الأيضي للخلية البكتيرية من تحليل الأنظمة الديناميكية للنماذج الحركية. تعتمد شكليات النمذجة هذه على وصف رياضي حتمي لحركية الإنزيم وتنظيم مستقلبها. ومع ذلك ، يتم إعاقته بشدة بسبب نقص المعلومات الحركية المتاحة ، مما يحد من حجم النظام الذي يمكن نمذجته.علاوة على ذلك ، يواجه النظام الفرعي للشبكة الأيضية التي يمكن تصميم ديناميكياتها ثلاث مشكلات: كيفية تحديد معلمات النموذج ببيانات حالة ثابتة غير مكتملة في الغالب ، وكيفية إغلاق ما هو الآن نظام مفتوح بطبيعته ، وكيفية حساب التأثير على نمو. في هذه الدراسة ، نعالج تحديات النمذجة الحركية هذه من خلال الاستفادة من بيانات الحالة الثابتة متعددة "الأوميكس" ونموذج شبكة التمثيل الغذائي على نطاق الجينوم. نحن نستخدم هذه لتوليد المعلمات التي تدمج المعرفة المضمنة في نموذج شبكة التمثيل الغذائي على نطاق الجينوم ، في النموذج الحركي الأكثر شمولاً لعملية التمثيل الغذائي للكربون المركزي للإشريكية القولونية التي تم تحقيقها حتى الآن. كتطبيق ، أجرينا تحليل أنظمة ديناميكي للنموذج المخصب الناتج. كشف هذا عن ثباتية التمثيل الغذائي للكربون المركزي وبالتالي قدرته على التعبير عن حالتين مختلفتين من التمثيل الغذائي. علاوة على ذلك ، نظرًا لأن أسلوب إعلام النموذج الخاص بنا يضمن أن كلا الحالتين المستقرة مقيدة بنفس معدل النمو الثابت القابل للتطبيق من الناحية الديناميكية الحرارية ، فإن الثباتية التي تلت ذلك تمثل تعايشًا زمنيًا للحالتين ، وبالتالي ، تكشف عن ظهور مجموعة غير متجانسة ظاهريًا.

الاستمرارية ، وهي الظاهرة التي تنجو فيها مجموعة صغيرة من الخلايا البكتيرية من التعقيم ، وتطيل العلاج بالمضادات الحيوية وتساهم في تطوير المقاومة الوراثية للأدوية المضادة للميكروبات (AMR). في هذه الدراسة ، أجرينا تتبعًا وحيد الخلية لسلالات متحولة من النوع البري وعالي الثبات من الإشريكية القولونية لتحديد العوامل التي ترتبط بالمثابرة. لقد وجدنا ، كما هو متوقع ، أن المثابرة مرتبطة بالنمو البطيء ، ولكن أيضًا بحجم الولادة الصغير. قمنا بالتحقيق في الوراثة الظاهرية بين الأجيال (الأم - الابنة) والوراثة داخل الأجيال (أخت - أخت) لمعايير النمو واكتشفنا أن النمط الظاهري للطفرة كان مرتبطًا بمستويات أقل من وراثة النمط الظاهري وحدد الجين المسؤول ، عامل النسخ ydcI. يمكن أن تكشف مسارات الاستهداف المتضمنة في المثابرة عن نُهج لإعاقة الثبات وتطوير مقاومة مضادات الميكروبات.

تم وصف العديد من نظريات الوعي لأول مرة منذ حوالي عقد من الزمن ، بما في ذلك نظرية مجال المعلومات الكهرومغناطيسية الواعية (CEMI) ، وادعت أن ركيزة الوعي هي المجال الكهرومغناطيسي للدماغ (EM). كانت هذه النظريات مدفوعة بالملاحظة ، في العديد من الأنظمة المتنوعة ، أن إطلاق الخلايا العصبية المتزامن ، الذي يولد مجالات كهرومغناطيسية متماسكة ، كان ارتباطًا قويًا بالانتباه والوعي والوعي. ومع ذلك ، عندما تم وصف هذه النظريات لأول مرة لم يكن هناك دليل مباشر على أن إطلاق النار المتزامن كان وظيفيًا بالفعل ، وليس ظاهرة ثانوية لوظيفة الدماغ. بالإضافة إلى ذلك ، فإن أي وعي قائم على المجال الكهرومغناطيسي سيكون "شبحًا في الآلة" ما لم يكن المجال الكهرومغناطيسي الداخلي للدماغ قادرًا أيضًا على التأثير على إطلاق الخلايا العصبية. مرة أخرى ، عندما تم وصف هذه النظريات لأول مرة ، لم يكن هناك سوى دليل غير مباشر على أن المجال الكهرومغناطيسي للدماغ قد أثر على أنماط إطلاق الخلايا العصبية في الدماغ. في هذه الورقة ، أصف الدليل التجريبي الأخير الذي يوضح أن إطلاق الخلايا العصبية المتزامن له بالفعل دور وظيفي في الدماغ وأيضًا أن المجال الكهرومغناطيسي الداخلي للدماغ متورط في تجنيد الخلايا العصبية لإطلاق الشبكات بشكل متزامن. تشير البيانات الجديدة إلى شكل جديد وغير مقبول من التواصل العصبي في الدماغ والذي من المحتمل أن يكون له أهمية لجميع نظريات الوعي. أصف امتدادًا لنظرية مجال CEMI التي تدمج هذه النتائج التجريبية الحديثة وتدمج النظرية مع فرضية "الاتصال من خلال التماسك".

بريان دي روبرتسون وبريندان دبليو ورين

تمت دراسة استخدام الأنابيب النانوية الكربونية كنظام لتوصيل الجينات على نطاق واسع في السنوات الأخيرة نظرًا لمزاياها المحتملة على النواقل الفيروسية. لتحقيق هذا الهدف ، يجب تشغيل الأنابيب النانوية الكربونية لتصبح متوافقة مع الوسائط المائية وربط المادة الجينية. لتحديد أفضل الظروف لربط الحمض النووي للبلازميد ، نقارن خصائص التشتت للأنابيب النانوية الكربونية الأحادية والمزدوجة والمتعددة الجدران (SWCNTs و DWCNTs و MWCNTs ، على التوالي) التي تعمل مع مجموعة متنوعة من المواد الخافضة للتوتر السطحي عن طريق الارتباط غير التساهمي. تمت دراسة خصائص ربط الحمض النووي للأنابيب النانوية الكربونية الوظيفية ومقارنتها بواسطة الرحلان الكهربائي. علاوة على ذلك ، تم تطوير طريقة وظيفية ثنائية الطبقة لربط الحمض النووي على SWCNTs والتي تستخدم غلاف RNA لإذابة الأنابيب النانوية والبوليمرات الكاتيونية كجسر بين الأنابيب النانوية والحمض النووي.

