История возникновения клетки: Дистанционный репетитор — онлайн-репетиторы России и зарубежья

Содержание

4. История изучения клетки. Клеточная теория

4. История изучения клетки. Клеточная теория

Вспомните!

Что такое клетка?

Чем клетки отличаются друг от друга?

С помощью какого научного прибора была открыта клетка?

Какие ещё методы изучения клетки вам известны?

Открытие и изучение клетки. Люди узнали о существовании клетки лишь в XVII в. Незадолго до этого, в 1590 г., голландский шлифовальщик стёкол Захарий Янсен, соединив вместе две линзы, впервые изобрёл примитивный микроскоп. Именно благодаря этому изобретению учёные в дальнейшем смогли раскрыть тайну клеточного строения всего живого.

Первый, кто оценил значение увеличительного прибора и применил его для исследования срезов растительных и животных тканей, был английский физик и ботаник Роберт Гук. В 1665 г., изучая срез пробки, он обнаружил структуры, похожие по строению на пчелиные соты, и назвал их ячейками или клетками (рис. 6). С тех пор этот термин прочно утвердился в биологии.

Правда, надо отметить, что Р. Гук считал, что клетки пустые, а живое вещество – это клеточные стенки.

Примерно в это же время, во второй половине XVII в., известный голландский исследователь Антони ван Левенгук усовершенствовал микроскоп и смог наблюдать живые клетки с увеличением более чем в 200 раз. Именно он впервые в 1683 г. описал бактерии.

Ещё до открытия клетки, в середине XVII в., известный английский врач Уильям Гарвей предположил, что все живые организмы развиваются из яйца. Это предположение блестяще доказал российский учёный Карл Максимович Бэр, который в 1827 г. обнаружил яйцеклетку млекопитающих. Данное открытие позволило ему сделать вывод, что каждый организм развивается из одной клетки.

Рис. 6. Микроскоп Роберта Гука и сделанный им рисунок микроскопической структуры тонкого среза пробки

В 1831–1833 гг. Роберт Броун обнаружил в растительных клетках сферическую структуру, которую назвал ядром.

Создание клеточной теории. Для понимания роли клетки в живых организмах огромное значение имели труды ботаника Маттиаса Шлейдена и зоолога Теодора Шванна. Проанализировав все существующие на тот момент знания о клеточном строении живой природы, Т. Шванн сформулировал первую версию клеточной теории. Она постулировала, что все организмы, и растительные, и животные, состоят из простейших частей – клеток. Причём каждая клетка в определённом смысле – некое индивидуальное самостоятельное целое. Но в одном организме все клетки действуют совместно, формируя гармоничное единство.

Правда, Шлейден и Шванн ошибались, считая, что новые клетки могут возникать из неклеточного вещества. Это заблуждение было опровергнуто немецким учёным Рудольфом Вирховом, который показал, что все клетки образуются из других клеток путём клеточного деления. В 1858 г. Р. Вирхов написал: «Всякая клетка происходит из другой клетки… Там, где возникает клетка, ей должна предшествовать клетка, подобно тому, как животное происходит только от животного, растение – только от растения».

Клеточная теория оказала огромное влияние на развитие биологии и на формирование современной естественно-научной картины мира. По определению Ф. Энгельса, клеточная теория, закон превращения энергии и эволюционная теория Ч. Дарвина являются тремя величайшими открытиями естествознания XIX в. На основе клеточной теории в середине XIX в. возникла цитология (от греч. цитос – вместилище, клетка) – наука, изучающая структуру и функции клетки.

К концу XIX в. благодаря усовершенствованию микроскопической техники были открыты основные структурные компоненты клетки и изучен процесс её деления. Немецкий естествоиспытатель Август Вейсман окончательно установил, что хранение и передача наследственных признаков в клетке осуществляются с помощью ядра. Изобретённый в 30-е гг. XX в. электронный микроскоп дал возможность исследовать ультраструктуру клетки. Было обнаружено удивительное сходство в тонком строении клеток различных организмов.

Каждая клетка покрыта плазматической мембраной и имеет внутреннее содержимое – цитоплазму. Любая клетка обладает генетическим материалом, содержащим наследственную информацию о строении и функционировании самой клетки и всего организма в целом. В зависимости от расположения этого генетического материала все клетки разделяют на прокариотические (доядерные), наследственный материал которых находится непосредственно в цитоплазме, и эукариотические (ядерные), чей генетический материал отделён от цитоплазмы ядерной оболочкой, т. е. находится в ядре.

Клетка функционирует как единое целое, отвечая на воздействия внешней среды, взаимодействуя с другими клетками, входя в состав многоклеточных организмов. Она обеспечивает связь между поколениями, являясь носителем наследственной информации. Клетка может представлять целый самостоятельный организм, как, например, амёба, и в этом случае её деятельность гораздо разнообразнее, чем работа специализированной клетки многоклеточного организма.

Несмотря на принципиальное сходство во внутреннем строении, клетки могут существенно отличаться по размеру и форме. Например, человеческий организм состоит из сотни видов клеток (рис. 7). Самой крупной среди них является яйцеклетка (до 200 мкм), а одними из самых мелких – некоторые клетки в нервной ткани (около 5 мкм). Эритроциты человека имеют форму двояковогнутого диска, клетки гладкой мышечной ткани похожи на длинное узкое веретено, клетки эпителия могут быть кубическими, плоскими, цилиндрическими, а лейкоциты вообще не имеют постоянной формы. Крупные остеоциты с многочисленными отростками входят в состав костной ткани, а разнообразные нервные клетки звёздчатой, веретеновидной, пирамидальной и иной формы имеют сложные ветвящиеся отростки, длина которых может достигать 1 м и более.

При всём этом разнообразии клеткам присущи общие признаки. Все клетки являются открытыми системами, которые обмениваются веществом и энергией с окружающей средой. Рост и развитие, размножение и раздражимость – эти свойства, необходимые для поддержания жизни, характерны для всех клеток.

Рис. 7. Разнообразные типы клеток человека: А – клетка костной ткани; Б – клетки жировой ткани; В – эпителиальные клетки щеки; Г – клетки щитовидной железы

Основные положения клеточной теории. Основные положения клеточной теории Т. Шванна, как важнейшего биологического обобщения XIX в., актуальны и в наше время, когда современная цитология, вобрав в себя достижения генетики, молекулярной и физико-химической биологии, превратилась в бурно развивающуюся науку –

клеточную биологию.

Однако в свете современных знаний сформировались более глубокие представления о структуре и функциях клетки. Рассмотрим основные положения современной клеточной теории.

Клетка – элементарная единица живого. Клетка является наименьшей структурно-функциональной единицей живого и представляет собой открытую, саморегулирующуюся, самовоспроизводящуюся систему. Вне клетки жизни нет.

Существование вирусов – неклеточной формы жизни – не противоречит этому положению клеточной теории, потому что размножаться вирусы могут только внутри живых клеток. Являясь паразитами на генетическом уровне, вне клетки они не способны к самовоспроизведению и метаболизму.

Все клетки сходны по своему химическому составу и имеют общий план строения. Общий принцип организации клеток определяется обязательными функциями, необходимыми для поддержания собственной жизнедеятельности. Однако клетки обладают и специфическими особенностями, связанными с выполнением клетками специальных функций и возникающими в результате клеточной дифференцировки.

Клетка происходит только от клетки. Размножение (увеличение числа) клеток происходит только путём деления предшествующих клеток. Миллиарды клеток, из которых состоит живой организм, возникли в результате делений оплодотворённого яйца (зиготы), поэтому все клетки организма генетически одинаковы.

Многоклеточные организмы представляют собой сложно организованные интегрированные системы, состоящие из взаимодействующих клеток. Кроме клеток в состав многоклеточных организмов входят неклеточные компоненты и гигантские многоядерные образования.

Многоклеточный организм обладает новыми специфическими чертами и свойствами, которые не являются простым суммированием свойств составляющих его клеток.

Сходное клеточное строение организмов – свидетельство того, что всё живое имеет единое происхождение.

Вопросы для повторения и задания

1. Расскажите об истории открытия клетки.

2. Кем и когда впервые была сформулирована клеточная теория?

3. Перечислите современные положения клеточной теории.

4. Охарактеризуйте значение клеточной теории для развития биологии.

5. Подумайте, для каких представителей органического мира понятия «клетка» и «организм» совпадают.

6. Раскройте более детально последнее положение клеточной теории (о сходном клеточном строении организмов).

7. Как вы думаете, почему яйцеклетка является самой крупной клеткой человеческого организма?

Подумайте! Выполните!

1.  Какое преимущество даёт клеточное строение живым организмам?

2. Какое из положений клеточной теории было установлено самым первым? Почему?

3. Почему оформление клеточной теории шло одновременно с развитием и усовершенствованием техники?

4. Назовите три основных открытия естествознания XIX в., которые определили формирование современной естественно-научной картины мира. Если бы вас попросили расширить этот список, какие ещё открытия XIX и XX вв. вы бы в него добавили? Объясните свой выбор.

Работа с компьютером

Обратитесь к электронному приложению. Изучите материал и выполните задания.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Продолжение на ЛитРес

История изучения клетки.

Клеточная теория

 «Биология. Общая биология. Базовый уровень. 10-11 классы». В.И. Сивоглазов (гдз)

 

 

 

Вопрос 1. Расскажите об истории открытия клетки.
Открытие клеточного строения живых организмов стало возможно благодаря появлению микроскопа. Его прототип в 1590 г. изобрел голландский шлифовальщик стекол Захарий Янсен. О первом микроскопе известно, что он состоял из трубы, прикрепленной к подставке, и имел два увеличительных стекла.
Значение микроскопа для исследования строения срезов растительных и животных объектов впервые оценил английский физик и ботаник Роберт Гук. В 1665 г. на срезах пробки он обнаружил структуры, напоминающие пчелиные соты, и назвал их ячейками или клетками. Однако Гук ошибался, считая, что клетки пустые, а живое вещество — это клеточные стенки.
Голландский натуралист Антони ван Левенгук во второй половине XVII в. усовершенствовал микроскоп и первым увидел живые клетки. Он наблюдал и зарисовал ряд простейших, сперматозоиды, бактерии, эритроциты и даже их движение в капиллярах.

Вопрос 2. Кем и когда впервые была сформулирована клеточная теория?
Изучение клеток растений и животных позволило обобщить все особенности их строения. В 1838 г. М. Шлейден создал теорию цитогенеза (клеткообразования). Его основная заслуга — постановка вопроса о возникновении клеток в организме. В 1839 г. Т. Шванн, основываясь на работах М. Шлейдена, создал клеточную теорию. Основные положения клеточной теории (М. Шлейден и Т Шванн):
1) все ткани состоят из клеток;
2) клетки растений и животных имеют обшие принципы строения, т.к. возникают одинаковыми путями;
3) каждая отдельная клетка самостоятельна, а деятельность организма представляет собой сумму жизнедеятельности отдельных клеток.
Большое внимание на дальнейшее развитие клеточной теории оказал в 1858 и Р. Вирхов. Он не только свел воедино все многочисленные разрозненные факты, но и убедительно показал, что клетки являются постоянной структурой и возникают только путем размножения себе подобных — «всякая клетка происходит из другой клетки в результате деления, точно так же как от растения образуется растение, а от животных животные», т. е. открыл деление клеток.

Вопрос 3. Перечислите современные положения клеточной теории.
В наше время цитология, используя достижения генетики, молекулярной и физико-химической биологии, очень быстро развивается. И хотя основные положения клеточной теории Т. Шванна и М. Шлейдена остаются актуальными, полученные данные позволили сформировать более глубокие представления о структуре и функциях клетки. На их основе сформулирована современная клеточная теория. Перечислим ее основные положения:
1) клетка единица строения, функционирования, размножения и развития живых организмов;
2) клетки всех организмов сходны по строению и химическому составу;
3) размножение клеток происходит путем деления материнской клетки;
4) клетки многоклеточных организмов специализированы: они выполняют разные функции и образуют ткани.

Вопрос 4. Охарактеризуйте значение клеточной теории для развития биологии.
По определению философов, изучавших историю науки (например, Фридриха Энгельса), клеточная теория является одним из величайших открытий XIX в. Она сыграла огромную роль в развитии не только биологии, но и естествознания в целом. Простейшие, бактерии, многие грибы и водоросли представляют собой отдельно существующие друг от друга клетки. Тело всех многоклеточных организмов — растений, грибов и животных — построено из большего или меньшего числа клеток, которые являются элементарными структурами, составляющими сложный организм. Независимо от того, представляет собой клетка целостную живую систему или ее часть, она имеет набор признаков и свойств, общих для всех клеток.
Клеточная теория впервые однозначно указала на единство живого мира. С ее появлением исчезла пропасть между царством животных и царством растений. На основе клеточной теории в середине XIX в. возникла цитология — наука, изучающая структуру и функции клетки.
Подумайте, для каких представителей органического мира понятия «клетка» и «организм» совпадают.
Клетка — основная структурная, функциональная и генетическая единица организации живого, элементарная живая система. Клетка может существовать как отдельный организм.
Понятия «клетка» и «организм» совпадают в том случае, если речь идет об одноклеточных организмах. К ним относятся прокариоты, или безъядерные (в частности, бактерии), а из эукариот, или ядерных, — простейшие (такие, как инфузория туфелька, хламидомонада, эвглена зеленая). Их тело состоит из одной клетки, которая реализует все функции организма — обмен веществ, раздражимость, размножение, движение. Выполнению этих функций способствуют разнообразные органоиды, в том числе специального назначения (например, жгутики и реснички обеспечивают движение). Одноклеточные организмы часто способны образовывать скопления — колонии. Однако к колонии еще неприменимо понятие «многоклеточный организм», поскольку входящие в ее состав клетки имеют однотипное строение (не подразделяются на ткани), слабо взаимодействуют друг с другом и, будучи изолированы от колонии, без особых проблем продолжают самостоятельно существовать и размножаться.

Презентация по биологии на тему «История открытия клетки.

Клеточная теория»

библиотека
материалов

Содержание слайдов

Номер слайда 1

История открытия клетки. Создание клеточной теории

Номер слайда 2

Уровни организации живого организма. Молекулярно-генетический. Клеточный Тканевый Органный Организменный Популяционно-видовой. Биоценотический Биосферный

Номер слайда 3

Клетка – удивительный и загадочный мир, который существует в каждом организме, будь то растение или животное. Иногда организм представляет собой одну клетку, как, например, у бактерий, но чаще он состоит из миллионов клеток.

Номер слайда 4

Изучением строения клетки и принципов ее жизнедеятельности занимается цитология (от греч.  китос — клетка, ячейка, логос — учение, наука).

Номер слайда 5

«Вклад учёных в историю открытия клетки и клеточной теории»{08 FB837 D-C827-4 EFA-A057-4 D05807 E0 F7 C}ГОДУЧЁНЫЙВКЛАД В РАЗВИТИЕ

Номер слайда 6

История изучения клетки неразрывно связана с развитием микроскопической техники и методов исследования. В тайну клеточного строения человек смог проникнуть только благодаря изобретению в конце 16 столетия микроскопа.

Номер слайда 7

Первый микроскоп был сконструирован Г. Галилеем в 1609–1610 гг. Изобретение микроскопа привело к углубленному изучению органического мира.

Номер слайда 8

Роберт Гук в 1665 г. Изучил под микроскопом тонкий срез пробки и увидел ее ячеистое строение, подобное пчелиным сотам.

Номер слайда 9

Несколько позже, в 1671–1682 гг., М. Мальпиги и Н. Грю описали микроструктуру некоторых органов растений. Н. Грю ввел в науку термин “ткань” для обозначения совокупности однородных клеток.

Номер слайда 10

Антоний Ван Левенгук (1632–1723) – голландский купец, завоевал славу ученого, подарив науке величайшие открытия. В период с 1632 по 1719 гг. он впервые открыл красные кровяные тельца, некоторых простейших животных, мужские половые клетки. Описания этих “анималькусов” (“зверушек”) снискали голландцу мировую известность, пробудили интерес к изучению живого микромира.

Номер слайда 11

В 1825 г. Я. Пуркине открыл ядро в яйцеклетке птиц. Он также ввёл понятие «протоплазма», которое соответствует понятию цитоплазма.

Номер слайда 12

В 1831г.  английский ботаник Р.  Броун впервые  описал ядро в клетках  растений, а  в 1833 г. он пришел к  выводу, что ядро  является обязательной  частью растительной клетки. 

Номер слайда 13

В 1838 г. была опубликована работа немецкого ботаника М. Шлейдена, в которой он высказал идею о том, что клетка является основной структурной единицей растений.

Номер слайда 14

Спустя 5 лет, в 1839 г. немецкий физиолог Теодор Шванн издал в Берлине книгу “Микроскопические исследования о соответствии в структуре и росте животных и растений”, в которой он сформулировал клеточную теорию.

Номер слайда 15

При создании клеточной теории Т. Шванн исходил из открытия немецкого ботаника Маттиаса Шлейдена в 1838 г. клеточного строения растений и гомологичности происхождения клеток. Подобное представление, известное как клеточная теория получило название теории Шванна-Шлейдена.

Номер слайда 16

Немецкий ученый Рудольф Вихров в 1858 году доказал, что клетки возникают из клеток путем размножения, что дополнило клеточную теорию.

Номер слайда 17

Номер слайда 18

Основные положения клеточной теории на современном этапе развития биологии1. Клетка – элементарная структурная и функциональная единица живых организмов, которая обладает всеми признаками и свойствами живого.

Номер слайда 19

Основные положения клеточной теории на современном этапе развития биологии2. Клетки всех организмов сходны по своему химическому составу, строению и функциям.

Номер слайда 20

Основные положения клеточной теории на современном этапе развития биологии3. Все новые клетки образуются при делении исходных материнских клеток.

