$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
يمثل تدريس العلوم البيولوجية في المدرسة الثانوية تحديا مستمرا. والجدير بالذكر أن الوصول إلى التكنولوجيا واستخدامها قد حقق تقدما مهما في عملية التدريس والتعلم ، ومع ذلك ، فإن أدوات مثل روبوتات الدردشة بالذكاء الاصطناعي تجعل الترشيد والبحث عن الأدلة أكثر صعوبة بسبب الاستجابات السهلة (وغير الصحيحة في بعض الأحيان) التي تم الحصول عليها1. لهذا السبب ، فإن استخدام طريقة علمية مع التجريب العملي في نهج قائم على الاستفسار في الفصل الدراسي هو استراتيجية مهمة لتطوير أو تحفيز التفكير النقدي والإبداع والمهارات التقنية لدى الطلاب2.
في هذا السياق ، تم استخدام الديدان الخيطية الحية الحرة Caenorhabditis elegans بنجاح في التجريب لأغراض التدريس3 بسبب مزاياها الخاصة: إنه ليس طفيليا والإشريكية القولونية المستخدمة للتغذية هي مستوى السلامة البيولوجية -1 ، وبالتالي تقليل الخطر البيولوجي إلى ما يقرب من الصفر ؛ لديها حركة حركة أنيقة وقابلة للقياس الكمي ، وهو أمر مثير للاهتمام للطلاب لمراقبته ؛ وهو شفاف ، مما يسمح بمراقبة الأعضاء ، ولكن أيضا تلطيخ أصباغ يمكن أن تشير إلى وجود جزيئات حيوية أو حدوث تغيرات فسيولوجية4. لذلك ، من الممكن افتراض واختبار افتراضات بسيطة في الفصل الدراسي تتعلق بالكيمياء الحيوية والتغيرات الفسيولوجية مثل الشيخوخة.
الجليكوجين عبارة عن كربوهيدرات تخزين ، تتكون من سلسلة طويلة ومتفرعة من جزيئات الجلوكوز التي تتكون من بقايا الجلوكوزيل مع روابط خطية جليكوسيدية (1→4) -α و (1→6) -α روابط جليكوسيدية عند نقاط الفرع وهي مهمة بشكل خاص لتقلص العضلات وتمايز الخلايا والحفاظ على نسبة السكر في الدم5. يتم تصنيع الجليكوجين بعد الرضاعة بسبب تنشيط الأنسولين لإنزيم الجليكوجين سينسيز. أثناء التمرين أو الصيام ، يقوم الإبينفرين أو الجلوكاجون ، على التوالي ، بتنشيط فسفوريلاز الجليكوجين ، وبالتالي ، يقوم بتحطيم السكاريد لتوفير الجلوكوز 6 فوسفات لخلايا العضلات أو إطلاق الجلوكوز الحر للتحايل على نقص السكر في الدم 6,7. تؤثر التغيرات في مستويات الجليكوجين على تمايز الخلايا ، والإشارات ، وتنظيم الأكسدة والاختزال ، والجذع في ظل ظروف فسيولوجية وفسيولوجية مرضية مختلفة ، بما في ذلك السرطان8. في C. elegans ، يوجد الجليكوجين بشكل رئيسي في عضلات المريء ، تحت الجلد ، الأمعاء ، الخلايا العصبية وبشكل رئيسي في عضلات جدار الجسم9. يمكن قياس محتوى الجليكوجين باستخدام محلول اليود من Lugol ، حيث يرتبط اليود بالملفات الحلزونية التي تشكل مركب اليود والجليكوجين ، مما يعطي لونا أزرق-أسود حادا أو بني-أسود ، والذي تم استخدامه بنجاح لإظهار محتوى الجليكوجين في C. elegans10. لقد ثبت أن تراكم الجليكوجين الناجم عن ارتفاع تغذية الجلوكوز يمكن أن يقلل من عمر الدودة ، وبالتالي تسريع عملية الشيخوخة11,12. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن تؤدي الاضطرابات الأيضية والهرمونات الأخرى والتعرض للأجانب إلى تغيير استقلاب الجليكوجين أيضا13,14. لذلك ، فإن التجريب على محتوى الجليكوجين في C. elegans مثير للاهتمام للغاية ، لأن العوامل المتنوعة قد تزعج عملية التمثيل الغذائي ويمكن أن تحفز مناقشة داخل الفصل حول الكيمياء الحيوية الأساسية المرتبطة بالموضوعات المستعرضة مثل التمارين الرياضية والوجبات الغذائية والأمراض والشيخوخة.