تسهل الأساليب القائمة على التقييد التنبؤ بقدرات التمثيل الغذائي الخلوي ، بناءً على تنبؤات ذخيرة الإنزيمات المشفرة في الجينوم. في الآونة الأخيرة ، تم استخدام التعليقات التوضيحية للجينوم لإعادة بناء شبكات التفاعل الأيضي على نطاق الجينوم للعديد من الأنواع ، بما في ذلك الإنسان العاقل Homo sapiens ، والتي تسمح بالمحاكاة التي توفر رؤى قيمة في الموضوعات ، بما في ذلك تنبؤات الجينات الأساسية لمسببات الأمراض ، وتفسير تعدد الأشكال الجيني في متلازمات الأمراض الأيضية والاقتراحات لطرق جديدة للهندسة الأيضية الميكروبية. يتم دمج هذه المحاكاة القائمة على القيود مع بوابات الجينوميات الوظيفية ، وهو نشاط يتطلب التنفيذ الفعال لعمليات المحاكاة القائمة على القيود في البيئة المستندة إلى الويب.

تنتج تجارب نمو الخلايا باستخدام جهاز ميكروفلويديك بيانات صور بفواصل زمنية واسعة النطاق ، والتي تحتوي على معلومات مهمة عن نمو الخلايا وأنماطها في علم الأنساب. لاستخراج هذه المعلومات ، نقترح مخططًا لتقسيم الخلايا البكتيرية وتتبعها تلقائيًا. على عكس معظم الأساليب المنشورة ، والتي غالبًا ما تقسم التجزئة والتتبع إلى إجراءين مستقلين ، فإننا نركز على تصميم خوارزمية تصف خصائص الخلية التي تتطور بين الإطارات المتتالية عن طريق تغذية التجزئة وتتبع النتائج من إطار إلى الإطار التالي. يتم استخراج حدود الخلية بتقليل نموذج تطور مجموعة المستوى المنتظم للمسافة. تم تحديد كل خلية فردية وتتبعها من خلال تحديد الحاجز الخلوي والغشاء وكذلك تطوير وظيفة تقليل مسار الطاقة على طول سلسلة الفاصل الزمني. تظهر التجارب أنه من خلال تطبيق هذا المخطط ، يمكن قياس نمو الخلايا وانقسامها تلقائيًا. تظهر النتائج كفاءة النهج عند الاختبار على مجموعات البيانات المختلفة أثناء المقارنة مع الخوارزميات الأخرى الموجودة. يوضح النهج المقترح إمكانات كبيرة لتحليل نمو الخلايا البكتيرية على نطاق واسع.

جذبت الأنابيب النانوية الكربونية أحادية الجدار (SWCNT) اهتمامًا كبيرًا نظرًا لخصائصها غير العادية التي تتصور استخدامها في مجموعة واسعة من التطبيقات [الخصائص الفيزيائية المرجعية]. ومع ذلك ، يتم التحكم في هذه الخصائص من خلال chirality من SWC-NTs. لسوء الحظ ، فإن عمليات النمو المتاحة حتى الآن تنتج SWCNTs ذات الانحرافات المختلفة. أيضًا ، يتم إنتاج SWCNTs مع كميات عالية نسبيًا من الشوائب مثل الكربون غير المتبلور وجزيئات المحفز المعدني. في الواقع ، لا يزال التنقية والتلاعب مشكلة ، مما يعيق بعض التطبيقات الممكنة لهذه المواد. في هذا البحث ، يتم عرض تنقية الأنابيب النانوية الكربونية المربعة بالبوليمرات البيولوجية. أظهرت النتائج أن DNA و UNA ينقيان SWCNT بشكل فعال من "السخام" الذي تم الحصول عليه أثناء عملية النمو. تظهر النتائج مدى فعالية إجمالي الجينوم UNA (tgRNA) في تنقية SWCNT. تكشف دراسات مجهر القوة الذرية (AFM) كيف تلتف الأحماض النووية حول SWCNTs التي تشكل مركبات RNA-CNT. علاوة على ذلك ، عندما يتم تجفيف محلول RNA-CNT على سطح ماء ، يتم العثور على SWCNTs ملقاة أو مدمجة في شبكة UNA ثنائية الأبعاد مجمعة ذاتيًا. إن استخدام tgRNA ليس فقط طريقة رخيصة وفعالة لإذابة الأنابيب النانوية الكربونية وتنقيةها ، ولكنه يوفر خطوة أولى نحو التجميع الذاتي لأنابيب الكربون النانوية من المحلول. علاوة على ذلك ، يمكن أن تكون شبكات tgRNA طريقة ملائمة لربط الأنابيب النانوية الكربونية الوظيفية الفردية من الحمض النووي الريبي كهربائيًا على سطح والتي يمكن أن تكون مفيدة لأجهزة استشعار الحمض النووي الريبي أو الحمض النووي.

وصفت في أوراق سابقة نظرية مجال المعلومات الكهرومغناطيسية الواعية (CEMI) ، والتي ادعت أن ركيزة الوعي هي المجال الكهرومغناطيسي للدماغ (EM). أقوم هنا باستكشاف هذه النظرية أكثر من خلال دراسة خصائص وديناميكيات المعلومات الكامنة وراء المعنى في الوعي. أنا أزعم أن المعنى يعاني من مشكلة ملزمة ، مماثلة لمشكلة الربط الموصوفة للإدراك البصري ، وأشرح كيف أن خصائص الجشطالت (الكلية) للمعنى تؤدي إلى هذه المشكلة الملزمة. لتوضيح دور المعلومات في المعنى الواعي ، أفرق بين المعلومات الخارجية التي هي رمزية وتعسفية ، والمعلومات الجوهرية ، التي تحافظ على الجوانب الهيكلية للكائن الممثل وبالتالي تحافظ على بعض خصائص الجشطالت للكائن الممثل. أقارن متطلبات عملية فك التشفير لاستخراج المعنى من المعلومات الخارجية ، في حين أن المعنى جوهري في بنية المعلومات الجوهرية للجشطالت ولا يتطلب فك التشفير. وبالتالي فإنني أزعم أنه لتجنب ضرورة فك تشفير homunculus ، يجب ترميز المعنى الواعي جوهريًا - مثل معلومات الجشطالت - في الدماغ. علاوة على ذلك ، أعرّف الحقول على أنها الركيزة الوحيدة المعقولة لتشفير المعلومات الجوهرية للجشطالت وأجادل بأن مشكلة ربط المعنى لا يمكن حلها إلا من خلال تأريض المعنى في معلومات الجشطالت القائمة على المجال. قمت بفحص الركائز المحتملة لمعلومات الجشطالت في الدماغ واستنتجت أن الركيزة الوحيدة المعقولة هي مجال CEMI.