Номер слайда 21

Основные положения клеточной теории на современном этапе развития биологии4. В многоклеточном организме клетки специализируются по функциям и образуют ткани. Из тканей построены органы и системы органов.

Номер слайда 22

Кроссворд1. Голландский микроскопист А. ванн Левенгук внёс значительный вклад в изучение клетки, открыв одноклеточные организмы – инфузории, амёбы, бактерии. Также он впервые наблюдал клетки животных, одни из которых зашифрованы в кроссворде. Какие это клетки?2. Чешский учёный, который в 1825 году открыл ядро в яйцеклетке птиц, а также ввёл понятие «протоплазма».3. Как называется элементарная структурная и функциональная единица организма, обладающая всеми основными признаками живого?4. Имя английского естествоиспытателя, который усовершенствовал микроскоп и установил клеточное строение тканей, а также ввёл термин «клетка».5. Кто из учёных высказывал идею о том, что клетка является основной структурной единицей растений?6. Чешский учёный Я. Пуркине ввёл данное понятие, которое соответствует сегодняшнему понятию цитоплазмы.7. Голландский микроскопист, открывший одноклеточные организмы.8. Фамилия немецкого биолога, который предложил дополнение к клеточной теории, заключающееся в принципе: «Каждая клетка – от клетки».9. Одно из общепризнанных биологических обобщений, утверждающих единство принципа строения и развития мира растений, животных и остальных живых организмов с клеточным строением, в котором клетка рассматривается в качестве единого структурного элемента живых организмов .

Номер слайда 23

Проверьте свои знания1. Современной клеточной теории соответствует следующее положение:а) “клеткам присуще мембранное строение”;б) “клетки всех живых существ имеют ядра”;в) “клетки бактерий и вирусов сходны по строению и функциям”;г) “клетки всех живых существ делятся”.

Номер слайда 24

Проверьте свои знания2. Клеточной теории не соответствует положение:а) “клетка – элементарная единица жизни”;б) клетки многоклеточных организмов объединены в ткани по сходству строения и функций”;в) “клетки образуются путем слияния яйцеклетки и сперматозоида”;г) “клетки всех живых существ сходны по строению и функциям”.

Номер слайда 25

Проверьте свои знания3. Создателями клеточной теории являются: а) Ч. Дарвин и А. Уоллес;б) Г. Мендель и Т. Морган;в) Р. Гук и Н. Грю;г) Т. Шванн и М. Шлейден.

Номер слайда 26

Проверьте свои знания4. С какой из областей знания в большей мере связано развитие клеточной теории в XIX и XX столетии:а) с развитием микроскопии;б) с развитием философии;в) с развитием физики и химии;г) с развитием всех указанных направлений.

Номер слайда 27

Проверьте свои знания5. О единстве органического мира свидетельствует:а) связь организмов со средой;б) сходство живой и неживой природы;в) наличие разных уровней организации живой природы;г) клеточное строение организмов всех царств живой природы.

Номер слайда 28

Ответы: 1 – а, 2 – в, 3 – г, 4 – с, 5 – г.

Номер слайда 29

Домашнее задание

Номер слайда 30

Номер слайда 31

Урок окончен!

2б — История возникновения цитологии

Лекция № 2.

Количество часов: 2

 

ИСТОРИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ И РАЗВИТИЯ ЦИТОЛОГИИ

 

Поскольку большинство клеток имеет микроскопические размеры, то изучение их стало возможным лишь после изобретения микроскопа. В истории развития цитологии логически и хронологически можно выделить три основных этапа:

 Развитие цитологии до начала XX в. Первые микроскопы были сконструированы на рубеже XVI-XVII вв. По одним данным приоритет их изобретения принадлежит голландским оптикам братьям Янсен (1590 г.), по другим — знаменитому итальянцу Галилею (1610 г.), по третьим – немецкому ученому Кеплеру (1617 г.). Открытие клетки произошло значительно позже и связано с именем крупного английского ученого Роберта Гука (1635-1703 гг.). Р. Гук (1665 г.) рассматривая тонкие срезы высушенной пробки, обнаружил, что они «состоят из множества коробочек». Каждую из этих коробочек он назвал латинским словом «cellula», или клетка («камера»). Помимо открытия клетки Р. Гук сделал большое число открытий в других областях науки. В частности им была усовершенствована конструкция микроскопа. Сконструированный им микроскоп позволял увеличивать объекты в 100-140 раз. После Гука клеточное строение растений подтвердили ботаники М. Мальпиги (1675) и Н. Грю (1682). Особый вклад в изучение клетки внес голландский исследователь А. Левенгук (1632-1723 гг.), в период с 1674 по 1683 гг. открывший эритроциты, одноклеточные организмы, спермии позвоночных животных, пластиды, бактерии. Следует отметить, что в соответствии с уровнем микроскопической техники того времени важнейшей частью клетки считалась ее оболочка. В то время еще не предполагали, что главное в клетке не стенка, а содержимое. Понадобилось около 200 лет развития цитологии, чтобы окончательно преодолеть это заблуждение. В  XVIII в. благодаря усовершенствованию механических частей и осветительных приспособлений конструкция микроскопа была несколько улучшена. Однако уровень знаний о клетке, достигнутый в XVII в., существенно не изменился до начала XIX в. В XIX в. ученые обратили внимание на полужидкое студенистое содержимое, заполняющее клетку. В 1831 английский ботаник Р. Броун установил существование в клетке ядра (от лат nucleus, греч. caryon). В 1839 г. чешский физиолог Я. Пуркине для обозначения живого содержимого клетки вводит термин «протоплазма». Содержание этого понятия в то время примерно соответствуют современным понятиям цитоплазма + органоиды. В свое время концепция протоплазмы сыграла важную роль. Однако в ходе развития цитологии выяснилось, что протоплазма не однородна ни по своему химическому составу, ни по структуре.  Поэтому постепенно этот термин вышел из употребления. В 1839 немецкий зоолог Теодор Шванн (1810-1882 гг.), опираясь на теорию развития клеток выдающегося немецкого ботаника Матиаса Шлейдена (1804-1881 гг.), опубликовал классическое сочинение «Микроскопические исследования о соответствии в структуре и росте животных и растений». В этой книге сформулированы основные положения клеточной теории. Суть её заключается в следующем:

o Растительные и животные организмы состоят из клеток.

o Клетки растительных и животных организмов развиваются аналогично и близки друг к другу по строению и функциональному назначению.

Рекомендуемые файлы

По утверждению Ф. Энгельса, создание клеточной теории было наряду с законом превращения энергии и эволюционной теорией одним из трёх величайших открытий в естествознании XIX в. Создание клеточной теории явилось сильнейшим стимулом к дальнейшему изучению клетки. Так в 1858 г. немецкий врач Р. Вирхов (1821-1902) внес в теорию существенное дополнение: каждая клетка может возникнуть только из предшествующей клетки. Широко известно его изречение «Omnis cellula e cellula» («Каждая клетка из клетки»). Это положение в основном завершило создание клеточной теории и опровергло ошибочные взгляды Шлейдена и Шванна о свободном клеткообразовании. Так Шлейден считал, что клетки образуются в результате своего рода кристаллизации из клеточной жидкости. По мнению Шванна, развивавшего это тупиковое направление, клетки возникают из внеклеточного вещества — некой «бластемной» жидкости, находящейся вне клеток (теория цитобластемы). Р. Вирхов также выступал против гуморальной теории патологии, господствовавшей в медицине того времени. Согласно этой теории болезни организмов вызываются порчей организменных соков (крови и тканевой жидкости). По мнению немецкого ученого, в основе всякого заболевания лежит нарушение жизнедеятельности тех или иных клеток организма (клеточная или «целлюлярная» теория патологии). Учение Вирхова заставило патологов заняться изучением клеток. Замена старой гуморальной теории патологии на клеточную патологию явилось одним из революционных преобразований в медицине. К середине XIX в. «оболочечный» период в изучении клетки заканчивается, и утверждается взгляд на клетку как на «комок протоплазмы с лежащим внутри него ядром». Примерно в это же время начали применяться различные методы фиксации и окраски тканей. Для изготовления срезов были разработаны методы заливки кусочков ткани. Вначале срезы изготовлялись с помощью ручной бритвы, а в 70-х гг. XIX в. для этого изобрели особые приборы – микротомы. Благодаря новым методам, во второй половине XIX в. был обнаружен ряд постоянных составных частей протоплазмы: центросомы, митохондрии, комплекс Гольджи. В 1865 было установлено, что спермий представляет собой полноценную, хотя и высокоспециализированную клетку. Спустя 10 лет (1875 г.) немецкий зоолог О. Гертвиг показал, что сущность оплодотворения у животных заключается в слиянии ядер яйцеклетки и спермия. Швейцарский учёный Ф. Мишер (1868) установил в ядрах клеток наличие нуклеиновой кислоты. К концу XIX века были открыты и изучены митоз, мейоз, установлена сущность оплодотворения у животных и растений. Таким образом, к концу XIX века основные исследования в области цитологии были сосредоточены на подробном изучении строения, размножения и развития клеток.

«16 — Так говорил Заратуштра» — тут тоже много полезного для Вас.

Развитие цитологии в 1-й половине XX в.

Второй этап в развитии цитологии наступил после того, как в 1900 были переоткрыты основные законы наследственности. Цитологи одновременно с изучением органоидов клетки (центросома, митохондрии,  аппарат Гольджи), занимаются изучением строения хромосом и их поведения. В результате возник «гибридный» раздел цитологии с генетикой — цитогенетика. Определение видовой специфичности числа и формы хромосом в дальнейшем было использовано в систематике растений и животных, а также для выяснения филогенетического родства. Исследования действия агентов, нарушающих механизм деления и хромосомный аппарат клеток (проникающее излучение, колхицин, ацетонафтен, трипофлавин и др.), привели к разработке методов искусственного получения полиплоидных форм. Из других значительных достижений цитологии в этот период следует отметить открытие аналога ядра у бактерий и сине-зелёных водорослей. В первой половине XX в. в цитологии стали применяться новые методы исследований (фазовоконтрастная микроскопия, микроманипуляторы, культуры клеток и тканей и ряд других). Особенно ценным при изучении живых клеток оказался метод фазово-контрастной микроскопии (1941 г.). Этот метод позволяет различать бесцветные структуры, отличающиеся лишь оптической плотностью или толщиной. Создание микроманипуляторов дало возможность проводить над клетками разнообразные операции (инъекции в клетку веществ, извлечение и пересадку ядер, локальное повреждение клеточных структур и т.д.). Большое значение приобрела разработка метода культуры тканей вне организма. Несмотря на внедрение в цитологию ряда новых методов, существенные успехи в расшифровке функций клеточных структур достигнуты лишь в современный период развития цитологии.

Развитие современной цитологии.

Современный этап развития цитологии начался с 50-х годов XX века, когда были сделаны крупные открытия в смежных областях науки, разработаны принципиально новые (в частности электронная микроскопия) и усовершенствованы старые методы исследований клетки. В какой-то степени это даже привело к некоторому стиранию границ между цитологией, генетикой, биохимией, биофизикой и молекулярной биологией. В этот период были обнаружены неизвестные до этого детали строения ранее открытых клеточных органоидов и ядерных структур; открыты новые ультрамикроскопические компоненты клетки: плазматическая мембрана, эндоплазматический ретикулум (сеть), рибосомы, лизосомы, пероксисомы, микротрубочки и микрофиламенты. Субмикроскопические исследования дали возможность все известные клетки (и соответственно все организмы) разделить на 2 группы: эукариоты (тканевые клетки всех многоклеточных организмов и одноклеточные животные и растения) и прокариоты (бактерии, сине-зелёные водоросли, актиномицеты и риккетсии). Прокариоты — примитивные клетки — отличаются от эукариотов отсутствием типичного ядра, лишены ядрышка, ядерной оболочки, типичных хромосом, митохондрий, комплекса Гольджи. Для изучения генетических функций клеток большое значение имело открытие содержания ДНК не только в ядре, но и в цитоплазматических элементах клетки — митохондриях, хлоропластах.

 

 

История экспериментов с клонированием — РИА Новости, 11.10.2012

В 1894 году немецкий биолог Ханс Драйш (Hans Dreisch) оспорил теорию Вайсмана и Ру, экспериментально выявив, что бластомеры (клетки, образованные в результате дробления зиготы), изолированные из двух- и четырехклеточных эмбрионов морского ежа, способны развиться в небольшие личинки.

В 1901 году немецкий ученый Ханс Шпеман (Hans Spemann) разделил двухклеточный зародыш саламандры на две части, каждая из которых развилась в полноценный организм. Результат эксперимента подтвердил, что на ранней стадии развития эмбриональные клетки содержат достаточную для создания самостоятельного организма информацию.

В 1902 году американский генетик Уолтер Саттон (Walter Sutton) выдвинул гипотезу, что генетическая информация хромосомы содержится в клеточном ядре.

В 1914 году Ханс Шпеман провел первые опыты по пересадке ядра из одной клетки в другую.

В 1938 году Шпеман предположил, что существует возможность пересадки ядра одной клетки в безъядерную яйцеклетку.
Так была заложена теоретическая основа последующих экспериментов по клонированию.

В 1962 году Джон Гердон (John Gurdon), профессор Оксфордского университета, заявил, что клонировал южно-африканскую лягушку из ядра клетки кишечника головастика.

В 1963 году британский биолог Джон Холдейн (John Haldane) впервые употребил термин «клон».

В этом же году китайский исследователь Тун Дичжоу (Tong Dizhou) впервые клонировал рыбу. Он пересадил генетический материал взрослого азиатского карпа в икринку, из которой появилась новая особь, которая впоследствии принесла потомство.

В 1964 году профессор Корнелльского университета Фредерик Стюард (Frederic Steward) вырастил целую морковь из полностью изолированных клеток корневища, доказав таким образом возможность клонирования с использованием дифференцированных (изолированных) клеток.

В 1969 году профессора Гарвардского университета Джеймс Шапиро (James Shapiero) и Джонатан Беквит (Johnathan Bechwith) выделили первый ген.

В 1972 году профессор Стэнфордского университета Пол Берг (Paul Berg) создал первые рекомбинантные молекулы ДНК.

В 1979 году Карл Илменси (Karl Illmensee) заявил, что ему удалось клонировать трех мышей.

В 1983 году Кэри Муллис (Kary Mullis) разработал метод полимеразной цепной реакции (ПЦР), позволяющий добиться значительного увеличения малых концентраций определенных фрагментов нуклеиновой кислоты (ДНК) в биологическом материале (пробе).

В 1984 году датский ученый Стин Вилладсен (Steen Willadsen) клонировал овцу из эмбриональных клеток. Это был первый эксперимент по клонированию млекопитающего. Вилладсен использовал метод пересадки ядра (nuclear transfer).

В 1986 году Вилладсен клонировал корову из дифференцированных клеток однонедельного эмбриона.

В этом же году профессора Университета Висконсина Нил Ферст (Neal First), Рэндал Прэзер (Randal Prather) и Уиллард Айстоун (Willard Eyestone) также клонировали корову из клеток зародыша.

В 1990 году стартовал проект «Геном человека» (Human Genome Project) – международная научно-исследовательская программа, целью которой стало определение последовательности более чем трех миллиардов нуклеотидов, составляющих генетический код человека.

В 1995 году профессора Рослинского института в Шотландии Иэн Уилмут (Ian Wilmut) и Кит Кэмпбелл (Keith Campbell) с помощью генетического материала двух изолированных эмбрионов успешно клонировали двух овец – Меган и Мораг.

В 1996 году Уилмут и Кэмпбелл впервые поставили эксперимент по клонированию животного из клеток взрослой особи, в результате которого 5 июля 1996 года на свет появилась овца Долли.

27 февраля 1997 года в английском журнале Nature была опубликована сенсационная статья эмбриолога и генетика Йена Уилмата об успешном клонировании овечки Долли.

В 1997 году в лаборатории Дона Вольфа (Don Wolf) Орегонского регионального центра по изучению приматов (Oregon Regional Primate Research Center) ученым удалось клонировать двух макак-резусов.

В этом же году президент США Билл Клинтон запретил использовать государственные средства для финансирования работ по клонированию человека.

В 1997 году Иэн Вилмут и Кит Кэмпбелл использовали выращенные в лабораторных условиях клетки кожи с генетически вживленным в них человеческим геном и клонировали еще одну овцу – Полли.

В 1998 году Долли родила трех здоровых ягнят, зачатых естественным путем.

В этом же году в Университете штата Гавайи группа ученых во главе с профессором Риузо Янагимачи (Ryuzo Yanagimachi) клонировала 50 мышей из клеток взрослых особей. Первая мышь-клон получила прозвище Кумулина.

22 декабря 2001 года в Техасском университете агрокультуры и машиностроения (Texas A&M University) родилась первая в мире клонированная домашняя кошка по кличке Сиси (CopyCat, CC). Через два года в университете родились первый клонированный олень – Дьюи и первая клонированная лошадь – Прометея.

В 2001 году ученые из компании Advanced Cell Technology, Inc. объявили о рождении быка-гаура по кличке Ноа, который стал первым клонированным животным, относящимся к вымирающим видам. Этот эксперимент открыл перспективу спасения исчезающих видов животных путем клонирования.

В 2003 году знаменитую на весь мир овцу Долли усыпили. Причиной послужил прогрессирующий рак легких, вызванный вирусом. Долли было 6,5 лет.

В 2005 году в Южной Корее на свет появилась первая в мире клонированная собака – африканская борзая Снаппи.

В 2009 году в Дубае (ОАЭ) родился первый клонированный верблюд – Инджас, в переводе с арабского «достижение».
Несмотря на ряд заявлений о проведении успешных опытов по клонированию человеческого эмбриона (1998, 2004 – в Южной Корее, 2002 – в США), на сегодняшний день научного подтверждения этому нет.