عندما تتعرض مجموعة متجانسة وراثيًا من الخلايا البكتيرية للمضادات الحيوية ، يبقى جزء ضئيل من الخلايا على قيد الحياة من العلاج ، وهي الظاهرة المعروفة باسم الثبات البكتيري [G.L. هوبي وآخرون ، إكسب. بيول. ميد. 50، 281-285 (1942) J. Bigger، The Lancet 244، 497–500 (1944)]. على الرغم من أهميتها الطبية الحيوية ، لا يزال أصل الظاهرة غير معروف ، وباعتبارها مجموعة سكانية فرعية نادرة ومقاومة للنمط الظاهري ، فمن الصعب دراستها وتعريفها. باستخدام التتبع المحوسب ، نظهر أن المثابرات صغيرة عند الولادة وتتضاعف ببطء. لقد قررنا أيضًا أن السلالة المتحولة الأعلى درجة من الإشريكية القولونية ، HipQ ، مرتبطة بالنمط الظاهري لميراث النمط الظاهري المنخفض (RPI). نحدد الجين المسؤول عن RPI ، ydcI ، الذي يشفر عامل النسخ ، ونقترح آلية يؤدي من خلالها فقدان الوراثة المظهرية إلى زيادة تواتر المثبطات. توفر هذه النتائج نظرة ثاقبة لتوليد والحفاظ على تباين النمط الظاهري وتوفر أهدافًا محتملة لتطوير استراتيجيات علاجية تعالج استمرار العدوى البكتيرية.

النيسرية السحائية سبب عالمي لالتهاب السحايا وتسمم الدم. تتضمن المناعة ضد النيسرية السحائية آليات فطرية ومحددة مع القتل عن طريق نشاط مبيد الجراثيم في الدم والخلايا البلعمية. بروتين سي التفاعلي (CRP) هو بروتين مصل في المرحلة الحادة ثبت أنه يساعد في حماية المضيف من العديد من مسببات الأمراض البكتيرية ، والتي يتعرف عليها من خلال الارتباط بالفوسفوريل كولين (PC) على أسطحها. يمكن أن تظهر أنواع Neisseria المسببة للأمراض تعديل PC متغير الطور على النوع 1 و 2 pili. لقد أظهرنا أن بروتين سي التفاعلي يمكن أن يرتبط بالمكورات السحائية المرقطة بطريقة تقليدية تعتمد على الكالسيوم. كان ارتباط CRP بالمكورات السحائية يعتمد على التركيز ، وذو تقارب منخفض ، ومخصص للكمبيوتر الشخصي. يبدو أن CRP يعمل بمثابة opsonin لـ N. meningitidis ، حيث أظهرت البكتيريا المطفأة لـ CRP زيادة في امتصاصها من قبل الضامة البشرية والعدلات. قد يقودنا الاستقصاء الإضافي في الآثار النهائية للـ N. meningitidis المرتبط بـ CRP إلى فهم أفضل لعدوى المكورات السحائية ويساعد في توجيه تدخلات علاجية أكثر فعالية.

تم استخدام الأنابيب النانوية الكربونية مزدوجة الجدران (DWCNTs) المغلفة بالبولي إيثيلين أمين لتوصيل الجينات والعقاقير المزدوجة ، بعد تحميل DWCNTs مع عقار الكلوروكين ، وهو مركب مسبب للجسيمات الليزوزومية قادر على تعزيز الهروب من الحجرة الليزوزومية. تم فحص أشكال مختلفة من وظائف DWCNTs من أجل تحسين هذا النظام. وقد اشتملت على اختبار المعالجات المختلفة على DWCNTs لتحسين تحميل وتسليم الكلوروكين واختيار بوليمر كاتيوني لطلاء DWCNTs من أجل الربط الأمثل للحمض النووي والتسليم. تم اختيار معالجة الأكسدة الحمضية لـ DWCNTs من أجل التحميل الأمثل للكلوروكين مع البولي إيثيلين أمين كعامل طلاء كاتيوني مثالي لربط DNA البلازميد. تم تطوير تحسين ظروف توصيل الجينات المحسنة بالكروكين باستخدام تعبير لوسيفيراز كنظام نموذجي. لقد أثبتنا أن تحميل الكلوروكين يزيد من قدرة DWCNTs المغلفة بالبولي إيثيلين أمين على توصيل الحمض النووي الوظيفي للخلايا البشرية. أظهرت اختبارات صلاحية الخلية عدم وجود سمية خلوية لـ DWCNTs الوظيفية بالتركيزات اللازمة لتسليم الجين الأمثل. تدعم هذه النتائج التطبيقات المحتملة لهذه المنهجية في العلاج الجيني.

تعتبر الأنابيب النانوية الكربونية (CNTs) في الوقت الحالي بمثابة نواقل نانوية محتملة لها القدرة على توصيل الشحنات العلاجية إلى الخلايا الحية. أثبتت الدراسات السابقة قدرة الأنابيب النانوية الكربونية على دخول الخلايا وفائدتها العلاجية ، ولكن لا يزال يتعين وصف تقدير الاتجار العالمي داخل الخلايا المرتبط بتوزيعها الخلوي. على الرغم من العديد من جوانب آلية امتصاص الأنابيب النانوية الكربونية قيد الدراسة ، إلا أن عددًا قليلاً فقط من الدراسات قد بحث في استيعاب ومصير الأنابيب النانوية الكربونية داخل الخلايا بالتفصيل. في هذه الدراسة ، تم تقديم التوطين داخل الخلايا والاتجار في الأنابيب النانوية الكربونية المزدوجة الجدران والملفوفة بالحمض النووي الريبي (oxDWNT-RNA). خضعت الخلايا الثابتة ، التي تعرضت سابقًا لـ oxDWNT-RNA ، لتحليل كيميائي مناعي باستخدام أجسام مضادة خاصة بالبروتينات المتورطة في الالتقام الخلوي ، علاوة على ذلك ، تم استخدام علامات مقصورة الخلية والظروف المثبطة الدوائية في هذه الدراسة. كشفت نتائجنا أن مسار الالتقام متورط في استيعاب oxDWNT-RNA. تم العثور على الأنابيب النانوية في الحويصلات المطلية بالكاذرين ، وبعد ذلك يبدو أنها مرتبة في الجسيمات الداخلية المبكرة ، يليها النضج الحويصلي ، وتصبح موجودة في الجسيمات الحالة. علاوة على ذلك ، لاحظنا التوطين المشترك لـ oxDWNT-RNA مع البروتين الصغير المرتبط بـ GTP (Rab 11) ، المتورط في إعادة تدويرها مرة أخرى إلى غشاء البلازما عبر الإندوسومات من شبكة trans-golgi.

على الرغم من عقود من البحث ، لا تزال العديد من جوانب بيولوجيا المتفطرة السلية غير واضحة ، وينعكس ذلك في الأدوات القديمة المتاحة لعلاج السل والوقاية منه ، وبالتالي لا يزال هذا المرض يمثل مشكلة صحية عامة خطيرة. جددت الاكتشافات المهمة التي تربط بين استقلاب المتفطرة السلية والإمراضية الاهتمام بهذا المجال البحثي. اقتصرت الدراسات التجريبية السابقة على تحليل الجينات أو الإنزيمات الفردية ، في حين أن التطورات الحديثة في بيولوجيا الأنظمة الحاسوبية والتقنيات التجريبية عالية الإنتاجية تسمح الآن بدراسة التمثيل الغذائي على مقياس الجينوم. في هذه المقالة ، نناقش التقدم المحرز في تطبيق النهج على مستوى النظام لدراسة التمثيل الغذائي لهذا العامل الممرض المهم.