Запрет на проведение опытов по репродуктивному клонированию человека действует в Австралии, Австрии, Аргентине, Бельгии, Бразилии, Канаде, Чехии, Дании, Финляндии, Франции, ФРГ, Италии, Японии, Швеции, Швейцарии и других странах.

В 2002 году в России был введен пятилетний мораторий на клонирование человека, срок действия которого истек в 2007 году.
В 2010 году Госдума РФ приняла закон о продлении моратория. Закон при этом не запрещает клонирование клеток и организмов в научно-исследовательских целях, клонирование органов для трансплантации и клонирование животных.

В сентябре 2012 года министр здравоохранения РФ Вероника Скворцова сообщила, что готовится к внесению в правительство законопроект о биомедицинских клеточных продуктах, разработанный Минздравом РФ. В проекте закона внесен пункт о запрете на использование биомедицинских клеточных технологий в целях клонирования человека.

В 2012 году специалист по клеточной биологии — британец Джон Гердон стал лауреатом Нобелевской премии по медицине или физиологии. Ученый в начале 1960-х годов, работая с лягушками, впервые добился развития яйцеклеток с чужим ядром до достаточно поздних стадий, а примерно в двух процентах случаев особи превращались во взрослых лягушек. Эти результаты считаются началом экспериментов по клонированию животных.

Материал подготовлен на основе информации РИА Новости и открытых источников

Коронавирус человека: история открытия, виды, эпидемиология

https://ria.ru/20200121/1563668949.html

Коронавирус человека: история открытия, виды, эпидемиология

Коронавирус человека: история открытия, виды, эпидемиология — РИА Новости, 21.01.2020

Коронавирус человека: история открытия, виды, эпидемиология

Коронавирусы – это большое семейство вирусов, в которое входят вирусы, способные вызывать целый ряд заболеваний у людей – от распространенной простуды до… РИА Новости, 21.01.2020

2020-01-21T13:27

2020-01-21T13:27

2020-01-21T13:27

в мире

справки

коронавирусы

распространение коронавируса

/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content

/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content

https://cdnn21.img.ria.ru/images/136581/83/1365818390_0:0:3228:1817_1920x0_80_0_0_d0a0f7ce9bbfeac80e5a45c216c3abcd.jpg

Коронавирусы – это большое семейство вирусов, в которое входят вирусы, способные вызывать целый ряд заболеваний у людей – от распространенной простуды до тяжелого острого респираторного синдрома (ТОРС, «атипичная пневмония»), а также воспалительный процесс пищеварительного тракта. На долю коронавирусной инфекции приходится от 4 до 20% случаев всех ОРВИ (острая респираторная вирусная инфекция). Коронавирусы – это микробы сферической формы, содержащие одноцепочечную молекулу РНК (рибонуклеиновая кислота). Они имеют оболочку с редкими шипами или ворсинками, напоминающую корону при затмении солнца. Отсюда и название – коронавирус. Проникая внутрь клетки, коронавирусы размножаются в цитоплазме (полужидкое содержимое клетки). Они оседают на иммунокомпетентных клетках, используют их в качестве транспортного средства и быстро рассеиваются по всему организму. Коронавирусы подавляют иммунитет, и он перестает распознавать инфекцию и бороться с ней. Эти вирусы неустойчивы к действию внешних факторов и мгновенно разрушаются при температуре 56 градусов. Преобладающей формой инфекции, которую провоцирует коронавирус, является респираторная. Кишечная разновидность встречается гораздо реже, в основном у детей. ОРВИ, которое возникает под действием вируса, обычно длится в течение нескольких дней и заканчивается полным выздоровлением. Однако в ряде случаев оно может приобретать форму атипичной пневмонии или тяжелого острого респираторного синдрома (ТОРС). Эта патология характеризуется высоким показателем летального исхода (38%), поскольку сопровождается острой дыхательной недостаточностью. Коронавирусная инфекция распространена повсеместно и регистрируется в течение всего года с пиками заболеваемости зимой и ранней весной, когда эпидемическая значимость ее колеблется от 15,0% до 33,7%. Дети болеют в 5-7 раз чаще, чем взрослые. Инфекция распространяется воздушно-капельным, фекально-оральным и контактным путем. Источником инфекции являются больные с клинически выраженной или стертой формой заболевания.Инкубационный период заболевания, провоцируемого коронавирусной инфекцией, зависит от формы и длится от 3 до 14 дней.Лечение обычно проводят в домашних условиях, а принципы терапии такие же, как и при других респираторных вирусных инфекциях. В зависимости от выраженности клинических симптомов назначаются препараты снижающие симптомы интоксикации, капли в нос. При болях в горле рекомендуются полоскания.Иммунитет после перенесенного заболевания непродолжительный и не защищает от реинфекции.Коронавирус человека был впервые выделен в 1965 году от больного острым респираторным заболеванием. Различные виды коронавирусов широко распространены в природе, вызывая различную инфекционную патологию у животных. Сейчас семейство коронавирусов включает более 30 видов. Оно постоянно пополняется. У человека острую респираторную инфекцию вызывают четыре вида коронавирусов: 229E, OC43, NL63, HKUI, чаще протекающую с поражением верхних дыхательных путей легкой или средней тяжести, и в редких случаях – с инфекциями нижних дыхательных путей.В XX веке коронавирусы были известны как возбудители острых респираторных заболеваний человека и животных, однако не относились к числу особо опасных вирусных инфекций. В настоящее время семейство коронавирусов включает два вида вирусов, вызывающих тяжелую респираторную инфекцию у людей: SARS-Cov (Severe acute respiratory syndrome coronavirus, или ТОРС-коронавирус, вызывающий тяжелый острый респираторный синдром) и MERS-Cov (Middle East respiratory syndrome coronavirus, или БВРС-коронавирус, вызывающий Ближневосточный респираторный синдром). Коронавирус ТОРС вызвал эпидемию в 2003 году в 33 странах мира (наибольшее количество заболевших было зарегистрировано в Китае, Сингапуре и Канаде), с общим числом заболевших 7761 человек, у 623 из них заболевание закончилось летальным исходом. Вирус SARS-Cov легко передается от человека к человеку. С сентября 2012 года на Ближнем Востоке регистрируются случаи новой инфекции, вызванные коронавирусом MERS-Cov, летальность по данным ВОЗ составляет порядка 43%. Предполагают, что инфицирование людей происходит при контакте с верблюдами или с инфицированными вирусом объектами окружающей среды в домашнем хозяйстве, а также при посещении животноводческих ферм. Подтверждена возможность передачи MERS-Cov от человека к человеку при близком и длительном контакте, что может провоцировать вспышки внутрибольничной инфекции в человеческой популяции. Природным резервуаром обоих вирусов являются летучие мыши.В конце декабря 2019 года китайские власти сообщили о вспышке пневмонии неизвестного происхождения в городе Ухань. Первые заболевшие имели отношение к рынку морепродуктов. Эксперты предварительно установили, что возбудителем заболевания стал новый тип коронавируса — 2019-nCoV. По состоянию на 20 января 2020 года, в общей сложности было зарегистрировано 218 случаев заражения этим заболеванием. Четыре человека погибли. Вирус уже распространился за пределы Китая, случаи заражения зафиксированы в Южной Корее, Японии и Таиланде. Материал подготовлен на основе информации РИА Новости и открытых источников

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

2020

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

Новости

ru-RU

https://ria.ru/docs/about/copyright.html

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

https://cdnn21.img.ria.ru/images/136581/83/1365818390_497:0:3228:2048_1920x0_80_0_0_9a3842e082ef5b493aba69fe84e9419d.jpg

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

в мире, справки, коронавирусы

Коронавирусы – это большое семейство вирусов, в которое входят вирусы, способные вызывать целый ряд заболеваний у людей – от распространенной простуды до тяжелого острого респираторного синдрома (ТОРС, «атипичная пневмония»), а также воспалительный процесс пищеварительного тракта. На долю коронавирусной инфекции приходится от 4 до 20% случаев всех ОРВИ (острая респираторная вирусная инфекция).

Коронавирусы – это микробы сферической формы, содержащие одноцепочечную молекулу РНК (рибонуклеиновая кислота). Они имеют оболочку с редкими шипами или ворсинками, напоминающую корону при затмении солнца. Отсюда и название – коронавирус.

Проникая внутрь клетки, коронавирусы размножаются в цитоплазме (полужидкое содержимое клетки). Они оседают на иммунокомпетентных клетках, используют их в качестве транспортного средства и быстро рассеиваются по всему организму. Коронавирусы подавляют иммунитет, и он перестает распознавать инфекцию и бороться с ней. Эти вирусы неустойчивы к действию внешних факторов и мгновенно разрушаются при температуре 56 градусов.

Преобладающей формой инфекции, которую провоцирует коронавирус, является респираторная. Кишечная разновидность встречается гораздо реже, в основном у детей. ОРВИ, которое возникает под действием вируса, обычно длится в течение нескольких дней и заканчивается полным выздоровлением. Однако в ряде случаев оно может приобретать форму атипичной пневмонии или тяжелого острого респираторного синдрома (ТОРС). Эта патология характеризуется высоким показателем летального исхода (38%), поскольку сопровождается острой дыхательной недостаточностью.

Коронавирусная инфекция распространена повсеместно и регистрируется в течение всего года с пиками заболеваемости зимой и ранней весной, когда эпидемическая значимость ее колеблется от 15,0% до 33,7%. Дети болеют в 5-7 раз чаще, чем взрослые. Инфекция распространяется воздушно-капельным, фекально-оральным и контактным путем. Источником инфекции являются больные с клинически выраженной или стертой формой заболевания.

Инкубационный период заболевания, провоцируемого коронавирусной инфекцией, зависит от формы и длится от 3 до 14 дней.

Лечение обычно проводят в домашних условиях, а принципы терапии такие же, как и при других респираторных вирусных инфекциях. В зависимости от выраженности клинических симптомов назначаются препараты снижающие симптомы интоксикации, капли в нос. При болях в горле рекомендуются полоскания.

Иммунитет после перенесенного заболевания непродолжительный и не защищает от реинфекции.

Коронавирус человека был впервые выделен в 1965 году от больного острым респираторным заболеванием. Различные виды коронавирусов широко распространены в природе, вызывая различную инфекционную патологию у животных.

Сейчас семейство коронавирусов включает более 30 видов. Оно постоянно пополняется.

У человека острую респираторную инфекцию вызывают четыре вида коронавирусов: 229E, OC43, NL63, HKUI, чаще протекающую с поражением верхних дыхательных путей легкой или средней тяжести, и в редких случаях – с инфекциями нижних дыхательных путей.

В XX веке коронавирусы были известны как возбудители острых респираторных заболеваний человека и животных, однако не относились к числу особо опасных вирусных инфекций. В настоящее время семейство коронавирусов включает два вида вирусов, вызывающих тяжелую респираторную инфекцию у людей: SARS-Cov (Severe acute respiratory syndrome coronavirus, или ТОРС-коронавирус, вызывающий тяжелый острый респираторный синдром) и MERS-Cov (Middle East respiratory syndrome coronavirus, или БВРС-коронавирус, вызывающий Ближневосточный респираторный синдром). Коронавирус ТОРС вызвал эпидемию в 2003 году в 33 странах мира (наибольшее количество заболевших было зарегистрировано в Китае, Сингапуре и Канаде), с общим числом заболевших 7761 человек, у 623 из них заболевание закончилось летальным исходом. Вирус SARS-Cov легко передается от человека к человеку. С сентября 2012 года на Ближнем Востоке регистрируются случаи новой инфекции, вызванные коронавирусом MERS-Cov, летальность по данным ВОЗ составляет порядка 43%. Предполагают, что инфицирование людей происходит при контакте с верблюдами или с инфицированными вирусом объектами окружающей среды в домашнем хозяйстве, а также при посещении животноводческих ферм. Подтверждена возможность передачи MERS-Cov от человека к человеку при близком и длительном контакте, что может провоцировать вспышки внутрибольничной инфекции в человеческой популяции. Природным резервуаром обоих вирусов являются летучие мыши.

В конце декабря 2019 года китайские власти сообщили о вспышке пневмонии неизвестного происхождения в городе Ухань. Первые заболевшие имели отношение к рынку морепродуктов. Эксперты предварительно установили, что возбудителем заболевания стал новый тип коронавируса — 2019-nCoV. По состоянию на 20 января 2020 года, в общей сложности было зарегистрировано 218 случаев заражения этим заболеванием. Четыре человека погибли. Вирус уже распространился за пределы Китая, случаи заражения зафиксированы в Южной Корее, Японии и Таиланде.

Материал подготовлен на основе информации РИА Новости и открытых источников

Почему мы страдаем от аллергии: новое объяснение

  • Карл Зиммер
  • BBC Future

Автор фото, SPL

Аллергические реакции на все — от пыльцы растений до арахиса — отравляют жизнь миллионов людей. Но почему же наш организм так болезненно реагирует на такие, казалось бы, безобидные раздражители? В этом попытался разобраться корреспондент BBC Future.

В моем случае это были шершни.

Как-то летним днем, когда мне было 12 лет, я оказался на заросшем высокой травой поле недалеко от дома одного из моих друзей и пнул ногой гнездо шершней размером с футбольный мяч. Эскадрилья разъяренных насекомых впилась в мою ногу. Их жала вонзались в меня, как раскаленные иглы. Я попытался смахнуть шершней с себя и бросился бежать, но спустя считанные минуты я ощутил, что с мной происходит что-то не то. Вокруг укусов образовалось целое созвездие розовых точек. Они начали распухать, сыпь поползла выше по ногам. У меня началась аллергическая реакция.

Мама друга дала мне какой-то антигистаминный препарат и погрузила меня в свой фургон. Пока мы ехали больницу графства, мне становилось все страшнее. Я очень смутно представлял себе, какие ужасы творятся, когда аллергия срывается с цепи. Я вообразил себе, как сыпь доползает до моего горла и запечатывает его.

Но я выжил и теперь могу рассказать эту историю. В больнице сыпь постепенно спала, но остался постоянный страх перед шершнями. Тест на аллергические реакции показал, что я восприимчив к насекомым. Причем не к медоносным пчелам или различным осам, а именно к конкретной разновидности шершней, которые меня жалили. Доктор из приемного покоя отделения скорой помощи предупредила, что в следующий раз, когда я наткнусь на их гнездо, мне может повезти меньше. Она дала мне инжектор EpiPen и сказала, что я должен тут же всадить иглу инжектора себе в бедро, если меня снова ужалит шершень. Содержащийся в инъекции противоаллергический препарат эпинефрин понизит давление крови, освободит дыхательные пути и, возможно, спасет мне жизнь.

В общем, мне повезло. С того дня прошло 35 лет, и за все это время я ни разу не натыкался на гнездо шершней.

Такая разная аллергия

У каждого человека, страдающего от аллергии, есть своя история ее возникновения. Это рассказ о том, как он обнаружил, что его иммунная система идет вразнос, когда некая произвольная, но вполне конкретная молекула попадает в организм. Таких историй – сотни миллионов. В одних только Соединенных Штатах насчитывается 18 млн человек, страдающих от сенной лихорадки. Пищевая аллергия наблюдается у миллионов американских детей. Различные виды аллергии все сильнее распространяются во многих других странах. Далеко не полный список аллергенов включает латекс, золото, пыльцу растений (пыльца амброзии, плевела и амаранта особенно опасны), пенициллин, яд насекомых, арахис, папайя, ожоги от щупалец медуз, духи, яйца, фекалии домашних пылевых клещей, орехи пекан, семгу, говядину и никель.

Автор фото, Thinkstock

Подпись к фото,

Аллергия на насекомых может принимать самые страшные формы

Как только эти вещества вызывают аллергию, она может проявляться в целой гамме симптомов – от раздражающих до смертельных. Появляется сыпь, распухают губы. Сенная лихорадка сопровождается насморком и воспалением глаз. Аллергия на еду может проявляться в рвоте и поносе. У несчастного меньшинства различные виды аллергии могут почти мгновенно вызывать потенциально смертельную реакцию всего организма, известную как анафилактический шок.

Совокупное бремя всех этих напастей колоссально, тогда как набор средств лечения ограничен. EpiPen (известен и в России как ЭпиПен – Ред.) способен спасти жизнь, однако имеющиеся в распоряжении врачей средства длительного лечения предлагают неоднозначные результаты людям, измученным аллергией на плесень или ежегодное появление пыльцы растений. Антигистаминные препараты зачастую облегчают симптомы аллергии у страдальца, но эти лекарства вызывают сонливость.

В нашем распоряжении могло бы оказаться более эффективное средство лечения, если бы ученые сумели понять природу аллергии. Однако хитросплетение различных причин, вызывающих аллергические реакции, таково, что может свести с ума. Возбуждаются клетки, высвобождаются химические вещества, передаются сигналы. Ученым пока удалось лишь частично описать этот процесс. Но за всей этой биохимической паутиной скрывается еще более интригующая загадка: почему вообще у нас возникают аллергии?

Защита дает осечку

«Это именно та проблема, которую я люблю,- сказал мне недавно Руслан Меджитов.– Она очень велика, она фундаментальна и абсолютно неизучена».

Меджитов и я неспешно прохаживались по его лаборатории, которая располагается на верхнем этаже Центра медицинских исследований и образования имени Уильяма Анлияна в Йельской школе медицины. Члены его команды, состоящей из постдокторантов и студентов выпускных курсов, едва протискиваются между достигающими размеров человека емкостями с кислородом и инкубаторами, наполненными иммунными клетками. «Здесь у нас беспорядок, но это продуктивный беспорядок», — говорит он, пожимая плечами. У Меджитова лицо боксера – массивное, круглое, с широким плоским носом. Однако речь его отличается изяществом выражений.