تم إنشاء نظام تجريبي لنمو المتفطرة السلية في ناظم كيميائي محدود الكربون عن طريق استخدام Mycobacterium bovis BCG ككائن حي نموذجي. بالنسبة لهذا النموذج ، تم استخدام أجهزة كيميائية محدودة الكربون مع تركيزات منخفضة من الجلسرين لمحاكاة معدلات النمو المحتملة خلال مراحل مختلفة من مرض السل. تم اعتماد وقت مضاعفة قدره 23 ساعة (D 0.03 ساعة 1) لتمثيل الخلايا خلال المرحلة الحادة من العدوى ، في حين تم استخدام معدل تخفيف أقل يعادل زمن مضاعفة 69 ساعة (D 0.01 ساعة 1) لنمذجة مقاومة الفطريات. سمح نموذج ناظم كيميائي هذا بتوضيح الاستجابة المحددة لخلية المتفطرات للحد من الكربون بمعدلات نمو مختلفة. تم تحديد التركيبات الجزيئية (الحمض النووي الريبي ، والحمض النووي ، والكربوهيدرات ، والدهون) والعنصر (C ، H ، و N) للكتلة الحيوية لمزارع الحالة المستقرة ، مما يكشف عن أن الكربوهيدرات والدهون تشكل أكثر من نصف الكتلة الجافة لـ BCG خلية ، مع ربع الوزن الجاف فقط يتكون من البروتين والحمض النووي الريبي. تمشيا مع الدراسات التي أجريت على البكتيريا الأخرى ، فإن معدل النمو المحدد يؤثر على المحتوى الجزيئي لـ BCG ونسب الدهون والحمض النووي الريبي والبروتين بشكل ملحوظ مع معدل النمو. يشير ارتباط محتوى الحمض النووي الريبي مع معدل النمو إلى أن إنتاج الريبوسوم في خلايا M. bovis BCG محدودة الكربون يخضع للتحكم المعتمد على معدل النمو. تظهر النتائج بوضوح أيضًا أن نسبة الدهون في الخلية الفطرية حساسة جدًا للتغيرات في معدل النمو ، مما يعكس على الأرجح التغيرات في كميات الدهون المخزنة. أخيرًا ، توضح هذه الدراسة فائدة نموذج ناظم كيميائي لنمو الفطريات في دراسات الجينوم الوظيفي وعلم وظائف الأعضاء وبيولوجيا الأنظمة.

يُعتبر علم الأحياء الكمومي عادةً تخصصًا جديدًا ، ناشئًا عن الأبحاث الحديثة التي تشير إلى أن الظواهر البيولوجية مثل التمثيل الضوئي ، أو تحفيز الإنزيم ، أو ملاحة الطيور أو الشم ، قد لا تعمل فقط ضمن حدود الفيزياء الكلاسيكية ولكن أيضًا تستخدم عددًا من السمات غير التافهة لميكانيكا الكم ، مثل التماسك والنفق وربما التشابك. ومع ذلك ، على الرغم من ظهور أهم النتائج في العقدين الماضيين ، فإن جذور علم الأحياء الكمومي تتعمق أكثر بكثير - إلى رواد الكم في أوائل القرن العشرين. سنناقش أن بعض الأفكار التي قدمها هؤلاء الفيزيائيون الرواد تظل ذات صلة بفهمنا لبيولوجيا الكم اليوم.

تتمثل إحدى أكثر المشكلات تحديًا في علم الأحياء الدقيقة في فهم كيفية ظهور جزء صغير من الميكروبات التي تقاوم القتل بالمضادات الحيوية في مجموعة من الخلايا المتطابقة وراثيًا ، وهي الظاهرة المعروفة باسم الاستمرارية أو تحمل الأدوية. توقيعه المميز هو منحنى القتل ثنائي الطور ، حيث يتم في البداية قتل الميكروبات التي تتعرض لعامل مبيد للجراثيم بسرعة كبيرة ولكن بعد ذلك يتم قتلها بشكل أبطأ بكثير. نحن هنا نربط هذه المشكلة بالمشكلة الأكثر عمومية المتمثلة في فهم ظهور أنماط نمو مميزة في التجمعات النسيليّة. نعالج المشكلة رياضياً من خلال تبني إطار ظاهرة ما يسمى بكسر الإرغوديسي الضعيف ، المعروف جيداً في الأنظمة الفيزيائية الديناميكية ، والذي نمده إلى السياق البيولوجي. نظهر بشكل تحليلي ومن خلال عمليات المحاكاة العشوائية المباشرة أن أنماط نمو ظاهرية مميزة يمكن أن تظهر كنتيجة لإبطاء التقلبات العشوائية في التعبير عن معدل نمو الجين المتحكم فيه. في نظام النسخ الجيني السريع ، يكون النظام ergodic ، ويكون توزيع معدل النمو أحادي النمط ، ويمثل نمطًا ظاهريًا واحدًا فقط. في المقابل ، عند النسخ البطيء والترجمة السريعة ، تظهر مكونات غير ergodic ضعيفة ، يصبح التوزيع السكاني لمعدلات النمو ثنائي النسق ، ويتم تحديد نمطين ظاهريين مختلفين للنمو. عندما يقترن هذا النموذج باعتماد معدل النمو الراسخ لقتل المضادات الحيوية ، يصف هذا النموذج مراحل القتل السريع والبطيء المرصود ، ويعيد إنتاج الكثير من ظواهر الثبات البكتيري. النموذج له آثار كبيرة على الجهود المبذولة لتطوير استراتيجيات السيطرة على العدوى المستمرة.

تمت دراسة استخدام النواقل غير الفيروسية كنظم توصيل في العلاج الجيني على نطاق واسع مؤخرًا نظرًا لمزاياها على النواقل الفيروسية.هنا ، نقترح نظامًا جديدًا لتوصيل الجينات يعتمد على استخدام الأنابيب النانوية الكربونية أحادية الجدار (SWCNTs) والملفوفة بالـ RNA والمركبة بالبروتين الكاتيوني والبروتامين ودواء الكلوروكين. تم اختيار البروتامين كبروتين كاتيوني يعمل كجسر بين SWCNTs سالبة الشحنة ملفوفة بالـ RNA و DNA البلازميد. يحتوي البروتامين أيضًا على إشارة توطين نووية تعزز التعبير عن الجين المنقول. تم ربط عقار الكلوروكين ، وهو مركب مسبب للجسيمات الليزوزومية تم الإبلاغ عن أنه يزيد من كفاءة تعداء العدوى ، بـ SWNTs الملفوفة بالـ RNA عن طريق التفاعلات الأيونية. أظهر التسليم المتزامن لعقار الكلوروكين مع DNA البلازميد بوضوح توصيل وتعبير جيني محسّن. تم قياس مستويات التعبير الجيني باستخدام جين مراسل لوسيفيراز كنموذج. تم الحصول على الظروف المثلى لترنسفكأيشن والتعبير الجيني وقياس السمية الخلوية لمجمعات الأنابيب النانوية الكربونية. تم إثبات أن المجمعات المثلى تقدم بكفاءة DNA البلازميد للتعبير الجيني الفعال ، وبالتالي قد تكون مفيدة كنظم توصيل الجينات للعلاج الجيني. حقوق النشر © 2012 American Scientific Publishers.