Автор фото, Thinkstock

Подпись к фото,

У каждого свои симптомы аллергии

Действительно, беспорядок, царящий в лаборатории Меджитова, исключительно продуктивен. За последние 20 лет он совершил немало фундаментальных открытий в области иммунологии и получил целый ряд самых престижных премий. В прошлом он стал первым лауреатом только что учрежденной Премии имени Эльзе Кренер Фрезениус в размере 4 млн евро (из которых 3,5 млн идут на научные исследования, а полмиллиона – лично ученому). Хотя Мелжитов не получил Нобелевскую премию по медицине, многие из его коллег-ученых считают, что он более чем достоин этой награды. В 2011 году 26 ведущих иммунологов опубликовали в журнале Nature письмо с протестом против того, что Нобелевский комитет не выбрал его.

Сейчас внимание Меджитова сосредоточено на вопросе, ответ на который может совершить еще один переворот в иммунологии: почему мы подвержены аллергии? Твердого ответа нет ни у кого. Однако теория, которая сейчас считается ведущей, утверждает, что аллергии – это своего рода осечки при срабатывании защиты организма от червей-паразитов. В индустриальном мире, где такие инфекции стали редкостью, система непропорционально срабатывает на совершенно безобидные объекты, что заставляет нас страдать в процессе такой защитной реакции.

По мнению Меджитова, это неверно. Аллергии – это не просто биологические ошибки. На самом деле, они – действенный способ защиты против вредных химических веществ. Эти средства защиты служили нашим предкам десятки миллионов лет и продолжают служить нам поныне. Меджитов признает, что эта теория противоречива. Но вместе с тем он уверен, что история докажет его правоту. «Я думаю, что ситуация поменяется на 180 градусов по сравнению с тем этапом, когда сама идея вызывает ожесточенное сопротивление, — сказал он мне. – Настанет момент, когда все будут говорить: «Ну, да, это же очевидно. Конечно, все происходит именно так».

Иммунные реакции

Врачи древнего мира знали об аллергиях. Три тысячи лет назад китайские доктора описывали «растительную лихорадку», вызывавшую течь из носов осенью. Есть свидетельство, что египетский фараон Менес, основатель Первой династии, умер от укуса осы в 2641 году до Рождества Христова, хотя по другой версии его убил во время охоты гиппопотам. Спустя две с половиной тысячи лет римский философ Лукреций писал: «Что для одного еда, то для другого – яд».

Автор фото, Thinkstock

Подпись к фото,

Иногда аллергия с возрастом проходит

Но только чуть более века назад ученые поняли, что все эти многообразные симптомы – это разные головы одной и той же гидры. К тому времени исследователи уже установили, что причиной многих болезней служат бактерии и другие патогены, а мы отражаем нападения этих врагов с помощью нашей иммунной системы – армии клеток, способной выпускать смертельные химические вещества, точно поражающие антитела. Далее они выяснили, что иммунная система может причинять и вред.

В начале 1900-х гг. французские ученые Шарль Рише и Поль Портье изучали воздействие токсинов на организм. Они вводили малые дозы яда морской анемоны собакам, а спустя неделю, если собака выживала, вводили ей еще меньшую дозу. В течение нескольких минут у собаки наступал шок, и она погибала. Вместо того чтобы защищать животное от вреда, иммунная система делала его еще более восприимчивым к токсину. (За открытие этого явления, которому он дал название анафилаксия, Рише в 1913 году получил Нобелевскую премию – Ред.)

Другие ученые установили, что некоторые медицинские препараты вызывают сыпь и иные симптомы. Чувствительность увеличивается по мере воздействия в противоположность защите от инфекционных заболеваний, которую дают антитела. Австрийский врач-педиатр и диагност туберкулеза Клеменс фон Пирке задумался над тем, как вещества, проникающие в организм, способны менять характер его реакции. Чтобы описать этот процесс, он ввел в 1906 году термин «аллергия», составленный из греческих слов ἄλλος (другой) и ἔργον (работа, воздействие).

В последующие десятилетия ученые открыли, что молекулярные стадии таких реакций поразительно похожи. Процесс начинается тогда, когда аллерген попадает на одну из поверхностей тела – кожу, глаз, носоглотку, рот, дыхательные пути, кишечник. Эти поверхности изобилуют иммунными клетками, выполняющими функции пограничной стражи. Когда стражник сталкивается с аллергеном, он поглощает и уничтожает нарушителя, а затем украшает внешнюю поверхность фрагментами этого вещества. Затем клетка находит некую лимфатическую ткань. Там она передает фрагменты другой иммунной клетке, которая производит антитела, имеющие форму вилки, известные как иммуноглобулин E или IgE.

Странная избирательность

Эти антитела активируют ответную реакцию, когда они снова встречают аллерген. Реакция начинается тогда, когда антитело активирует компонент иммунной системы, известный как мастоцит или тучная клетка, которая взрывается и выбрасывает целый рой химических веществ. Некоторые из этих химикатов цепляются к нервным окончаниям и вызывают зуд и кашель. Иногда появляется слизь. Мышцы гортани сжимаются, и становится трудно дышать.

Автор фото, Thinkstock

Подпись к фото,

Люди по-разному спасаются от аллергии — кто-то пробует носить маску…

Эта картина, воссозданная в лабораториях на протяжении истекшего столетия, раскрывает часть тайны аллергии, обозначенную вопросом «как?». Без ответа остается вопрос «почему?» Это удивительно, потому что на данный вопрос есть вполне ясный ответ, который по большей части дает иммунная система. Наши предки постоянно подвергались атакам патогенов. Естественный отбор отдавал предпочтение тем мутациям, которые помогали им отражать эти атаки; и эти мутации накапливались, чтобы в итоге создать ту изощренную систему защиты, которой мы обладаем сегодня.

Труднее было понять, как естественный отбор мог привести к возникновению аллергий. Мощный иммунный ответ на безобидные вещи вряд ли мог способствовать выживанию наших предков. Кроме того, аллергии отличаются странной избирательностью. Лишь некоторые люди подвержены аллергии, и только некоторые вещества являются аллергенами. У некоторых людей аллергия начинает проявляться далеко не в юном возрасте, порой исчезает аллергия, от которой они страдали в детстве. А еще в течение десятилетий никто не мог понять, что такое иммуноглобулин IgE и каковы его свойства. Он не проявлял способности останавливать какие-либо вирусы или бактерии. Дело выглядело так, словно наш организм вырабатывает какой-то особый вид антител — просто для того, чтобы испортить нам жизнь.

Одна из первых подсказок появилась в 1964 году. Паразитолог Бриджит Огилви исследовала, как иммунная система противостоит паразитическим круглым червям — нематодам. Она обнаружила, что крысы, инфицированные этими паразитами, вырабатывают большие объемы вещества, которое позже получало название IgE. Дальнейшие исследования показали, что эти антитела дают иммунной системе сигнал начать сокрушительную контратаку против глистов.

Протеиновое звено

Черви-паразиты представляют серьезную угрозу не только для крыс, но и для людей. Глисты анкилостомы поражают, в частности, кишечник и высасывают кровь. Печеночные двуустки могут разрушить ткани печени и вызвать рак. Ленточные черви могут проникать в мозг и образовывать в нем кисты. Более 20% людей на Земле являются носителями глистных инвазий, большинство из них живет в странах с низкими доходами. До появления современных систем здравоохранения и контроля безопасности продуктов питания наши предки на протяжении всей своей жизни были вынуждены вести борьбу с глистами, а также клещами и другими паразитами.

Автор фото, Thinkstock

Подпись к фото,

Аллергия на домашних животных довольно распространена

В 1980-е гг. несколько ученых настойчиво доказывали взаимосвязь между паразитами и аллергиями. Вероятно, у наших предков в процессе эволюции развилась способность распознавать белки (протеины) на поверхности червей и реагировать выработкой антител IgE. Антитела «воспламеняют» клетки иммунной системы на коже и в кишечнике, чтобы как можно скорее пресечь попытку паразита проникнуть в организм. «В нашем распоряжении есть примерно час времени, чтобы решительно отреагировать и понизить шансы паразитов на выживание», — говорит профессор Дэвид Данн, паразитолог и иммунолог и Кембриджского университета.

Согласно паразитарной теории, белки глистов имеют ту же форму, что и другие молекулы, с которыми мы постоянно сталкиваемся в жизни. Если мы встречаем такие молекулы, мы переходим к бессмысленной обороне. «Аллергия – это ничто иное как злополучный побочный эффект защиты от червей-паразитов», — говорит Данн.

Когда Меджитов только начинал изучать иммунологию, ему преподавали паразитарное учение о происхождении аллергии. Однако 10 лет назад у него начали возникать сомнения на этот счет. «Я видел, что это ничего не объясняет», — говорит он. Поэтому Меджитов задумался над своей собственной теорией на этот счет.

Размышления составляют немалую часть научной работы Меджитова. Это наследие, доставшееся ему от лет учебы в Советском Союзе в 1980-1990-е гг., когда в университетах страны было мало оборудования и еще меньше заинтересованности в подготовке хороших ученых. Студенческие годы Меджитова прошли в Ташкентском государственном университете в Узбекистане. Каждую осень профессора (по разнарядке коммунистических партийных органов – Ред.) отправляли студентов в поле на помощь колхозникам в уборке урожая хлопка. Работали ежедневно от рассвета до заката. «Это было ужасно, — говорит Меджитов. – Если ты не работал, тебя исключали из университета». Он вспоминает, как тайком брал с собой в поле учебники по биохимии, за что и подвергся взысканию.

Автор фото, Thinkstock

Подпись к фото,

Цветение растений, пыльца — мощнейшие аллергены

В аспирантуре было не лучше. Он приехал на учебу в Московский государственный университет сразу после краха советского режима. Университет оказался банкротом, у Меджитова не было оборудования, необходимого для проведения экспериментов. «Практически все свое время я читал и думал», — сказал мне Меджитов.

Главным образом он думал о том, как наш организм воспринимает внешний мир. Мы распознаем «паттерны» фотонов с помощью глаз, а «паттерны» вибраций воздуха – ушами. По мнению Меджитова, иммунная система – одна из систем распознания «паттернов»: она засекает молекулярные подписи вместо света и звуков.

В поисках научных статей по своей дисциплине Меджитов наткнулся на реферат эссе, написанного в 1989 году Чарльзом Дженуэем, иммунологом из Йельского университета, и озаглавленного «Приближение к асимптоте? Эволюция и революция в иммунологии». (Асимптота – в математике прямая линия, к которой бесконечно приближается кривая. – Ред.)

Меджитов был заинтригован и потратил свою стипендию за несколько месяцев, чтобы купить репринт этой работы. Его ожидания оказались полностью оправданными, поскольку эта работа открыла ему учение Дженуэя о «врожденном иммунитете», а этому учению было суждено изменить его жизнь.

Новый датчик

В то время Дженуэй утверждал, что антитела обладают одним существенным недостатком: иммунной системе требуется несколько дней, чтобы выработать эффективное антитело для противодействия новой инвазии. Он предположил, что у иммунной системы может быть еще одна линия обороны, которая обеспечивает более оперативную защиту. Возможно, она использует систему распознания «паттернов», позволяющую быстро засекать бактерии и вирусы и немедленно запускать ответную реакцию.

Меджитов рассуждал примерно так же, поэтому он немедленно написал Дженуэю. Дженуэй ответил, и между ними завязалась переписка, которая, в итоге, привела Меджитова в Нью-Хейвен, штат Коннектикут. В 1994 году он стал исследователем-постдокторантом в лаборатории Дженуэя. Чарльз Дженуэй умер в 2003 году.

Автор фото, Thinkstock

Подпись к фото,

Люди отказываются от многих продуктов, лишь бы не страдать от аллергии

Меджитов до сих пор диву дается, как это Дженуэй согласился с ним работать. «Я думаю, что единственная причина, почему он меня взял в свою лабораторию, заключается в том, что никто больше не хотел заниматься этой идеей», — вспоминает он.

Ощущая поддержку со стороны коллег Дженуэя, Дерека Сант’Анджело и других сотрудников лаборатории, Меджитов учился очень быстро. Вскоре он и Дженуэй обнаружили новый класс сенсоров на поверхности определенного вида иммунных клеток. Столкнувшись с вторжением в организм чужеродного тела, такой датчик прикрепляется к чужаку и включает систему химической тревоги, которая отправляет другие иммунные клетки на поиск патогенов, чтобы обнаружить их и уничтожить. Это быстрый и точный способ обнаружения и устранения чужеродных бактерий.

Открытие Меджитовым и Дженуэем этих датчиков, ныне известных как толл-подобные рецепторы (TLR-4) у млекопитающих, выявило новое измерение, присущее нашей иммунной защите, и было признано фундаментальным принципом иммунологии.

Меджитов продолжал размышлять и после того, как они с Дженуэем открыли толл-подобные рецепторы. Если иммунная система обладает специальными сенсорами для бактерий и других инородных тел, возможно, у нее есть не открытые еще датчики для обнаружения других врагов. Именно тогда он задумался о паразитических червях, иммуноглобулинах E (IgE) и аллергиях. Но поначалу, когда он думал об этом, картина не складывалась.

Верно то, что когда иммунная система обнаруживает червей-паразитов, она вырабатывает IgE. Однако IgE не играет такой уж существенной роли в борьбе с инородными организмами. Так, например, ученые с помощью генной инженерии вывели мышей, не способных производить IgE, и обнаружили, что такие животные по-прежнему были способны защищаться от червей-паразитов. Меджитов скептически относился к идее, что аллергены имитируют белки-паразиты. У множества аллергенов, таких как никель или пенициллин, нет возможных аналогов в молекулярном строении паразита.

Чем больше Меджитов думал об аллергенах, тем менее важной представлялась ему их структура. Возможно, аллергены связаны друг с другом не формой, а тем, что они делают.

Борцы с токсинами

Мы знаем, что аллергены часто наносят физический ущерб. Они вскрывают клетки, раздражают мембраны, разрушают белки. Может быть, думал Меджитов, аллергены приносят такой серьезный вред, что нам нужна защита от них. «Если задуматься обо всех основных симптомах аллергических реакций – насморк, слезы, чихание, кашель, зуд, рвота, диарея, — у них у всех есть нечто общее, — говорит Меджитов. – Все они имеют отношение к изгнанию чего-либо». Внезапно тайна аллергии начала представляться по-иному. Аллергии не являются признаком возникновения неполадок в организме. Они представляют собой стратегию организма, направленную на избавление от аллергенов.

Автор фото, Thinkstock

Подпись к фото,

Определить точно, на что аллергия, как правило, трудно — не помогают и специальные тесты

Изучая такую возможность, Меджитов выяснил, что идея уже всплывала на поверхность время от времени, но затем вновь оказывалась погребена. Например, в 1991 году эволюционный биолог Марджи Профет высказывала предположение, что аллергии борются с токсинами. Иммунологи отвергли эту идею, видимо, на том основании, что Профет была для них чужаком. Меджитов счел эволюционную теорию токсинов, предложенную Профет, весьма полезной. «Она словно развязала нам руки», — сказал ученый.

В соавторстве с двумя своими учениками, Ноем Палмом и Рэйчел Розенстайн, Меджитов опубликовал статью с изложением своей теории в журнале Nature в 2012 году. Затем он стал проверять ее опытным путем. Сначала он проверил наличие связи между ущербом и аллергиями. Он и его коллеги делали мышам инъекции, содержащие PLA2, аллергический фермент фосфолипаза А2, который находится в пчелином яде и разрушает мембраны клеток.

Как и предсказывал Меджитов, иммунная система животных не реагировала собственно на PLA2 как таковой. Только тогда, когда фермент PLA2 вскрывал мембранные оболочки клеток, иммунная система вырабатывала антитела IgE.

Другое предсказание, содержавшееся в теории Меджитова, гласило, что эти антитела будут защищать мышей вместо того, чтобы стать для них причиной болезни. Чтобы проверить эту гипотезу, Меджитов и его коллеги вслед за первой инъекцией PLA2 ввели мышам вторую, более сильную дозу препарата. Если бы животные не подверглись ранее воздействию PLA2, температура тела у них должна была резко подскочить, что могло бы даже привести к гибели подопытных. Однако мыши, подвергшиеся воздействию, отреагировали на это аллергической реакцией, которая, по не ясным пока причинам, ослабила действие PLA2.

Клеточный щит

Меджитов не знал, что на другом краю США еще один ученый проводил эксперимент, результаты которого могли еще основательнее подкрепить его теорию. Стивен Галли, заведующий кафедрой патологии в Медицинской школе Стэнфордского университета, в течение многих лет изучал тучные клетки, загадочные иммунные клетки, способные убивать людей во время аллергических реакций. У него возникло подозрение, что на самом деле тучные клетки должны оказывать помощь организму. Так, в 2006 году Галли и его коллеги выяснили, что тучные клетки уничтожают токсины, содержащиеся в яде гадюки. Это открытие навело Галли на ту же мысль, к которой склонялся и Меджитов: а не могут ли аллергии выполнять защитную функцию.

Автор фото, SPL

Подпись к фото,

Те самые тучные клетки, основные агенты аллергических реакций

Что получить ответ на этот вопрос, Галли и его коллеги вводили мышам инъекции, содержащие от одной до двух доз яда, соответствующих одному укусу пчелы, вызывая тем самым аллергические реакции у животных. Затем они вводили подопытным потенциально смертельные дозы, чтобы понаблюдать, повысит ли ответная реакция шансы мышей на выживание. Так и произошло. Более того, когда Галли его команда ввели антитела IgE мышам, которые раньше не подвергались воздействию яда, эти животные также оказались защищенными от потенциально опасной дозы.