يتم تقديم دراسة متعمقة للتوظيف الجديد للأنابيب النانوية الكربونية لتطبيقها كحاملات للبروتين والحمض النووي. أولاً ، تم الحصول على الظروف المثلى لتشتت الأنابيب النانوية الكربونية أحادية الجدار (SWCNTs) مع polypeptides amphiphilic ، وتم تمييز مجمعات SWCNT – polypeptide بتقنيات مختلفة (UV-Vis-NIR و CD و AFM). بناءً على خصائص مجمعات SWCNT – polypeptide ، تم وصف النموذج الذي يميز امتزاز البروتينات الطبيعية على SWCNT لأول مرة. يتنبأ هذا النموذج بامتصاص البروتينات الطبيعية على SWCNTs بناءً على بنية البروتين وتكوينه ، وبالتالي ، يسمح بتصميم طرق لتحضير مجمعات البروتين SWCNT. إلى جانب ذلك ، يتم تطبيق استخدام polypeptides البرمائية المصممة الكاتيوني لتفريق SWCNTs للربط اللاحق والفعال للحمض النووي بالأنابيب النانوية الكربونية من خلال نهج ثنائي الطبقة. لذلك ، في هذه المقالة ، نقوم بتطوير إجراءات لاستخدام SWCNTs كناقلات البروتين والحمض النووي. تم تسليم الأنظمة إلى الخلايا مما يدل على أن كفاءة التسليم تتأثر بشحنة المجمعات ، والتي لها آثار مهمة في استخدام SWCNT كمنصات لربط البروتين والحمض النووي واستخدامه لاحقًا كنظم توصيل.

يعد تطوير الاختبارات التشخيصية التي يمكن أن تفرق بسهولة بين الأفراد الذين تم تطعيمهم والمصابين بالسل أمرًا بالغ الأهمية لتوسيع نطاق استخدام عصية كالميت غيران (BCG) كلقاح في البشر والحيوانات. BCG_0092 هو مستضد يثير تفاعلات فرط حساسية من النوع المتأخر مماثلة في الحجم والجوانب المورفولوجية لتلك الناتجة عن مشتق البروتين المنقى ، في كل من الحيوانات والبشر المصابين بعصيات الحديبة. لقد أجرينا تحليلات المعلوماتية الحيوية لـ BCG_0092 وصممنا اختبارًا تشخيصيًا باستخدام حلقات MHC من الفئة الأولى المتوقعة. بالإضافة إلى ذلك ، قمنا بإجراء خروج المغلوب لهذا الجين عن طريق إعادة التركيب المتماثل في سلالة لقاح BCG للسماح بالتمييز بين الأشخاص المُلقحين والمصابين. لذلك ، تم استنساخ التسلسلات المرافقة للجين المستهدف (BCG_0092) في ناقل انتحاري. تم اختيار عمليات الانتقال المزدوجة التلقائية ، والتي أدت إلى ارتداد النوع البري أو الضربات القاضية باستخدام SacB. يوجد BCG_0092 فقط في أعضاء مجمع Mycobacterium tuberculosis. تم تحديد ثمانية حواتم متوقعة من معقد التوافق النسيجي الكبير من الفئة الأولى مع إمكانية التشخيص المناعي ، مما يسمح بتصميم اختبار تشخيصي محدد. كانت الإستراتيجية المستخدمة لحذف الجين (BCG_0092) من BCG ناجحة. تم تأكيد النمط الوراثي بالضربة القاضية بواسطة تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR) واللطخة الجنوبية. تمتلك سلالة BCG الطافرة القدرة على إحداث الحماية ضد السل دون التدخل في الاختبار التشخيصي القائم على استخدام حواتم مختارة من BCG_0092.

تتم حماية معظم البالغين الأصحاء من مرض المكورات السحائية من خلال وجود الأجسام المضادة المضادة للمكورات السحائية المكتسبة بشكل طبيعي ، ومع ذلك ، تظل هوية المستضدات المستهدفة لهذه المناعة الوقائية غير واضحة ، خاصة للحماية من مرض المجموعة المصلية ب. لتحديد أهداف البروتين لمناعة الحماية الطبيعية ، قمنا بتطوير نهج الترسيب المناعي والبروتيوميات لتحديد البروتينات المناعية للمكورات السحائية. تم استخدام الأمصال المأخوذة من 10 أفراد أصحاء يظهرون نشاط مبيد للجراثيم في مصل الدم ضد كل من سلالة المكورات السحائية C (L91543) وسلالة B MC58 ، جنبًا إلى جنب مع الأمصال البشرية المجمعة المتوفرة تجاريًا كمسبار مضاد للأمصال. تم إجراء الترسيب المناعي مع كل عينة مصل وخلايا حية من سلالتي المكورات السحائية. تم التعرف على البروتينات المناعية بواسطة مطياف الكتلة. أظهر تحليل البروتينات المناعية من كل مصل كل من المستضدات التفاعلية الشاملة التي تم التعرف عليها من قبل معظم الأمصال وكذلك المستضدات الخاصة بالموضوع. تم العثور على معظم المستضدات في سلالتي المكورات السحائية ولكن القليل منها كان متعلقًا بالسلالة. تم سابقًا وصف العديد من البروتينات المثبطة للمناعة على أنها مستضدات سطحية بما في ذلك المواد اللاصقة والبروتياز ، وقد تم التعرف على العديد منها كمستضدات مرشحة للقاح ، على سبيل المثال. fHBP و NadA و NHBA. توضح البيانات بوضوح وجود الأجسام المضادة للمكورات السحائية في الأفراد الأصحاء الذين ليس لديهم تاريخ من الإصابة بعدوى المكورات السحائية وتنوع واسع من الاستجابات المناعية. يوفر تحديد البروتينات التفاعلية المناعية للمكورات السحائية أساسًا لفهم دور كل مستضد في المناعة الطبيعية المرتبطة بالنقل وقد يساعد في تصميم استراتيجيات التطعيم.

مشتق البروتين المنقى للتوبركولين (PPD) هو مستضد تشخيصي يستخدم على نطاق واسع لمرض السل ، إلا أنه غير محدد بشكل جيد. يتم تغيير طبيعة معظم بروتينات المتفطرة على نطاق واسع من خلال الإجراء المستخدم في تحضيرها ، وهو ما يفسر الصعوبات السابقة في تحديد المكونات من PPD لتوصيف سلوكها في تفاعلات الخلايا B و T. وصفنا هنا توصيفًا قائمًا على البروتينات لـ PPD من عدة مصادر مختلفة بواسطة LC-MS / MS ، والذي يجمع بين قوة الفصل الذائب لـ HPLC ، مع قدرة الكشف عن مطياف الكتلة. هذه التقنية قادرة على تحديد البروتينات من الخلائط المعقدة لشظايا الببتيد. تم تحديد ما مجموعه 171 بروتينًا مختلفًا من بين عينات PPD الأربعة (اثنان من PPD البقري واثنان من الطيور PPD) من البرازيل والمملكة المتحدة. كانت غالبية البروتينات عبارة عن حشوية (77.9٪) وتشارك في التمثيل الغذائي والتنفس الوسيط (24.25٪) ولكن كان هناك الكثير من البروتينات المشاركة في استقلاب الدهون. حددنا مجموعة من 21 بروتينًا موجودة في كل من PPD البقري ولكن لم يتم اكتشافها في تحضير PPD للطائر. بالإضافة إلى ذلك ، فإن أربعة بروتينات موجودة في PPD البقري غائبة في سلالة لقاح المتفطرة البقري BCG. توفر هذه الدراسة فهماً أفضل لمكونات السلين PPD مما يؤدي إلى تحديد مستضدات إضافية مفيدة ككواشف لتشخيص مرض السل.

لقد صممنا نظامًا لتوصيل الأدوية للعقاقير المضادة للسرطان دوكسوروبيسين وميتوكسانترون استنادًا إلى الأنابيب النانوية الكربونية ، وهي مستقرة في ظل الظروف البيولوجية ، وتسمح بالإفراج المستدام ، وتعزز الانتقائية من خلال مخطط استهداف نشط. تعتبر الأنابيب النانوية الكربونية واعدة بشكل خاص في مجال التطبيق هذا نظرًا لمساحة سطحها العالية ، مما يسمح بتحميل كميات كبيرة من الأدوية وتفاعلها الفريد مع الأغشية الخلوية. لقد اتخذنا نهجًا منهجيًا لاقتران PEG من أجل إنشاء صياغة من الأنابيب النانوية الكربونية المستقرة والفعالة علاجيًا. قد يكون نظام توصيل الدواء المقدم وسيلة لتحسين طرق علاج السرطان عن طريق تقليل الآثار الجانبية المرتبطة بالعقاقير.

يعتبر مرض السل البقري مشكلة صحية حيوانية مهمة والسبب الرئيسي لمرض السل الحيواني في جميع أنحاء العالم. ينتج عنه عبء اقتصادي خطير بسبب الخسائر في الإنتاجية وتكلفة برامج التحكم. يمكن تحسين التحكم بشكل كبير عن طريق إدخال لقاح فعال للماشية ولكن المرشح الأكثر احتمالا ، BCG ، له العديد من القيود بما في ذلك الفعالية المتغيرة. لقد ثبت أن زيادة BCG باستخدام لقاح معزز للوحدات الفرعية يزيد من الحماية ولكن اختيار المستضدات حتى الآن تُرك إلى حد كبير للصدفة. في هذه الدراسة ، نتبع نهجًا عقلانيًا لتحديد المستضدات الوقائية لـ BCG ، واختيار مكتبة متحولة BCG transposon في الماشية الساذجة والمُلقحة بـ BCG. زادت عشرة طفرات من البقاء النسبي في اللقاح مقارنةً بالماشية الساذجة ، بما يتوافق مع فقدان أهداف المستضد الوقائية مما يجعل الطفرات أقل وضوحًا للاستجابة المناعية لـ BCG. تم فحص مناعة ثلاثة مستضدات واقية مفترضة ، BCG_0116 ، BCG_0205 (YrbE1B) و BCG_1448 (PPE20) باستخدام أحواض الببتيد و PBMCs من الأبقار المحصنة ضد BCG. حث لقاح BCG PBMC على إطلاق مستويات مرتفعة من IP10 و IL-17a و IL-10 استجابة لجميع المستضدات الثلاثة. مجتمعة ، تدعم البيانات الدراسة الإضافية لهذه المستضدات لاستخدامها في لقاحات الوحيدات.

في حين أن استقلاب الكربون داخل الخلايا قد ظهر كهدف دوائي جذاب ، فإن مصادر الكربون لمسببات الأمراض التي تتكاثر داخل الخلايا ، مثل عصية السل المتفطرة السلية ، التي تسبب التهابات طويلة الأمد في ثلث سكان العالم ، لا تزال غير معروفة في الغالب. استخدمنا نهجًا قائمًا على الأنظمة - (13) تحليل طيفي C-flux (FSA) مكملًا بالتحليل اليدوي - لقياس التفاعل الأيضي بين مرض السل والخلية المضيفة للبلاعم. (13) أظهر تحليل C-FSA للبيانات التجريبية أن المتفطرة السلية تحصل على خليط من الأحماض الأمينية وركائز C1 و C2 من الخلية المضيفة. لقد أكدنا تجريبياً أن الركيزة C1 مشتقة من ثاني أكسيد الكربون. (13) كشفت تجارب وضع العلامات C التي أجريت على طفرة كربوكسيكيناز phosphoenolpyruvate carboxykinase أن مرض السل داخل الخلايا يمكنه الوصول إلى ركائز C3 الحال للجلوكوز. توفر هذه النتائج قيودًا لتطوير علاجات كيميائية جديدة.

يبدأ الكتاب بمقدمة عامة عن صلة بيولوجيا الأنظمة بفهم مرض السل.

الخلفية إن لقاح BCG هو اللقاح الأكثر استخدامًا على الإطلاق ويظل اللقاح الوحيد المرخص للاستخدام ضد مرض السل في البشر. يحمي BCG أيضًا الأنواع الأخرى مثل الماشية من مرض السل ، ولكن نظرًا لعدم توافقه مع أنظمة اختبار السلين الحالية ، لا يزال غير مرخص. ترتبط فعالية BCG بقدرته على الاستمرار في المضيف لأسابيع أو شهور أو حتى سنوات بعد التطعيم. ليس من الواضح إلى أي درجة يتم الحفاظ على هذه القدرة على مقاومة الجهاز المناعي للمضيف من خلال تفاعل ديناميكي بين سلالة اللقاح ومضيفه كما هو الحال بالنسبة للبكتيريا المسببة للأمراض. النتائج للتحقيق في هذا السؤال ، قمنا ببناء مكتبات متحولة في كل من سلالات BCG Pasteur و BCG الدنماركية وقمنا بتلقيحها في العقد الليمفاوية البقري. تعتبر الماشية مناسبة تمامًا لمثل هذا الاختبار ، لأنها عرضة بشكل طبيعي لمرض السل وهي واحدة من الأنواع الحيوانية القليلة التي تم اقتراح برنامج لقاح BCG لها. بعد ثلاثة أسابيع ، تم استرداد BCG ومقارنة مكتبات المدخلات والمخرجات لتحديد المسوخ مع عيوب اللياقة البدنية في الجسم الحي. تم تحديد أقل من 10 ٪ من الجينات الطافرة على أنها تؤثر على اللياقة البدنية في الجسم الحي ، وقد اشتملت على جينات ترميز وظائف الفوعة الفطرية المعروفة مثل تخليق الميكوباكتين ، ونقل السكر ، واستيعاب الكبريتات المختزلة ، وتخليق PDIM ، واستقلاب الكوليسترول. لم يتم التعرف سابقًا على العديد من الجينات المخففة الأخرى على أنها تمتلك نمطًا ظاهريًا ضراوة. لاختبار هذه الجينات ، قمنا بتوليد وتمييز ثلاثة طفرات خروج قاضية تم توقعها بواسطة طفرات الترانسبوزون لتكون مخففة في الجسم الحي: بيروفات كربوكسيلاز ، بروتين افتراضي (BCG_1063) ، ومركب سيكلوبروبان-دهني-أسيل-فوسفوليبيد مفترض. نجت سلالات الضربة القاضية بالإضافة إلى النوع البري أثناء الاستزراع في المختبر وفي الضامة البقري ، لكنها أظهرت توهينًا ملحوظًا أثناء المرور في العقد الليمفاوية البقري مما يؤكد أنها كانت متورطة بالفعل في استمرار BCG في العائل. الخلاصة توضح هذه البيانات أن لقاح BCG أبعد ما يكون عن السلبية أثناء تفاعله مع المضيف ، بل يستمر في استخدام عوامل الضراوة المتبقية ، للتفاعل مع الجهاز المناعي الفطري للمضيف للسماح له بالاستمرار ، وهي خاصية مهمة لفعاليته الوقائية. .