Меджитов был в восторге, когда обнаружил работу Галли в том же номере журнала Immunity («Иммунитет»), в котором была опубликована его собственная статья. «Приятно было узнать, что кто-то пришел к тем же результатам, используя совершенно другую модель. Это обнадеживало», — сказал мне Меджитов.

И все же после всех экспериментов многие вопросы оставались без ответов. Каким именно образом вред, наносимый организму пчелиным ядом, ведет к выделению IgE? И как IgE защищает мышей? Именно на эти вопросы ищет сейчас ответы команда Меджитова. Он продемонстрировал мне некоторые эксперименты, когда я снова побывал у него в марте. Мы с трудом протиснулись мимо новой морозильной камеры, перегораживающей коридор, чтобы проникнуть в комнату, где его сотрудница Джейми Каллен проводит большую часть своего времени. Она поместила под микроскоп емкость с розовым сиропом и пригласила меня взглянуть. Я увидел целое сонмище тел, имевших форму дыни.

«Это именно те клетки, которые и создают все проблемы», — сказал Меджитов. Я смотрел на тучные клетки, основные агенты аллергических реакций. Каллен занимается изучением того, как антитела IgE вступают в столкновение с тучными клетками, побуждая их становиться восприимчивыми, а в некоторых случаях и сверхвосприимчивыми к аллергенам.

Сигнал тревоги для организма

Как предсказывает Меджитов, такие эксперименты покажут, что обнаружение аллергенов действует так же, как домашняя система охранной сигнализации: «Вы можете засечь грабителя не потому, что узнали его в лицо, а по разбитому окну», — объясняет он. Вред, причиненный аллергеном, возбуждает иммунную систему, которая собирает молекулы, находящиеся поблизости, и создает к ним антитела. Таким образом, преступник установлен и его можно будет скрутить, как только он попробует проникнуть в дом в следующий раз.

Аллергии становятся более понятными с точки зрения эволюции, если рассматривать их как своего рода домашнюю систему охранной сигнализации. Токсичные химические вещества, те же яды растений и животных, издавна угрожают здоровью человека. Аллергии обеспечивали защиту нашим предкам, вымывая эти вещества из организма. А тот дискомфорт, который наши предки испытывали, подвергаясь воздействию этих аллергенов, мог заставить их перебираться в более безопасные уголки среды их обитания.

В лаборатории Джейми Каллен стоит пластиковый ящик, в котором обитает пара мышей. В подвале здания хранятся дюжины других подобных ящиков. Некоторые из мышей – самые обыкновенные, другие – нет. Ученые из команды Меджитова с помощью методов генной инженерии лишили животных возможности производить IgE.

Меджитов и Каллен будут вести наблюдения за этими избавленными от аллергии мышами в течение следующей пары лет. Животные могут быть избавлены от страданий, связанных с сенной лихорадкой, вызванной пыльцой амброзии, которая неизбежно попадет в их ящики с потоками воздуха. Но, как предсказывает Меджитов, им придется хуже. Неспособные противостоять пыльце растений и другим аллергенам, они позволят токсичным молекулам беспрепятственно проникнуть в свой организм, где будет нанесен вред органам и тканям.

«Этого еще никто никогда не делал, поэтому мы не знаем, какими окажутся последствия», — говорит Меджитов. Но если его теория верна, эксперимент продемонстрирует, что аллергии оснащают нас невидимым щитом.

Как повезет…

Даже если эксперимент пройдет так, как ожидается, Меджитов не уверен, что его гипотезы по поводу аллергий так же быстро заслужат признание, как идеи, относящиеся к толл-подобным рецепторам. Представление о вреде аллергий слишком прочно укоренилась в умах врачей. «Приходится считаться с инерцией мышления», — говорит он.

Однако понимание целей, которым служат аллергии, может привести к кардинальным изменениям в подходах к их лечению. «Один из выводов из наших взглядов состоит в том, что любая попытка полностью блокировать аллергическую защиту – это плохая идея», — говорит Меджитов. Вместо этого аллергологам следовало бы выяснить, почему у меньшинства людей защитные реакции приводят к сверхчувствительности. «Это так же, как с болью, — продолжает Меджитов. – Нормальная боль – это благо. Избыточная боль – беда».

Пока же Меджитов был бы доволен, если бы удалось убедить людей не относиться к аллергиям, как к болезни, несмотря на все страдания, которые они причиняют. «Вы чихаете, чтобы защитить себя. А то, что вам не нравится чихать, это уж простое невезение, — говорит он, слегка пожимая плечами. – Эволюции нет дела до ваших чувств».

История клеточной биологии

Теория клетки или доктрина клетки утверждает, что все организмы состоят из одинаковых единиц организации, называемых клетками. Эта концепция была официально сформулирована в 1839 году Шлейденом и Шванном и остается основой современной биологии. Эта идея предшествовала другим великим парадигмам биологии, включая теорию эволюции Дарвина (1859 г.), законы наследования Менделя (1865 г.) и создание сравнительной биохимии (1940 г.).

Первые клетки в Корке

В то время как изобретение телескопа сделало Космос доступным для человеческого наблюдения, микросопы открыли меньшие миры, показывая, из чего состоят живые формы. Впервые келья была обнаружена и названа Робертом Гуком в 1665 году. Он заметил, что она странно похожа на целлюлу или небольшие комнаты, в которых жили монахи, отсюда и название. Однако на самом деле Гук увидел мертвые клеточные стенки растительных клеток (пробку), как они выглядели под микроскопом.Описание этих клеток Гуком было опубликовано в Micrographia . Клеточные стенки, наблюдаемые Гуком, не указывали на ядро ​​и другие органеллы, обнаруженные в большинстве живых клеток. Первым человеком, который увидел живую клетку под микроскопом, был Антон ван Левенгук, который в 1674 году описал водоросль спирогира. Ван Левенгук, вероятно, тоже видел бактерии.

Формулировка теории клетки

В 1838 году Теодор Шванн и Матиас Шлейден наслаждались послеобеденным кофе и рассказывали о своих исследованиях клеток.Было высказано предположение, что, когда Шванн услышал, как Шлейден описывает растительные клетки с ядрами, он был поражен сходством этих растительных клеток с клетками, которые он наблюдал в тканях животных. Двое ученых немедленно отправились в лабораторию Шванна, чтобы посмотреть на его слайды. В следующем году Шванн опубликовал свою книгу о клетках животных и растений (Schwann 1839), трактат, лишенный признательности за чей-либо вклад, в том числе за вклад Шлейдена (1838). Он суммировал свои наблюдения в трех выводах о клетках:

  1. Клетка — это единица структуры, физиологии и организации живых существ.
  2. Клетка сохраняет двойное существование как отдельный объект и строительный блок в построении организмов.
  3. Клетки образуются путем образования свободных клеток, подобно образованию кристаллов (спонтанное образование).

Сегодня мы знаем, что первые два постулата верны, а третий явно неверен. Правильная интерпретация образования клеток путем деления была наконец продвинута другими и официально сформулирована в мощном изречении Рудольфа Вирхова Omnis cellula e cellula : «Все клетки возникают только из уже существующих клеток».

Современная теория клеток

  1. Все известные живые существа состоят из клеток.
  2. Клетка — структурная и функциональная единица всего живого.
  3. Все клетки происходят из уже существующих клеток путем деления. (Самозарождение не происходит).
  4. Cells содержит наследственную информацию, которая передается от клетки к клетке во время деления клетки.
  5. Все элементы в основном одинаковы по химическому составу.
  6. Весь поток энергии (метаболизм и биохимия) жизни происходит внутри клеток.

Как и в связи с быстрым ростом молекулярной биологии в середине 20-го века, исследования клеточной биологии резко расширились в 1950-х годах. Стало возможным поддерживать, выращивать и манипулировать клетками вне живых организмов. Первая непрерывная клеточная линия, культивированная таким образом, была получена в 1951 году Джорджем Отто Гаем и его сотрудниками из клеток рака шейки матки, взятых у Генриетты Лакс, которая умерла от рака в 1951 году. Клеточная линия, которая в конечном итоге была названа клетками HeLa, были водоразделом в изучении клеточной биологии в том смысле, что структура ДНК стала значительным прорывом в молекулярной биологии.

В ходе лавины прогресса в изучении клеток следующее десятилетие включало определение минимальных требований к среде для клеток и разработку методов культивирования стерильных клеток. Этому также способствовали предшествующие достижения в электронной микроскопии, а также более поздние достижения, такие как разработка методов трансфекции, открытие зеленого флуоресцентного белка у медуз и открытие малой интерферирующей РНК (миРНК), среди прочего.

Изучение структуры и функций клеток продолжается и сегодня в области биологии, известной как цитология.Достижения в оборудовании, включая цитологические микроскопы и реактивы, позволили этой области прогрессировать, особенно в клинических условиях.

A Временная шкала

1595 — Янсену принадлежит 1-й составной микроскоп
1655 — Гук описал «клетки» в пробке.
1674 — Левенгук открыл простейшие. Примерно 9 лет спустя он увидел бактерии.
1833 — Браун описал клеточное ядро ​​в клетках орхидеи.
1838 — Шлейден и Шванн предложили клеточную теорию.
1840 — Альбрехт фон Ролликер понял, что сперматозоиды и яйцеклетки также являются клетками.
1856 — Н. Прингсхайм наблюдал, как сперматозоид проникает в яйцеклетку.
1858 — Рудольф Вирхов (врач, патолог и антрополог) излагает свой знаменитый вывод: omnis cellula e cellula , то есть клетки развиваются только из существующих клеток [клетки происходят из уже существующих клеток]
1857 — Колликер описал митохондрии.
1879 — Флемминг описал поведение хромосом во время митоза.
1883 — Зародышевые клетки гаплоидные, хромосомная теория наследственности.
1898 — Гольджи описал аппарат Гольджи.
1938 — Беренс использовал дифференциальное центрифугирование для отделения ядер от цитоплазмы.
1939 — Компания «Сименс» выпустила первый коммерческий просвечивающий электронный микроскоп.
1952 — Гей и его сотрудники создали непрерывную линию клеток человека.
1955 — Игл систематически определял потребности животных клеток в питательных веществах в культуре.
1957 — Мезельсон, Шталь и Виноград разработали центрифугирование в градиенте плотности в растворах хлорида цезия для разделения нуклеиновых кислот.
1965 — Хэм представил определенную бессывороточную среду. Cambridge Instruments выпустила первый коммерческий растровый электронный микроскоп.
1976 — Сато и его коллеги публикуют статьи, показывающие, что разные клеточные линии требуют разных смесей гормонов и факторов роста в бессывороточной среде.
1981 — Получены трансгенные мыши и плодовые мухи. Создана линия эмбриональных стволовых клеток мыши.
1995 — Цзянь идентифицирует мутант GFP с улучшенными спектральными свойствами
1998 — Мышей клонируют из соматических клеток.
1999 — Гамильтон и Баулкомб открывают миРНК как часть посттранскрипционного сайленсинга генов (PTGS) в растениях

Артикул:

Вам это помогло? Тогда поделитесь, пожалуйста, со своей сетью.

История клетки: открытие клетки

Хотя внешне они очень разные, внутри слон, подсолнух и амеба состоят из одних и тех же строительных блоков. От отдельных клеток, составляющих самые основные организмы, до триллионов клеток, составляющих сложную структуру человеческого тела, каждое живое существо на Земле состоит из клеток.Эта идея, часть теории клетки, является одним из центральных элементов биологии. Теория клеток также утверждает, что клетки являются основной функциональной единицей живых организмов и что все клетки происходят из других клеток. Хотя сегодня это знание является основополагающим, ученые не всегда знали о клетках.

Открытие клетки было бы невозможным, если бы не достижения микроскопа. Заинтересованный в изучении микроскопического мира ученый Роберт Гук в 1665 году улучшил конструкцию существующего составного микроскопа.В его микроскопе использовались три линзы и сценический свет, которые освещали и увеличивали образцы. Эти достижения позволили Гуку увидеть нечто удивительное, когда он поместил кусок пробки под микроскоп. Гук подробно описал свои наблюдения за этим крошечным и ранее невидимым миром в своей книге Micrographia . Для него пробка выглядела так, как если бы она была сделана из крошечных пор, которые он назвал «клетками», потому что они напоминали ему кельи в монастыре.

Наблюдая за клетками пробки, Гук отметил в Micrographia , что «я мог очень ясно представить, что она вся перфорированная и пористая, очень похожая на соты, но поры в ней нерегулярные… эти поры или клетки… действительно были первыми микроскопическими порами, которые я когда-либо видел, и, возможно, когда-либо видел, потому что я не встречал ни одного Писателя или Человека, которые упоминали бы о них до этого… »

Вскоре после открытия Гука голландский ученый Антони ван Левенгук обнаружил другие скрытые, крохотные организмы — бактерии и простейшие.Неудивительно, что ван Левенгук сделал такое открытие. Он был мастером в изготовлении микроскопов и усовершенствовал конструкцию простого микроскопа (у которого была только одна линза), что позволило ему увеличивать объект примерно в двести — триста раз от его первоначального размера. В эти микроскопы ван Левенгук увидел бактерии и простейшие, но он назвал этих крошечных существ «анималкулами».

Ван Левенгук был очарован. Он был первым, кто наблюдал и описывал сперматозоиды в 1677 году.Он даже взглянул на бляшку между зубами под микроскопом. В письме в Королевское общество он писал: «Тогда я почти всегда с большим удивлением видел, что в упомянутом вопросе было много очень маленьких живых животных, которые очень мило двигались».

В девятнадцатом веке биологи начали более пристально изучать ткани животных и растений, совершенствуя клеточную теорию. Ученые легко могли сказать, что растения полностью состоят из клеток благодаря их клеточной стенке.Однако это было не так очевидно для клеток животных, у которых отсутствует клеточная стенка. Многие ученые считали, что животные состоят из «шариков».

Немецкие ученые Теодор Шванн и Маттиас Шлейден изучали клетки животных и растений соответственно. Эти ученые определили ключевые различия между двумя типами клеток и выдвинули идею о том, что клетки являются фундаментальными единицами как растений, так и животных.

Однако Шванн и Шлейден неправильно поняли, как растут клетки.Шлейден считал, что клетки «засеваются» ядром и растут оттуда. Точно так же Шванн утверждал, что клетки животных «кристаллизовались» из материала между другими клетками. В конце концов, другие ученые начали открывать правду. Еще одна часть головоломки клеточной теории была определена Рудольфом Вирховым в 1855 году, который заявил, что все клетки генерируются существующими клетками.

На рубеже веков внимание начало переключаться на цитогенетику, целью которой было связать изучение клеток с изучением генетики.В 1880-х годах Уолтер Саттон и Теодор Бовери были ответственны за определение хромосомы как центра наследственности, навсегда связав генетику и цитологию. Более поздние открытия еще больше подтвердили и укрепили роль клетки в наследственности, например, исследования Джеймса Уотсона и Фрэнсиса Крика по структуре ДНК.

Открытие клетки продолжало оказывать влияние на науку сто лет спустя, с открытием стволовых клеток, недифференцированных клеток, которым еще предстоит развиться в более специализированные клетки.Ученые начали получать эмбриональные стволовые клетки от мышей в 1980-х, а в 1998 году Джеймс Томсон выделил человеческие эмбриональные стволовые клетки и разработал клеточные линии. Затем его работа была опубликована в статье в журнале Science . Позже было обнаружено, что взрослые ткани, обычно кожа, могут быть перепрограммированы в стволовые клетки и затем образовывать другие типы клеток. Эти клетки известны как индуцированные плюрипотентные стволовые клетки. Стволовые клетки сейчас используются для лечения многих заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера и болезни сердца.

Открытие клетки оказало гораздо большее влияние на науку, чем Гук мог когда-либо мечтать в 1665 году. Помимо фундаментального понимания строительных блоков всех живых организмов, открытие клетки привело к прогрессу в медицинские технологии и лечение. Сегодня ученые работают над персонализированной медициной, которая позволит нам выращивать стволовые клетки из наших собственных клеток, а затем использовать их для понимания процессов болезни. Все это и многое другое выросло из одного наблюдения клетки в пробке.

Происхождение и эволюция клеток — Клетка

Клетки делятся на два основных класса, изначально определяемых по тому, содержат ли они ядро. У прокариотических клеток (бактерий) отсутствует ядерная оболочка; эукариотические клетки имеют ядро, в котором генетический материал отделен от цитоплазмы. Прокариотические клетки обычно меньше и проще эукариотических клеток; в дополнение к отсутствию ядра их геномы менее сложны и не содержат цитоплазматических органелл или цитоскелета ().Несмотря на эти различия, одни и те же основные молекулярные механизмы управляют жизнями прокариот и эукариот, что указывает на то, что все современные клетки произошли от одного изначального предка. Как развивалась эта первая клетка? И как развивались сложность и разнообразие современных клеток?

Первая клетка

Похоже, что жизнь впервые возникла не менее 3,8 миллиарда лет назад, примерно через 750 миллионов лет после образования Земли (). Как возникла жизнь и как возникла первая клетка, являются предметом предположений, поскольку эти события невозможно воспроизвести в лаборатории.Тем не менее, несколько типов экспериментов предоставляют важные доказательства, относящиеся к некоторым этапам процесса.

Рисунок 1.1

Временной масштаб эволюции. Шкала указывает приблизительное время, в которое, как полагают, произошли некоторые из основных событий в эволюции клеток.

Впервые в 1920-х годах было высказано предположение, что простые органические молекулы могут образовываться и спонтанно полимеризоваться в макромолекулы в условиях, которые, как считается, существуют в примитивной атмосфере Земли.Считается, что в то время, когда возникла жизнь, атмосфера Земли содержала мало или совсем не содержала свободного кислорода, вместо этого состояла в основном из CO 2 и N 2 в дополнение к меньшим количествам газов, таких как H 2 , H . 2 S и CO. Такая атмосфера обеспечивает восстановительные условия, в которых органические молекулы при наличии источника энергии, такого как солнечный свет или электрический разряд, могут образовываться самопроизвольно. Самопроизвольное образование органических молекул было впервые продемонстрировано экспериментально в 1950-х годах, когда Стэнли Миллер (тогда еще аспирант) показал, что разряд электрических искр в смесь H 2 , CH 4 и NH 3 , в присутствии воды приводил к образованию множества органических молекул, в том числе нескольких аминокислот ().Хотя эксперименты Миллера не воспроизводили в точности условия примитивной Земли, они ясно продемонстрировали правдоподобность спонтанного синтеза органических молекул, обеспечивающих основные материалы, из которых возникли первые живые организмы.

Рисунок 1.2

Спонтанное образование органических молекул. Водяной пар пропускали через атмосферу, состоящую из CH 4 , NH 3 и H 2 , в которую разряжались электрические искры.Анализ продуктов реакции показал образование множества органических молекул, (подробнее …)

Следующим шагом в эволюции стало образование макромолекул. Было продемонстрировано, что мономерные строительные блоки макромолекул самопроизвольно полимеризуются в вероятных пребиотических условиях. Например, нагревание сухих смесей аминокислот приводит к их полимеризации с образованием полипептидов. Но важнейшей характеристикой макромолекулы, из которой произошла жизнь, должна была быть способность воспроизводить себя.Только макромолекула, способная управлять синтезом новых копий самой себя, была бы способна к воспроизводству и дальнейшей эволюции.

Из двух основных классов информационных макромолекул в современных клетках (нуклеиновые кислоты и белки) только нуклеиновые кислоты способны управлять собственной саморепликацией. Нуклеиновые кислоты могут служить матрицами для их собственного синтеза в результате специфического спаривания оснований между комплементарными нуклеотидами (). Таким образом, критический шаг в понимании молекулярной эволюции был достигнут в начале 1980-х, когда в лабораториях Сида Альтмана и Тома Чеха было обнаружено, что РНК способна катализировать ряд химических реакций, включая полимеризацию нуклеотидов.Таким образом, РНК уникально способна служить матрицей для собственной репликации и катализировать ее. Следовательно, обычно считается, что РНК была исходной генетической системой, и ранняя стадия химической эволюции, как полагают, была основана на самовоспроизводящихся молекулах РНК — период эволюции, известный как мир РНК . Упорядоченные взаимодействия между РНК и аминокислотами затем эволюционировали в современный генетический код, а ДНК в конечном итоге заменила РНК в качестве генетического материала.

Рисунок 1.3

Саморепликация РНК. Комплементарное спаривание между нуклеотидами (аденин [A] с урацилом [U] и гуанин [G] с цитозином [C]) позволяет одной цепи РНК служить матрицей для синтеза новой цепи с комплементарной последовательностью.

Предполагается, что первая клетка возникла в результате включения самореплицирующейся РНК в мембрану, состоящую из фосфолипидов (). Как подробно обсуждается в следующей главе, фосфолипиды являются основными компонентами всех современных биологических мембран, включая плазматические мембраны как прокариотических, так и эукариотических клеток.Ключевой характеристикой фосфолипидов, образующих мембраны, является то, что они являются амфипатическими молекулами, что означает, что одна часть молекулы растворима в воде, а другая — нет. Фосфолипиды имеют длинные нерастворимые в воде (гидрофобные) углеводородные цепи, соединенные с водорастворимыми (гидрофильными) головными группами, которые содержат фосфат. При помещении в воду фосфолипиды спонтанно объединяются в бислой, причем их фосфатсодержащие головные группы снаружи находятся в контакте с водой, а их углеводородные хвосты внутри контактируют друг с другом.Такой бислой фосфолипидов образует устойчивый барьер между двумя водными отсеками, например, отделяя внутреннюю часть клетки от ее внешней среды.

Рисунок 1.4

Заключение самореплицирующейся РНК в фосфолипидную мембрану. Считается, что первая клетка возникла в результате включения самореплицирующейся РНК и связанных молекул в мембрану, состоящую из фосфолипидов. Каждая молекула фосфолипида имеет две длинные гидрофобные (подробнее …)

Заключение самореплицирующейся РНК и связанных молекул в фосфолипидную мембрану, таким образом, поддерживало бы их как единое целое, способное к самовоспроизведению и дальнейшей эволюции.РНК-управляемый синтез белка, возможно, уже развился к этому времени, и в этом случае первая клетка состояла бы из самореплицирующейся РНК и кодируемых ею белков.

Эволюция метаболизма

Поскольку клетки возникли в море органических молекул, они могли получать пищу и энергию непосредственно из окружающей среды. Но такая ситуация является самоограничивающей, поэтому клеткам необходимо было разработать свои собственные механизмы для генерации энергии и синтеза молекул, необходимых для их репликации.Генерация и контролируемое использование метаболической энергии является центральным элементом всей клеточной активности, а основные пути энергетического метаболизма (подробно обсуждаемые в главе 2) в современных клетках в высокой степени сохранены. Все клетки используют аденозин 5, -трифосфат (АТФ) в качестве источника метаболической энергии для управления синтезом компонентов клетки и выполнения других энергозатратных действий, таких как движение (например, сокращение мышц). Считается, что механизмы, используемые клетками для генерации АТФ, эволюционировали в три стадии, соответствующие эволюции гликолиза, фотосинтеза и окислительного метаболизма (2).Развитие этих метаболических путей изменило атмосферу Земли, тем самым изменив ход дальнейшей эволюции.

Рисунок 1.5

Выработка метаболической энергии. Гликолиз — это анаэробный распад глюкозы до молочной кислоты. Фотосинтез использует энергию солнечного света для синтеза глюкозы из CO 2 и H 2 O с высвобождением O 2 в качестве побочного продукта. O 2 , выпущенный (подробнее …)

В первоначально анаэробной атмосфере Земли первые реакции генерации энергии предположительно включали разрушение органических молекул в отсутствие кислорода.Эти реакции, вероятно, были формой современного гликолиза — анаэробного разложения глюкозы до молочной кислоты с чистым приростом энергии двух молекул АТФ. Помимо использования АТФ в качестве источника внутриклеточной химической энергии, все современные клетки осуществляют гликолиз, что согласуется с представлением о том, что эти реакции возникли на очень ранней стадии эволюции.

Гликолиз обеспечивает механизм, с помощью которого энергия в предварительно сформированных органических молекулах (например, глюкоза) может быть преобразована в АТФ, который затем может быть использован в качестве источника энергии для запуска других метаболических реакций.Обычно считается, что развитие фотосинтеза было следующим важным этапом эволюции, который позволил клетке использовать энергию солнечного света и обеспечил независимость от использования предварительно сформированных органических молекул. Первые фотосинтезирующие бактерии, появившиеся более 3 миллиардов лет назад, вероятно, использовали H 2 S для преобразования CO 2 в органические молекулы — путь фотосинтеза, который до сих пор используется некоторыми бактериями. Использование H 2 O в качестве донора электронов и водорода для преобразования CO 2 в органические соединения появилось позже и имело важное последствие изменения атмосферы Земли.Использование H 2 O в реакциях фотосинтеза дает свободный от побочных продуктов O 2 ; Полагают, что этот механизм был ответственен за то, что O 2 было в большом количестве в атмосфере Земли.

Высвобождение O 2 в результате фотосинтеза изменило среду, в которой развивались клетки, и, как принято считать, привело к развитию окислительного метаболизма . В качестве альтернативы, окислительный метаболизм мог развиться до фотосинтеза, с увеличением атмосферного O 2 , что обеспечивало сильное селективное преимущество для организмов, способных использовать O 2 в реакциях производства энергии.В любом случае O 2 представляет собой молекулу с высокой реакционной способностью, и окислительный метаболизм, использующий эту реактивность, обеспечил механизм выработки энергии из органических молекул, который намного более эффективен, чем анаэробный гликолиз. Например, полный окислительный распад глюкозы до CO 2 и H 2 O дает энергию, эквивалентную энергии от 36 до 38 молекул АТФ, в отличие от 2 молекул АТФ, образованных анаэробным гликолизом. За некоторыми исключениями, современные клетки используют окислительные реакции в качестве основного источника энергии.

Современные прокариоты

Современные прокариоты, которые включают в себя все различные типы бактерий, делятся на две группы — архебактерии и эубактерии, которые разошлись на раннем этапе эволюции. Некоторые архебактерии живут в экстремальных условиях, которые сегодня необычны, но, возможно, были распространены на примитивной Земле. Например, термоацидофилы живут в горячих серных источниках с температурами до 80 ° C и значениями pH до 2. Эубактерии включают обычные формы современных бактерий — большую группу организмов, обитающих в самых разных средах. , включая почву, воду и другие организмы (например,g., патогены человека).

Большинство бактериальных клеток имеют сферическую, палочковидную или спиралевидную форму диаметром от 1 до 10 мкм. Их содержание ДНК колеблется от 0,6 миллиона до 5 миллионов пар оснований, количества, достаточного для кодирования примерно 5000 различных белков. Самые крупные и сложные прокариоты — это цианобактерии, бактерии, у которых фотосинтез развился.

Структура типичной прокариотической клетки иллюстрируется Escherichia coli (E. coli), обычным обитателем кишечного тракта человека ().Ячейка имеет форму стержня, диаметром около 1 мкм и длиной около 2 мкм. Как и большинство других прокариот, E. coli окружена жесткой клеточной стенкой, состоящей из полисахаридов и пептидов. Внутри клеточной стенки находится плазматическая мембрана, которая представляет собой бислой фосфолипидов и связанных белков. В то время как клеточная стенка пористая и легко проникает через множество молекул, плазматическая мембрана обеспечивает функциональное разделение между внутренней частью клетки и ее внешней средой. ДНК E . coli представляет собой одиночную кольцевую молекулу в нуклеоиде, которая, в отличие от ядра эукариот, не окружена мембраной, отделяющей ее от цитоплазмы. Цитоплазма содержит приблизительно 30 000 рибосом (участков синтеза белка), что объясняет ее зернистый вид.

Рисунок 1.6

Электронная микрофотография E. coli . Клетка окружена клеточной стенкой, внутри которой находится плазматическая мембрана. ДНК находится в нуклеоиде.(Менге и Вуртц / Biozentrum, Базельский университет / Библиотека научных фотографий / Photo Researchers, Inc.)

Эукариотические клетки

Как и прокариотические клетки, все эукариотические клетки окружены плазматическими мембранами и содержат рибосомы. Однако эукариотические клетки намного сложнее и содержат ядро, множество цитоплазматических органелл и цитоскелет (). Самая крупная и наиболее заметная органелла эукариотических клеток — это ядро ​​диаметром примерно 5 мкм. Ядро содержит генетическую информацию клетки, которая у эукариот организована в виде линейных, а не кольцевых молекул ДНК.Ядро — это место репликации ДНК и синтеза РНК; трансляция РНК в белки происходит на рибосомах в цитоплазме.

Рисунок 1.7

Структуры клеток животных и растений. И животные, и растительные клетки окружены плазматической мембраной и содержат ядро, цитоскелет и множество цитоплазматических органелл. Клетки растений также окружены клеточной стенкой и содержат хлоропласты (подробнее …)

Помимо ядра, эукариотические клетки содержат множество заключенных в мембрану органелл в своей цитоплазме.Эти органеллы представляют собой компартменты, в которых локализованы различные метаболические активности. Эукариотические клетки, как правило, намного больше прокариотических клеток, часто их объем по крайней мере в тысячу раз больше. Компартментализация, обеспечиваемая цитоплазматическими органеллами, — это то, что позволяет эукариотическим клеткам эффективно функционировать. Две из этих органелл, митохондрии и хлоропласты, играют решающую роль в энергетическом обмене. Митохондрии, которые находятся почти во всех эукариотических клетках, являются участками окислительного метаболизма и, таким образом, ответственны за выработку большей части АТФ, полученного при распаде органических молекул.Хлоропласты являются участками фотосинтеза и находятся только в клетках растений и зеленых водорослей. Лизосомы и пероксисомы также обеспечивают специализированные метаболические компартменты для переваривания макромолекул и различных окислительных реакций соответственно. Кроме того, большинство растительных клеток содержат большие вакуоли, которые выполняют множество функций, включая переваривание макромолекул и хранение продуктов жизнедеятельности и питательных веществ.

Из-за размера и сложности эукариотических клеток транспортировка белков к их правильным местам внутри клетки является сложной задачей.Две цитоплазматические органеллы, эндоплазматический ретикулум и аппарат Гольджи, специально предназначены для сортировки и транспорта белков, предназначенных для секреции, включения в плазматическую мембрану и включения в лизосомы. Эндоплазматический ретикулум — это обширная сеть внутриклеточных мембран, простирающаяся от ядерной мембраны по всей цитоплазме. Он функционирует не только для обработки и транспортировки белков, но и для синтеза липидов. Из эндоплазматического ретикулума белки транспортируются в небольших мембранных пузырьках к аппарату Гольджи, где они обрабатываются и сортируются для транспортировки к конечному пункту назначения.В дополнение к этой роли в транспорте белка, аппарат Гольджи служит местом синтеза липидов и (в клетках растений) местом синтеза некоторых полисахаридов, составляющих клеточную стенку.

Эукариотические клетки имеют другой уровень внутренней организации: цитоскелет, сеть белковых нитей, простирающихся по всей цитоплазме. Цитоскелет обеспечивает структурный каркас клетки, определяя форму клетки и общую организацию цитоплазмы.Кроме того, цитоскелет отвечает за движения целых клеток (например, сокращение мышечных клеток), а также за внутриклеточный транспорт и расположение органелл и других структур, включая движения хромосом во время деления клеток.

Эукариоты появились, по крайней мере, 2,7 миллиарда лет назад, после 1–1,5 миллиарда лет эволюции прокариот. Исследования их последовательностей ДНК показывают, что архебактерии и эубактерии так же отличаются друг от друга, как и те, и другие от современных эукариот.Следовательно, очень ранним событием в эволюции, по-видимому, было расхождение трех линий происхождения от общего предка, в результате чего появились современные архебактерии, эубактерии и эукариоты. Интересно, что многие гены архебактерий больше похожи на гены эукариот, чем на гены эубактерий, что указывает на то, что архебактерии и эукариоты имеют общую линию эволюционного происхождения и более тесно связаны друг с другом, чем с эубактериями (2).

Рисунок 1.8

Эволюция клеток. Современные клетки произошли от общего прокариотического предка по трем линиям происхождения, дав начало архебактериям, эубактериям и эукариотам. Митохондрии и хлоропласты возникли в результате эндосимбиотической ассоциации аэробных (подробнее …)

Критическим шагом в эволюции эукариотических клеток было приобретение заключенных в мембраны субклеточных органелл, что позволило развить сложность, характерную для этих клеток. Считается, что органеллы были получены в результате ассоциации прокариотических клеток с предками эукариот.

Гипотеза о том, что эукариотические клетки произошли от симбиотической ассоциации прокариот — эндосимбиоза, особенно хорошо подтверждается исследованиями митохондрий и хлоропластов, которые, как считается, произошли от бактерий, живущих в больших клетках. И митохондрии, и хлоропласты похожи на бактерии по размеру и, как и бактерии, размножаются, делясь на две части. Что наиболее важно, и митохондрии, и хлоропласты содержат собственную ДНК, которая кодирует некоторые из их компонентов. Митохондриальная и хлоропластная ДНК реплицируются каждый раз, когда органелла делится, а гены, которые они кодируют, транскрибируются внутри органеллы и транслируются на рибосомах органелл.Таким образом, митохондрии и хлоропласты содержат свои собственные генетические системы, отличные от ядерного генома клетки. Кроме того, рибосомы и рибосомные РНК этих органелл более близки к таковым бактерий, чем к тем, которые кодируются ядерными геномами эукариот.

В настоящее время общепринято эндосимбиотическое происхождение этих органелл, при этом считается, что митохондрии произошли от аэробных бактерий, а хлоропласты — от фотосинтезирующих бактерий, таких как цианобактерии.Приобретение аэробных бактерий предоставило бы анаэробной клетке способность осуществлять окислительный метаболизм. Приобретение фотосинтезирующих бактерий обеспечило бы пищевую независимость, предоставляемую способностью осуществлять фотосинтез. Таким образом, эти эндосимбиотические ассоциации были очень выгодны для своих партнеров и были выбраны в ходе эволюции. Со временем большинство генов, изначально присутствовавших в этих бактериях, по-видимому, стало частью ядерного генома клетки, поэтому только несколько компонентов митохондрий и хлоропластов все еще кодируются геномами органелл.

Развитие многоклеточных организмов

Многие эукариоты — одноклеточные организмы, которые, как и бактерии, состоят только из одиночных клеток, способных к самовоспроизведению. Самые простые эукариоты — это дрожжи. Дрожжи сложнее бактерий, но намного меньше и проще, чем клетки животных или растений. Например, обычно изучаемые дрожжи Saccharomyces cerevisiae имеют диаметр около 6 мкм и содержат 12 миллионов пар оснований ДНК (). Однако другие одноклеточные эукариоты представляют собой гораздо более сложные клетки, некоторые из которых содержат столько же ДНК, сколько и человеческие клетки ().К ним относятся организмы, специализирующиеся на выполнении множества задач, включая фотосинтез, движение, а также захват и употребление других организмов в пищу. Amoeba proteus , например, представляет собой большую сложную клетку. Его объем более чем в 100 000 раз превышает объем E . coli, и его длина может превышать 1 мм, когда ячейка полностью выдвинута (). Амебы — очень подвижные организмы, которые используют расширения цитоплазмы, называемые псевдоподиями , для перемещения и поглощения других организмов, включая бактерии и дрожжи, в качестве пищи.Другие одноклеточные эукариоты (зеленые водоросли) содержат хлоропласты и способны осуществлять фотосинтез.