يعتبر استقلاب النيتروجين من المتفطرة السلية (Mtb) أمرًا حاسمًا لبقاء هذا العامل الممرض المهم في الخلية المضيفة البشرية الأولية ، وهي البلاعم ، ولكن لا يُعرف سوى القليل عن المصدر (المصادر) واستيعابها داخل هذا المكانة داخل الخلايا. هنا ، قمنا بتطوير تحليل نسبة طيفية 15N-flux (15N-FSRA) لاستكشاف استقلاب النيتروجين في Mtb ، نوضح أن Mtb داخل الخلايا لديه إمكانية الوصول إلى العديد من الأحماض الأمينية في البلاعم ، بما في ذلك الغلوتامات والجلوتامين والأسبارتات والألانين والجليسين والفالين و نحدد الجلوتامين باعتباره المتبرع المسيطر للنيتروجين. يتم استيعاب كل مصدر من مصادر النيتروجين بشكل فريد في تجمعات أحماض أمينية محددة ، مما يشير إلى التمثيل الغذائي المجزأ أثناء النمو داخل الخلايا. لقد اكتشفنا أن السيرين غير متاح لـ Mtb داخل الخلايا ، ونوضح أن auxotroph سيرين موهن في الضامة. يوفر هذا العمل أداة قائمة على الأنظمة لاستكشاف التمثيل الغذائي للنيتروجين لمسببات الأمراض داخل الخلايا ويسلط الضوء على إنزيم ترانساميناز فسفوسرين كهدف جذاب لتطوير علاجات جديدة لمكافحة السل.

هناك حاجة إلى مناهج جديدة للسيطرة على الجذام ، لكن فهم بيولوجيا العامل المسبب للمرض Mycobacterium leprae لا يزال بدائيًا ، وذلك أساسًا لأن العامل الممرض لا يمكن أن ينمو في الثقافة الممحوضة. هنا ، طبقنا تحليل نظير 13C لقياس استقلاب الكربون في M. leprae في خليته المضيفة الأولية ، خلية شوان. قمنا بمقارنة نتائج هذا التحليل مع تلك الخاصة بالعامل الممرض ذي الصلة ، المتفطرة السلية ، الذي ينمو في الخلية المضيفة الأولية ، البلاعم. باستخدام تحليل نظير 13C مع الجلوكوز كمتتبع ، نظهر أنه في حين أن المتفطرة السلية تستورد معظم أحماضها الأمينية مباشرة من الضامة المضيفة ، يستخدم M. leprae تجمعات الجلوكوز المضيفة كمصدر للكربون للتخليق الحيوي لمعظم أحماضه الأمينية. يسلط تحليلنا الضوء على إنزيم phosphoenolpyruvate carboxylase غير المتصلب المطلوب لهذا النظام الغذائي داخل الخلايا لـ M. leprae ، وتحديد هذا الإنزيم كهدف محتمل لعقار مضاد للجذام.

تتطلب المتفطرة السلية إنزيم إيزوسيترات لياز (ICL) للنمو والضراوة في الجسم الحي. إن إثبات أن M. tuberculosis يتطلب أيضًا ICL للبقاء على قيد الحياة أثناء جوع المغذيات وله دور أثناء نمو الحالة المطرد في ناظم كيميائي محدود الجلسرين يشير إلى وظيفة لهذا الإنزيم الذي يمتد إلى ما هو أبعد من التمثيل الغذائي للدهون. نظرًا لأن إيزوسترات لياز هو هدف دوائي محتمل ، فإن توضيح دور هذا الإنزيم له أهمية ، ومع ذلك ، لم يتم التحقق من دور لياز إيزوسيترات على مستوى التدفقات في الجسم الحي. نوضح هنا أن حذف أحد جيني icl يضعف تكاثر Mycobacterium bovis BCG بمعدل نمو بطيء في ناظم كيميائي محدود الكربون. من أجل فهم دور إيزوسيتريت لياز في التمثيل الغذائي المركزي للبكتيريا الفطرية ، تمت دراسة تأثير معدل النمو على التدفقات في الجسم الحي لأول مرة باستخدام تحليل التدفق الأيضي ¹³C (MFA). تم إجراء تجارب التتبع باستخدام مزارع كيميائي الحالة المستقرة لـ BCG أو M. tuberculosis المزودة بـ C المسمى الجلسرين أو بيكربونات الصوديوم. من خلال قياسات أنماط وسم نظير ¹³C في الأحماض الأمينية المشتقة من البروتين ومقايسات النشاط الأنزيمي ، حددنا نشاط مسار جديد لتشتت البيروفات. أطلقنا على مسار الغاز هذا لأنه يستخدم تحويلة الجليوكسيلات وتفاعلات Anapleurotic لأكسدة البيروفات ، وتخليق Succinyl CoA لتوليد مادة Succinyl CoA جنبًا إلى جنب مع تدفق منخفض جدًا من خلال مقطع سكسينات - oxaloacetate من دورة حمض الكربوكسيل. نؤكد أن المتفطرة السلية يمكنها تحويل الكربون من ثاني أكسيد الكربون إلى الكتلة الحيوية. نظرًا لوفرة المضيف البشري في CO₂ ، تتطلب هذه النتيجة مزيدًا من التحقيق في الجسم الحي حيث قد يوفر تثبيت CO2 نقطة ضعف يمكن استهدافها بأدوية جديدة. توفر هذه الدراسة أيضًا منصة لمزيد من الدراسات حول التمثيل الغذائي لمرض السل باستخدام ¹³C-MFA.