Рис. 1.9

Микрофотография с помощью сканирующего электронного микроскопа Saccharomyces cerevisiae . На микрофотографию добавлен искусственный цвет. (Эндрю Сайед / Science Photo Library / Photo Researchers, Inc.)

Рис. 1.10

Световая микрофотография Amoeba proteus . (М. И. Уокер / Photo Researchers, Inc.)

Многоклеточные организмы произошли от одноклеточных эукариот как минимум 1.7 миллиардов лет назад. Некоторые одноклеточные эукариоты образуют многоклеточные агрегаты, которые, по-видимому, представляют собой эволюционный переход от одиночных клеток к многоклеточным организмам. Например, клетки многих водорослей (например, зеленая водоросль , Volvox ) связываются друг с другом, образуя многоклеточные колонии (), которые, как считается, были эволюционными предшественниками современных растений. Затем возрастающая специализация клеток привела к переходу от колониальных агрегатов к действительно многоклеточным организмам.Продолжающаяся клеточная специализация и разделение труда между клетками организма привели к сложности и разнообразию, наблюдаемым во многих типах клеток, из которых состоят современные растения и животных, включая людей.

Рисунок 1.11

Колониальные зеленые водоросли. Отдельные клетки Volvox образуют колонии, состоящие из полых шариков, в которых сотни или тысячи клеток погружены в студенистый матрикс. (Cabisco / Visuals Unlimited.)

Растения состоят из меньшего количества типов клеток, чем животные, но каждый отдельный вид растительной клетки специализируется на выполнении определенных задач, требуемых организмом в целом ().Клетки растений организованы в три основные тканевые системы: наземная ткань, кожная ткань и сосудистая ткань. Земляная ткань содержит клетки паренхимы, которые осуществляют большинство метаболических реакций растения, включая фотосинтез. Земляная ткань также содержит два специализированных типа клеток ( клетки колленхимы, и клетки склеренхимы), которые характеризуются толстыми клеточными стенками и обеспечивают структурную поддержку растения. Кожная ткань покрывает поверхность растения и состоит из клеток эпидермиса, которые образуют защитную оболочку и позволяют поглощать питательные вещества.Наконец, несколько типов удлиненных клеток образуют сосудистую систему (ксилему и флоэму), которая отвечает за транспортировку воды и питательных веществ по всему растению.

Рисунок 1.12

Световые микрофотографии типичных растительных клеток. (A) Клетки паренхимы, которые отвечают за фотосинтез и другие метаболические реакции. (B) Клетки колленхимы, которые специализируются на поддержке и имеют утолщенные клеточные стенки. (C) Эпидермальные клетки (подробнее …)

Клетки животных значительно более разнообразны, чем клетки растений.Человеческое тело, например, состоит из более чем 200 различных типов клеток, которые обычно считаются компонентами пяти основных типов тканей: эпителиальной ткани, соединительной ткани, крови, нервной ткани и мышц (). Эпителиальные клетки образуют листы, которые покрывают поверхность тела и выстилают внутренние органы. Существует много различных типов эпителиальных клеток, каждый из которых специализируется на определенной функции, включая защиту (кожа), абсорбцию (например, клетки, выстилающие тонкий кишечник) и секрецию (например, клетки, выстилающие тонкую кишку).g., клетки слюнной железы). Соединительные ткани включают кость, хрящ и жировую ткань, каждая из которых образована разными типами клеток (остеобластами, хондроцитами и адипоцитами соответственно). Рыхлая соединительная ткань, которая лежит в основе эпителиальных слоев и заполняет промежутки между органами и тканями в организме, образована клетками другого типа — фибробластами. Кровь содержит несколько различных типов клеток, которые участвуют в транспорте кислорода (красные кровяные тельца или эритроциты), воспалительных реакциях ( гранулоцитов , моноцитов и макрофаги) и иммунном ответе (лимфоциты).Нервная ткань состоит из нервных клеток или нейронов, которые очень специализированы для передачи сигналов по всему телу. Различные типы сенсорных клеток, такие как клетки глаза и уха, дополнительно специализируются на получении внешних сигналов из окружающей среды. Наконец, за производство силы и движения отвечают несколько различных типов мышечных клеток.

Рис. 1.13

Световые микрофотографии типичных животных клеток. (A) Эпителиальные клетки ротовой полости (толстый многослойный лист), желчных протоков и кишечника.(B) Фибробласты — это клетки соединительной ткани, характеризующиеся удлиненной формой веретена. (C) Эритроциты, (подробнее …)

Эволюция животных явно включала развитие значительного разнообразия и специализации на клеточном уровне. Понимание механизмов, которые контролируют рост и дифференциацию такого сложного набора специализированных клеток, начиная с одной оплодотворенной яйцеклетки, является одной из основных задач, стоящих перед современной клеточной и молекулярной биологией.

Новые интересные функции Google — динамическая электронная почта, просмотр истории редактирования ячеек и быстрое сравнение документов

Gmail: динамическая электронная почта

Теперь вы можете выполнять действия в сообщении электронной почты в самом сообщении (эта функция аналогична комментированию в Документах Google).Если кто-то упомянет вас в комментарии, вы увидите это в Gmail и сможете сразу же ответить или разрешить комментарий.

Это называется динамической электронной почтой, потому что вы можете видеть самую последнюю информацию в цепочке, а не статическое электронное сообщение, которое со временем устареет.

Чтобы просмотреть динамическую электронную почту и узнать, как она работает, посетите блог Google.

Таблицы: просмотр истории редактирования ячейки

Любители электронных таблиц будут в восторге от этого! Возможно, вы видели всплывающее уведомление в Таблицах, сообщающее, что теперь вы можете просматривать историю редактирования ячейки.Просмотр истории изменений всего листа удобен, но просмотр истории изменений для конкретной ячейки меняет правила игры!

Просто щелкните правой кнопкой мыши ячейку на листе и выберите в меню «Показать историю изменений». Такие вещи, как добавление, редактирование или удаление содержимого, изменение формулы, а также добавление, редактирование или удаление ссылок, считаются изменениями, которые будут отслеживаться. (Некоторые действия могут не отображаться в истории изменений, например добавленные или удаленные строки или столбцы, изменения форматирования или изменения, внесенные с помощью формул.)

Документы: быстрое сравнение документов

Теперь вы можете быстро и легко сравнить два разных документа. Google сравнит два документа и создаст новый документ, в котором будут показаны все существующие предложенные изменения из обоих документов одновременно.

Чтобы использовать эту функцию, откройте любой документ и на панели инструментов выберите Инструменты> Сравнить документы. Нажмите «Выбрать документ», чтобы выбрать второй документ Google для сравнения. В поле «Атрибут различия для» введите имя пользователя, который будет отмечен как автор предлагаемых изменений.

Дополнительную информацию можно найти в блоге Google G Suite Updates.

Чтобы получить помощь по использованию любой из этих новых функций, обратитесь в службу поддержки по телефону (208) 426-4357 или по электронной почте [email protected]

Безумная история теории клетки

Дурацкая история теории клетки (2012) Лорен Роял-Вудс (TED Ed) (6:11 мин.).

Когда вы слышите слово «ученый», о чем вы думаете? Человек в белом халате работает в лаборатории? Это правда, что многие ученые делают таким образом важную работу.Но научных теорий обычно не исходят от одного человека, работающего в лаборатории. Часто они исходят от нескольких разных ученых, которые основывают открытия друг друга.

Показательный пример: Cell Theory . Эта теория — одна из основ биологии. Теория клеток состоит из трех частей:

  1. Все организмы (живые существа) состоят из одной или нескольких клеток.

  2. Клетка — это основная единица структуры и организации организмов.

  3. Все ячейки происходят из уже существующих ячеек.

Чтобы придумать эту теорию, потребовалось несколько шагов и несколько ученых.

Часть первая: Микроскоп

Воспроизведение оптического устройства, которое, как считается, было изобретено Захараисом Янссеном (Источник: Правительство США [общественное достояние] через Wikimedia Commons).

История клеточной теории началась в Нидерландах в 1600-х годах. Там производитель очков Захарайс Янссен, как говорят, изобрел составной микроскоп .В составном микроскопе используются две линзы. Одна линза находится близко к просматриваемому объекту. Это называется линзой объектива. Другой объектив находится близко к зрителю. Это называется окуляр. Микроскопы стали чрезвычайно популярными среди ученых.

Знаете ли вы?

Многие люди верят, что Захарайс Янссен изобрел первый микроскоп и телескоп. Но это никогда не было доказано. В то время над подобными изобретениями работали многие другие ученые.

Часть вторая: открытие бактерий

Другой голландский ученый, Антуан ван Левенгук, решил создать свой собственный микроскоп. Своим изобретением он начал изучать все виды материи. Он даже посмотрел на соскоб со своих зубов. Вот как он открыл бактерии!

Знаете ли вы?

Ван Левенгук думал, что бактерии похожи на маленьких животных. Поэтому он назвал их анимакулами.

Два рисунка ван Левенгука того, что он называл анимакулами (Источник: Интернет-архив книжных изображений [Без ограничений] через Wikimedia Commons).

Часть третья: Открытие клеток

Ван Левенгук написал письма своему другу-ученому из Англии по имени Роберт Гук. Гук также изучал предметы с помощью микроскопа. Он изучил кусок пробки и заметил, что он разделен на маленькие камеры. Это напомнило ему монастырские кельи. Так, свое открытие ячеек он назвал .

Рисунки пробки, сделанные Робертом Гуком (Источник: Wellcome Images через Wikimedia Commons).

Части четвертая и пятая: новые открытия о клетках

Затем появилась работа двух немецких ученых.Матиас Шлейдан был ботаником. Он использовал микроскопы для изучения растений. В конце концов он понял, что все растения, на которые он смотрел, состоят из клеток.

Тем временем Теодор Шванн изучал слайды клеток животных. Он пришел к выводу, что все животные тоже сделаны из клеток!

Луковые клетки, тип растительной клетки, слева и клетки лягушки, тип животной клетки, справа (Источники: kaibara87 [CC BY 2.0] через Wikimedia Commons и weisschr через iStockphoto).

Часть шестая: Ранее существовавшие клетки

В конце концов, Шнейдан и Шванн объединили усилия и начали развивать клеточную теорию.Но они не согласились с третьим пунктом: все клетки происходят из уже существующих клеток. Третий ученый, Рудольф Вирхов, доказал, что клетки действительно произошли из других клеток. Но исследование, которое он использовал, чтобы доказать это, на самом деле было проведено немецким еврейским ученым по имени Роберт Ремак!

Что мы можем узнать из истории теории клетки?

Итак, что нам рассказывает эта история? Две вещи. Во-первых, научные теории часто основываются на открытиях других людей. Во-вторых, никогда не знаешь, откуда взялась научная теория.Это могло сидеть на зубах!

Паттерны встречаемости человеческих Т-клеточных рецепторов кодируют иммунный анамнез, генетический фон и рецепторную специфичность

Резюме:

В документе разрабатывается статистическая структура для изучения связей между паттернами совместного появления TCR, силой HLA-ассоциации и сходством последовательностей TCR на основе ранее опубликованного набора данных Emerson et al., 2017. Это расширенный анализ, выходящий за рамки простого Статистика реаранжировки VDJ, корректирует базовые уровни и определяет корреляции между типом HLA и мотивами TCR.

Рецензенты и редактор соглашаются, что статья разрабатывает статистически надежную основу, которая приводит к интересным выводам. Однако рецензенты высказали ряд замечаний, которые необходимо рассмотреть перед публикацией. В частности, специалисты в данной области сочли статью трудной для чтения и часто неясной. Сочетание ранее известных результатов и фактов с новыми результатами затрудняет фиксацию основного вывода и основных новых результатов исследования. Авторы также должны обсудить возможные предубеждения, которые могут повлиять на их результат.

Мы постарались сделать статью более понятной, руководствуясь предложениями рецензентов. Мы добавили новый вводный рисунок (рисунок 1), который предоставляет обзор основных результатов в графическом формате, и новый рисунок методов (рисунок 12), который иллюстрирует анализ совместной встречаемости. Мы также добавили дополнительный пояснительный текст по всей рукописи. Наконец, мы добавили дополнительное обсуждение потенциальных предубеждений в раздел «Обсуждение».

Существенных изменений:

1) Существенная проблема с бумагой связана с удобочитаемостью.Документ, особенно для неспециалистов, изобилует конкретными терминами и акронимами, и за ним трудно следовать. И даже исследователям в этой области трудно разобрать длинные абзацы с подробным описанием анализа.

Я предлагаю попробовать более детально анализ и использовать более четкие определения в основном тексте. Особенно полезным может быть рисунок или диаграмма, отображающая связь между матрицей встречаемости M, аллелями HLA и кластерным анализом. Будет очень полезно «увидеть» основные соединения, используемые в документе, такие как P_ {CO}, P_ {HLA} и кластеры.

Это отличное предложение, которому мы попытались следовать в наших двух новых цифрах.

Также трудно проследить различные этапы анализа с похожими названиями, такими как HLA-ассоциированные TCR и ограниченная кластеризация HLA. Может быть, это можно лучше объяснить в общих чертах.

Мы надеемся, что наши обзорные рисунки и текстовые пояснения прояснили эти моменты.

2) Основная часть анализа была сосредоточена на небольшой фракции (около 1: 1000) обнаруженных TCR, сильно ассоциированных с HLA.То, что только несколько TCR оказались в кластерах, может быть связано со строгими критериями отбора (FWER 0,05, параметры DBSCAN) и / или ограничениями набора данных, такими как несортированные клетки, отсутствие α-цепи и недостаточная глубина секвенирования. Может ли быть пропущено много TCR, потому что разные HLA-аллели могут отображать один и тот же антиген (ослабляя HLA-ассоциацию)?

Это отличный вопрос, который мы продолжали исследовать на протяжении всего проекта: в какой степени (некоторые) TCR способны видеть эпитопы в контексте нескольких аллелей HLA, и можем ли мы увидеть сигнал для такой разнородности в больших наборах данных? Нам, безусловно, удалось найти отдельные TCR, которые прочно связаны с двумя разными аллелями HLA.Как правило, это аллели, которые различаются только 4-значным разрешением (например, DRB1 * 04: 01 и DRB1 * 04: 04), хотя в редких случаях аллели расходятся сильнее. Общее количество таких случаев относительно невелико, что заставляет нас думать, что это не может быть основной причиной отсутствия функциональных TCR. Например, когда мы сравниваем для каждого TCR значение p его наиболее сильно ассоциированного двузначного аллеля (например, A * 02) с p-значением его наиболее сильно связанного 4-значного аллеля (например, A * 02: 01), ассоциации аллелей из 4 цифр обычно сильнее.Мы также изучили ассоциации TCR с «кладами» родственных аллелей HLA, определяемыми сходством последовательностей, и общее количество и набор TCR, связанных с этими кладами, в значительной степени соответствовали каноническим TCR, связанным с HLA-аллелями, о которых мы сообщаем в рукописи. Конечно, если TCR может видеть эпитоп, представленный множеством аллелей, то его ассоциация с любым отдельным аллелем будет довольно слабой, что затруднит его обнаружение. С другой стороны, наш анализ HLA-ассоциации для CMV-ассоциированных TCR (рис.9) предполагает, что большинство этих CMV-чувствительных TCR ограничены одним аллелем HLA, что свидетельствует против крупномасштабной неразборчивости HLA, по крайней мере, для патогена. связанные цепочки TCR.Мы изменили обсуждение, чтобы ответить на этот вопрос.

Учитывая, насколько ограничительной кажется HLA-ассоциация, из-за которой многие расширенные TCR упускаются, может быть интересно сгруппировать по индексу расширения (I_exp) и совместной встречаемости. Таким образом, большее количество TCR в наборе данных может быть информативным для иммунного анамнеза.

Это отличное предложение, и мы действительно исследовали ряд вариантов этой идеи (фильтрация или расслоение цепочек TCR по степени расширения) в наших первоначальных анализах.Обычно мы получали результаты, аналогичные результатам глобальной кластеризации (рис. 3), в которой доминировали кластеры, связанные с HLA, и лишь с несколькими дополнительными кластерами, не связанными с HLA. Тем не менее, определенно предстоит сделать еще больше в этом направлении, и мы добавили обсуждение расширений и альтернативных подходов к обсуждению. Однако в интересах сохранения управляемой направленности этой рукописи мы решили не добавлять в настоящее время новый кластерный анализ.

3) Несколько критических факторов, таких как степень влияния воздействия общих патогенов на наблюдаемые HLA-опосредованные изменения репертуара TCR и полное отсутствие данных секвенирования TCRα, могут исказить результаты и потребовать пересмотра набора выводы сообщены.Присутствие импринтинга как HLA, так и общего патогена (CMV в последнем случае) ранее сообщалось с точно таким же набором данных в Emerson et al., 2017. Авторы сосредоточили свое исследование на HLA-ограниченных TCR, получив результаты, которые следуют очевидным образом. путь от Emerson et al. учиться.

Вот некоторые ключевые различия между нашим исследованием и анализом Emerson et al.

— Новые данные HLA, о которых мы сообщаем, позволяют нам найти много новых, существенно связанных с HLA TCR (например,g., мы находим более 50 000 с использованием того же порогового значения P, при котором Emerson et al. идентифицировать ~ 15000) и проводить систематические сравнения по локусам.

-Emerson et al., Вообще не анализируют последовательности своих HLA-ассоциированных TCR. Так, например, наш результат о том, что 8 из 10 ведущих TCR, связанных с A * 02: 01, кажутся специфичными только для двух эпитопов патогенов (гриппа M158 и EBV BMLF1), выходит за рамки результатов, о которых они сообщают.

-Emerson et al. вообще не анализируйте совместную встречаемость TCR-TCR.Таким образом, наши результаты, касающиеся кластеризации TCR по совместной встречаемости, кажутся новыми.

-Emerson et al. не анализируют ковариацию HLA-CDR3 и не исследуют степень ограничения HLA CMV-ассоциированных TCR, как это делаем мы.

— Наши результаты по распределению вероятностей генерации и индексов клональной экспансии HLA-ассоциированных TCR не имеют аналогов в Emerson et al. учиться.

Например, в течение некоторого времени при сортировке и секвенировании антиген-специфических популяций стало ясно, что ограничение MHC вредно для получения специфических TCR от данного донора.Более того, ассоциация между аллелями MHC и последовательностями TCR была ранее описана в Sharon et al., 2016.

Новым аспектом здесь является то, что мы обнаруживаем ковариацию с последовательностью CDR3, а не с геном V. Это несколько удивительно с учетом хрестоматийной картины петель V-области CDR1 и CDR2, контактирующих с MHC, и CDR3, взаимодействующих в первую очередь с пептидом. Мы попытались прояснить это в разделе о ковариации HLA-CDR3.

Авторы должны обновить свою рукопись, чтобы прояснить новые результаты своего исследования и отделить их от различных наблюдений и повторений предыдущих результатов.

Мы попытались это сделать.

4) Авторы используют несортированные Т-клетки, поэтому можно было бы ожидать, что наиболее очевидным процессом, который формирует репертуар TCR, является ограничение HLA ответа на общие патогены. Например, почти 95% популяции являются положительными по вирусу Эпштейна-Барра, а это означает, что след эпитопов EBV, ограниченных аллелями MHCI и MHCII, будет доминировать в наблюдаемом репертуаре. Если у донора нет аллеля HLA для представления данного эпитопа, соответствующего клонального расширения не будет.

Мы согласны с тем, что общее наблюдение о том, что реакции патогенов формируют репертуар TCR, не является неожиданным или новым. Мы утверждаем, что степень и специфический характер обнаруживаемого нами отпечатка ответов патогенов является новым и во многих случаях неочевидным. Например, мы не могли бы заранее предсказать, что у людей с положительным результатом A * 24: 02 доминирующий кластер TCR будет реагировать на парвовирус B19, а не, скажем, на ВЭБ или грипп. Или что два верхних HLA-ассоциированных TCR в целом будут каноническими последовательностями, ассоциированными с гриппом и EBV, а не TCR, отвечающими, например, на общие аутоантигены (см.недавнее исследование Madi et al., 2017). Или что 8 из 10 ведущих HLA-ассоциированных TCR могут быть отнесены только к двум эпитопам.

Менее изученные (и, следовательно, более интересные) аспекты формирования репертуара TCR, такие как отбор тимуса в контексте конкретных HLA и влияние отдельных аллельных вариантов V / J, не рассматриваются.

Фактически, мы обнаружили кластер TCR, управляемый J-аллельной вариацией (рис.

3). Мы согласны с тем, что выявление влияния HLA на селекцию тимуса — важная и интересная цель.Этот большой набор данных может быть не лучшим местом для этого, учитывая, что ячейки не отсортированы, а последовательность может быть не такой глубокой, как хотелось бы, чтобы исследовать тенденции в наивном пуле.

5) Группирование TCR по ассоциированным патогенам вводит в заблуждение в контексте анализа репертуаров, ограниченных HLA. В случае, если два эпитопа представлены одним и тем же HLA и происходят от разных видов, более разумно группировать TCR по ним, а не группировать TCR, специфичные для пары эпитопов, представленных разными HLA и происходящих от одного и того же вида.Авторам следует быть более точными при аннотировании набора TCR, если они анализируют эффекты ограничения MHC.

Предложение рецензента нам не совсем понятно. В нашем анализе репертуаров, ограниченных HLA, мы фактически группируем TCR в первую очередь по их ограничению HLA при поиске кластеров совместно встречающихся TCR. Отнесение к предполагаемым патогенам выполняется только в конце на этапе аннотации и не влияет на состав кластера. При поиске объяснения группе сопутствующих рецепторных цепей кажется естественным искать ответ на общий патоген, поскольку это иммунное воздействие может объяснить тенденцию рецепторов к совместному возникновению в когорте.

6) Авторы не рассматривают последовательности цепей TCRα для большей части своего анализа.

Отсутствие последовательностей α-цепочек — досадное ограничение набора данных, на которое мы сейчас более решительно обращаем внимание в разделе «Обсуждение» рукописи. Нам не известны данные о репертуаре α-цепочек для когорт аналогичного размера с параллельным HLA-типированием.

Однако они могут быть вредны для объяснения эффектов ограничения MHC в большом количестве настроек, например:

— Недавние исследования, такие как Culshaw et al., 2017 и Cole et al., 2009 показывают существенное смещение зародышевой линии, обусловленное паттернами использования сегмента Vα в антиген-специфических ответах, которые допускают большой набор последовательностей TCRβ.

Это хороший момент, который мы сейчас затронем в разделе «Обсуждение». В самом деле, мы наблюдали сильное смещение α цепей для нескольких репертуаров в нашем недавнем исследовании эпитоп-специфических репертуаров (Dash et al., 2017). Фактически, эпитоп EBV BMLF1 — это эпитоп, для которого предпочтение α (например, TRAV5) сильнее, чем предпочтение β-цепи.Тем не менее, примечательно, что мы можем видеть сильный ответ BMLF1 в последовательностях цепи TCRβ, ассоциированной с A * 02: 01.

— Вывод кластеров MAIT TCR тривиален, учитывая данные секвенирования TCRα.

Согласен, идентификация MAIT TCR * по последовательности * намного проще на основе данных α-цепи. Что интересно в нашем кластере MAIT, так это то, что он был определен на основе * совместной встречаемости * в когорте без использования рецепторных последовательностей вообще. Это говорит о том, что существуют индивидуальные особенности (например, возраст испытуемого), которые определяют частоту MAIT-клеток в крови, и что влияние этих особенностей достаточно сильно, чтобы мы могли идентифицировать MAIT-клетки по их β-цепям. — только образцы встречаемости.

— Авторы сообщают о TCR, которые не показывают ассоциации MHC, и заявляют, что «TCR с HLA-промискуитетом могут быть особенно интересны с диагностической точки зрения, поскольку их фенотипические ассоциации могут быть более устойчивыми к различиям в генетическом фоне». Эти TCR могут быть сильно связаны с MHC через свою α-цепь.

Это интересный момент. Мы действительно сообщаем о нескольких цепях TCRβ, которые показывают небольшую связь с MHC или совсем не связаны, но при этом прочно связаны с CMV.Возможно, если бы мы знали парные альфа-цепи для этих бета-цепей, мы бы увидели, что конкретные парные альфа-компоненты сильно зависят от ограничения HLA. Это не изменит того факта, что сами β-цепи не связаны с HLA и, следовательно, сохраняют свою способность прогнозирования CMV независимо от типа HLA субъекта.

С другой стороны, предсказатель, основанный на парных TCR, построенных из этих цепочек, действительно может быть HLA-ограниченным в своей применимости.

Авторы должны показать, основываясь на доступных наборах данных (например,грамм. PairSEQ от Howie et al., И данные по отдельным клеткам), что их выводы справедливы при рассмотрении спаривания последовательностей цепей TCRβ с несколькими потенциальными последовательностями цепей TCRα.

В той степени, в которой наши открытия касаются цепей TCRβ и их взаимодействия и ассоциации HLA, они не зависят от конкретных партнеров α-цепей для этих цепей и сохранятся независимо. Общие выводы о силе ассоциации TCR-HLA между локусами и об отпечатке общих патогенов действительно могут быть уточнены с помощью парных данных, и мы добавили обсуждение этого ограничения.К сожалению, нам не известны обширные репертуары α-цепочек или наборы данных PairSEQ, которые позволили бы нам окончательно решить эту проблему. Данные pairSEQ Howie et al. охватывает только небольшое количество выборок, с глубоким охватом только двух человек (subjectX и subjectY), и типирование HLA не является общедоступным для этих людей. Для исследования кластера MAIT это не было проблемой, поскольку эти клетки не ограничены HLA. Тем не менее, мы последовали предложению рецензента и искали парные цепочки для всех TCR в HLA-ограниченных кластерах, и теперь мы предоставляем эти данные в качестве дополнительного набора исходных данных для рисунка 6.Как и ожидалось, количество кластеров с несколькими совпадающими цепями довольно ограничено, но для конкретных аллелей (например, B * 44 — похоже, что и subjectX, и subjectY являются B * 44-положительными) мы обнаружили некоторые интересные тенденции. В частности, мы разработали вероятностную оценку, чтобы оценить, являются ли α-цепи, связанные с кластером, более похожими друг на друга, чем можно было бы ожидать случайно (представлен в виде столбца в исходном файле данных, упомянутом выше), и некоторые из кластеров показывают высокую значимость. кластеризация последовательностей.Эта информация может быть полезна для дальнейшего изучения этих кластеров, поскольку она предоставляет кандидатов полноцепочечных TCR для синтеза и характеристики. Мы ценим совет рецензента в этом отношении и будем приветствовать дальнейшие предложения по включению анализа α-цепи.

7) Авторы также игнорируют тот факт, что они работают с популяциями, которые не были отсортированы по маркерам CD4 / 8. Фактически, в текущих условиях авторы не могут показать, что данный TCR, который, как установлено, ассоциирован с данным аллелем MHCI / II, происходит от Т-киллеров или Т-хелперов.Авторы должны оценить (например, сравнивая связанные с ними последовательности с известными вариантами CD8 / CD4), сколько из их MHC-ассоциированных TCR ошибочно отнесены к неправильному классу MHC.

Это отличное предложение. Мы выполнили этот анализ (Рисунок 5 — приложение к рисунку 1) и считаем, что он укрепляет рукопись. Мы также добавили сравнение между нашими ассоциациями аллелей TCR: HLA и парами аллелей TCR: HLA, приведенными в базе данных VDJdb, и обнаружили, что они в значительной степени согласуются (обе оценки можно найти в разделе «HLA-ассоциированные TCR»).

Авторы находят значимую связь только с положением 70 β цепи MHC класса II. Учитывая тот факт, что они проверили различные положения α MHC класса I и MHC класса II, сохранится ли значимость при применении множественной тестовой коррекции? В противном случае результат может быть менее общим, чем результаты, сообщенные Sharon et al., 2016, и ожидается, что он будет встречен случайно, учитывая количество протестированных остатков MHC.

Это хорошее предложение. Мы рассмотрели только 7 позиций с высокой частотой контактов, перечисленных в таблице 2, поэтому здесь не так много сравнений, но теперь мы приводим в тексте p-значения с поправкой на Бонферрони.Опять же, здесь мы смотрим на ковариацию MHC-CDR3, а не на ковариацию MHC-V-гена, как это сделано в Sharon et al.

https://doi.org/10.7554/eLife.38358.043

5.2: Открытие клеток и теории клеток

Большая синяя клетка

Что это за невероятный объект? Вы бы удивились, узнав, что это человеческая клетка? Ячейка на самом деле слишком мала, чтобы ее можно было увидеть невооруженным глазом. Это видно здесь так подробно, потому что его рассматривают в очень мощный микроскоп.Клетки могут быть небольшими по размеру, но они чрезвычайно важны для жизни. Как и все другие живые существа, вы состоите из клеток. Клетки — основа жизни, и без клеток жизнь в том виде, в каком мы ее знаем, не существовала бы. Вы узнаете больше об этих удивительных строительных блоках жизни, когда прочтете этот раздел.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Здоровые человеческие Т-клетки

Если вы посмотрите на живое вещество в микроскоп — даже простой световой микроскоп — вы увидите, что оно состоит из клеток. Клетки — это основные единицы строения и функции живых существ.Это самые маленькие единицы, которые могут выполнять жизненные процессы. Все организмы состоят из одной или нескольких клеток, и все клетки имеют одни и те же структуры и выполняют одни и те же основные жизненные процессы. Знание структуры клеток и процессов, которые они выполняют, необходимо для понимания самой жизни.

Открытие клеток

Впервые слово cell было использовано для обозначения этих крошечных единиц жизни в 1665 году британским ученым Робертом Гук.Гук был одним из первых ученых, изучавших живые существа под микроскопом. Микроскопы его времени были не очень сильными, но Гук все же смог сделать важное открытие. Когда он посмотрел на тонкий кусочек пробки под микроскопом, он с удивлением увидел нечто, похожее на соты. Гук сделал рисунок на рисунке ниже, чтобы показать то, что он видел. Как видите, пробка состояла из множества крошечных единиц, которые Гук назвал клетками.

Вскоре после того, как Роберт Гук обнаружил клетки в пробке, Антон ван Левенгук из Голландии сделал другие важные открытия с помощью микроскопа.Левенгук сделал свои линзы для микроскопов, и у него это было настолько хорошо, что его микроскоп был более мощным, чем другие микроскопы его времени. На самом деле микроскоп Левенгука был почти таким же мощным, как и современные световые микроскопы. Используя свой микроскоп, Левенгук был первым человеком, который наблюдал за человеческими клетками и бактериями.

Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): Роберт Гук зарисовал эти пробковые клетки так, как они выглядели под простым световым микроскопом.

Теория клеток

К началу 1800-х годов ученые наблюдали за клетками множества различных организмов.Эти наблюдения привели двух немецких ученых по имени Теодор Шванн и Матиас Якоб Шлейден к предположению, что клетки являются основными строительными блоками всего живого. Примерно в 1850 году немецкий врач по имени Рудольф Вирхов изучал клетки под микроскопом, когда ему довелось увидеть, как они делятся и образуют новые клетки. Он понял, что живые клетки производят новые клетки путем деления. Основываясь на этом понимании, Вирхов предположил, что живые клетки возникают только из других живых клеток.

Идеи всех трех ученых — Шванна, Шлейдена и Вирхова — привели к теории клеток , которая является одной из фундаментальных теорий, объединяющих всю биологию.Теория клеток утверждает, что:

  • Все организмы состоят из одной или нескольких клеток.
  • Все жизненные функции организмов происходят внутри клеток.
  • Все ячейки происходят из уже существующих ячеек.

Видеть клетки изнутри

Начиная с Роберта Гука в 1600-х годах, микроскоп открыл удивительный новый мир — мир жизни на уровне клетки. Поскольку микроскопы продолжали совершенствоваться, было сделано больше открытий о клетках живых существ.Однако к концу 1800-х годов световые микроскопы достигли своего предела. Объекты, намного меньшие, чем клетки, включая структуры внутри клеток, были слишком малы, чтобы их можно было увидеть даже в самый сильный световой микроскоп.

Затем, в 1950-х годах, был изобретен новый тип микроскопа. Названный электронным микроскопом, он использовал пучок электронов вместо света для наблюдения за очень маленькими объектами. С помощью электронного микроскопа ученые наконец смогли увидеть крошечные структуры внутри клеток. Фактически, они могли видеть даже отдельные молекулы и атомы.Электронный микроскоп оказал огромное влияние на биологию. Это позволило ученым изучать организмы на уровне их молекул и привело к появлению области клеточной биологии. С помощью электронного микроскопа было сделано гораздо больше открытий клеток. На рисунке \ (\ PageIndex {3} \) показано, как клеточные структуры, называемые органеллами , выглядят при сканировании с помощью электронного микроскопа.

Рисунок \ (\ PageIndex {3} \): Электронный микроскоп сделал это изображение структур внутри клетки.

Структуры, общие для всех ячеек

Хотя клетки разнообразны, все клетки имеют определенные общие части.Эти части включают плазматическую мембрану, цитоплазму, рибосомы и ДНК.

  1. Плазматическая мембрана (также называемая клеточной мембраной) представляет собой тонкий слой фосфолипидов, окружающий клетку. Он образует физическую границу между клеткой и окружающей средой, поэтому вы можете думать о нем как о «коже» клетки.
  2. Цитоплазма относится ко всему клеточному материалу внутри плазматической мембраны. Цитоплазма состоит из водянистого вещества, называемого цитозолем, и содержит другие клеточные структуры, такие как рибосомы.
  3. Рибосомы — это структуры в цитоплазме, в которых образуются белки.
  4. ДНК — нуклеиновая кислота, обнаруженная в клетках. Он содержит генетические инструкции, необходимые клеткам для производства белков.

Эти части являются общими для всех клеток таких разных организмов, как бактерии и люди. Как у всех известных организмов появились такие похожие клетки? Сходство показывает, что вся жизнь на Земле имеет общую историю эволюции.

Обзор

  1. Опишите клетки.
  2. Объясните, как были обнаружены клетки.
  3. Опишите, как развивалась теория клеток.
  4. Определите структуры, общие для всех ячеек.
  5. Верно или неверно. Пробка — не живой организм.
  6. Верно или неверно. Некоторые организмы состоят только из одной клетки.
  7. Верно или неверно. Рибосомы находятся вне цитоплазмы клетки.
  8. Белки произведены на _____________.
  9. В чем разница между световым микроскопом и электронным микроскопом?
  10. Первые микроскопы были сделаны около
    1. 1965
    2. 1665
    3. 1950
    4. 1776
  11. Кто из этих ученых сделал каждое из следующих открытий? (Антон ван Левенгук; Роберт Гук; Рудольф Вирхов)
    1. Наблюдал за некоторыми из первых ячеек и впервые использовал термин «ячейка»
    2. Наблюдал первые клетки человека
    3. Наблюдаемые делящиеся клетки
  12. Роберт Гук набросал нечто, похожее на соты, или повторяющиеся круглые или квадратные единицы, когда он наблюдал за растительными клетками под микроскопом.

Похожие записи

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.