تتحكم الإنزيمات الموجودة في عقدة فسفوينول بيروفات (PEP) - بيروفات - أوكسالواسيتات أو عقدة Anaplerotic (ANA) في التدفق الأيضي لتحلل السكر وتكوين الجلوكوز والتصلب. استخدمنا هنا تحليل النظائر الجينية والكيميائية الحيوية و 13 C لتوصيف دور الإنزيمات في عقدة ANA في البقاء داخل الخلايا لأكثر مسببات الأمراض البكتيرية نجاحًا في العالم ، Mycobacterium tuberculosis (Mtb). نوضح أن كل من إنزيمات ANA الأربعة ، كربوكسيلاز البيروفات (PCA) ، PEP carboxykinase (PCK) ، إنزيم الماليك (MEZ) ، وفوسفات البيروفات ديكيناز (PPDK) ، يؤدي وظيفة التمثيل الغذائي الفريدة والأساسية أثناء بقاء Mtb داخل الخلايا. نوضح أنه بالإضافة إلى PCK ، يتطلب Mtb داخل الخلايا PPDK كبوابة بديلة لتكوين السكر. تم تحديد إزالة السموم من البروبيونات والكوليسترول أيضًا كوظيفة أساسية لـ PPDK التي تكشف عن دور غير متوقع لعقدة ANA في استقلاب هذه الركائز الفسيولوجية المهمة داخل الخلايا وتسليط الضوء على هذا الإنزيم كهدف دوائي محدد لمرض السل (TB). نظهر أن التثبيت التعويضي لثاني أكسيد الكربون من خلال عقدة ANA ضروري للبقاء داخل الخلايا لـ Mtb وأن Mtb يمتلك ثلاثة إنزيمات (PCA و PCK و MEZ) قادرة على أداء هذه الوظيفة. بالإضافة إلى توفير دور احتياطي في التصلب ، نظهر أن MEZ لها أيضًا دور في التخليق الحيوي للدهون. سلالات MEZ بالضربة القاضية لها جدار خلوي متغير وكانت ناقصة في الدخول الأولي إلى الضامة. يكشف هذا العمل أن عقدة ANA هي نقطة محورية للتحكم في التكاثر داخل الخلايا لـ Mtb ، والذي يتجاوز تكوين الجلوكوز الكنسي ويمثل هدفًا واعدًا لتصميم أدوية جديدة مضادة للسل.

تمت دراسة استخدام الأنابيب النانوية الكربونية كنظام لتوصيل الجينات على نطاق واسع في السنوات الأخيرة نظرًا لمزاياها المحتملة على النواقل الفيروسية. لتحقيق هذا الهدف ، يجب تشغيل الأنابيب النانوية الكربونية لتصبح متوافقة مع الوسائط المائية وربط المادة الجينية. لتحديد أفضل الظروف لربط الحمض النووي للبلازميد ، نقارن خصائص التشتت للأنابيب النانوية الكربونية الأحادية والمزدوجة والمتعددة الجدران (SWCNTs و DWCNTs و MWCNTs ، على التوالي) التي تعمل مع مجموعة متنوعة من المواد الخافضة للتوتر السطحي عن طريق الارتباط غير التساهمي. تمت دراسة خصائص ربط الحمض النووي للأنابيب النانوية الكربونية الوظيفية ومقارنتها بواسطة الرحلان الكهربائي. علاوة على ذلك ، تم تطوير طريقة وظيفية ثنائية الطبقة لربط الحمض النووي على SWCNTs والتي تستخدم غلاف RNA لإذابة الأنابيب النانوية والبوليمرات الكاتيونية كجسر بين الأنابيب النانوية والحمض النووي.

الخلفية: النيسرية السحائية هي عامل مهم في التعايش البشري وممرض يسبب عدة آلاف من الوفيات كل عام ، معظمها عند الأطفال الصغار. كيف يتكاثر العامل الممرض ويسبب المرض في المضيف غير معروف إلى حد كبير ، لا سيما دور التمثيل الغذائي في الاستعمار والمرض. تتوفر تسلسلات الجينوم المكتملة للعديد من السلالات ولكن فهمنا لكيفية ارتباط هذه البيانات بالنمط الظاهري لا يزال محدودًا. النتائج: للتحقيق في عملية التمثيل الغذائي لـ N.meningitidis قمنا بإنشاء واختيار مكتبة Tn5 تمثيلية على وسط غني ، وسيط محدد الحد الأدنى وفي مصل بشري لتحديد الجينات الأساسية للنمو في ظل هذه الظروف. لربط هذه البيانات بفهم على مستوى الأنظمة لبيولوجيا العامل الممرض ، قمنا ببناء شبكة التمثيل الغذائي على نطاق الجينوم: Nmb_iTM560. كان هذا النموذج قادرًا على التمييز بين الجينات الأساسية وغير الأساسية كما تنبأت الطفرات العالمية. هذه البيانات الأساسية والمكتبة ونموذج Nmb_iTM560 هي موارد قوية وقابلة للتطبيق على نطاق واسع لدراسة التمثيل الغذائي للسحائية وعلم وظائف الأعضاء. نبرهن على فائدة هذه الموارد من خلال التنبؤ بمتطلبات التمثيل الغذائي وإثباتها على الحد الأدنى من الوسائط مثل متطلبات PEP carboxylase ، ومن خلال وصف الحالة التغذوية والكيميائية الحيوية لـ N. meningitidis عند نموها في المصل ، بما في ذلك متطلبات كل من التوليف والنقل. من الأحماض الأمينية. الاستنتاجات: تصف هذه الدراسة تطبيق مكتبة ترانسبوسون على نطاق الجينوم جنبًا إلى جنب مع شبكة التمثيل الغذائي على نطاق الجينوم المصادق عليها تجريبياً من N. meningitidis لتحديد الجينات الأساسية وتقديم نظرة ثاقبة لعملية التمثيل الغذائي للممرض في كل من المختبر وأثناء الإصابة.

على الرغم من إدخال لقاحات عديد السكاريد المقترنة للعديد من المجموعات المصلية من النيسرية السحائية ، إلا أن الالتهابات النيسرية تستمر في التسبب في تسمم الدم والتهاب السحايا في جميع أنحاء العالم. ويرجع ذلك جزئيًا إلى الصعوبات في تطوير لقاح وقائي شامل يكون فعالًا ضد جميع المجموعات المصلية ، بما في ذلك المكورات السحائية من المجموعة المصلية B. على الرغم من أن مرضى النيسرية السحائية في فترة النقاهة يطورون مناعة طبيعية طويلة الأمد وقائية ، فإن المستضدات التي تتوسط هذه الاستجابة تظل غير معروفة. للمساعدة في تحديد الهدف من هذه المناعة الوقائية ، حددنا البروتينات التي تم التعرف عليها بواسطة IgG في الأمصال من مرضى المكورات السحائية من خلال مزيج من المواد الهلامية البروتينية ثنائية الأبعاد والبقع الغربية وقياس الطيف الكتلي. على الرغم من تحديد عدد من مستضدات الغشاء الخارجي ، فإن غالبية المستضدات كانت هيولي ، ولها دور في العمليات الخلوية والتمثيل الغذائي. عندما تم التعبير عن البروتينات المؤتلفة واستخدامها لرفع الأمصال في الفئران ، لم ينتج عن أي من المستضدات نتيجة إيجابية للـ SBA ، ومع ذلك أظهر قياس التدفق الخلوي أن بعضها ، بما في ذلك بروتين الريبوسوم ، تم ترجمة RplY إلى سطح الخلية النيسرية.


شاهد الفيديو: الجهاز الهضمي رحلة الطعام الهضم والإمتصاص (كانون الثاني 2022).