الشيخوخة هي انخفاض وظيفي يعتمد على الوقت بسبب تلف الخلايا. يمكن أن يرتبط هذا الضرر بالإجهاد التأكسدي ، واستنزاف التيلومير ، وفقدان البروتين ، والالتهاب ، وحتى عن طريق تراكم أجسام polyglucosan غير القابلة للذوبان15 ، على سبيل المثال لا الحصر. واحدة من السمات المميزة للشيخوخة هي الحد من سلامة الأمعاء ، المرتبطة بالعديد من الحالات المزمنة التي تحدث خلال حياة الكائنالحي 16. يعتمد الحفاظ على التوازن المعوي على سلامة ظهارة الأمعاء ، والتي تدعمها بروتينات الموصل التي تشكل حاجزا ماديا وتربط الخلايا الظهارية المجاورة. عندما يكون هناك تلف في هذه الظهارة ، يحدث تسرب المحتوى اللمعي في الخلالي17. بناء على هذه الآلية ، تم استخدام اختبار السنافر للتحقق من سلامة الأمعاء في العديد من النماذج الحيوانية ، لأن هذه الصبغة الزرقاء Erioglaucine ملح الصوديوم لا يعبر الغشاء المعوي ، ويبقى في التجويف18. عندما تصاب الديدان بمسببات الأمراض ، الملوثة ببعض المواد السامة أو العمر ، مما يغير السلامة الخلالية ، تعبر الصبغة الحاجز وتنتشر في جميع أنحاء الدودة ، والتي تصبح زرقاء بالكامل. يسمح هذا الفحص بمناقشة فسيولوجيا الشيخوخة وتجربة العوامل التي يمكن أن تسرع أو تؤخر هذه العملية عن طريق تعريض الديدان لظروف مختلفة. ستصف البروتوكولات هنا بالتفصيل هاتين الطريقتين القائمتين على الصبغة والتي يمكن القيام بها بسهولة في الفصل لتحريض الطلاب وتحفيزهم على صياغة واختبار الفرضيات المتعلقة بالكيمياء الحيوية وعلم وظائف الأعضاء.
يوضح الجزء الأول من البروتوكول قابليته للتطبيق لتحليل محتوى الجليكوجين نوعيا وكميا في نموذج C. elegans 10. الغرض من الجزء الثاني من البروتوكول هو تقييم سلامة الأمعاء C. elegans. تسمح هذه التقنية بمراقبة شيخوخة C. elegans من خلال تقييم سلامة الأغشية المعوية. علاوة على ذلك ، فإنه يسمح بتقييم ما إذا كانت المادة تسرع أو تؤخر الشيخوخة وما إذا كانت أي مواد لها إمكانات سامة على الحاجز المعوي19.
كانت سلالة C. elegans المستخدمة في الدراسة الحالية من النوع البري Bristol N2. ومع ذلك، يمكن تكرار الإجراء باستخدام سلالات تظهر معدلات نمو مماثلة، أو يجب تعديل الطريقة بناء على الحاجة إلى استبدال المعدات، بالنظر إلى أن لها نفس الوظيفة أو وظيفة مماثلة، أو اعتمادا على السلالة المستخدمة، حيث أن بعض السلالات لها متطلبات صيانة و/أو حساسية محددة؛ يمكن الحصول على هذه المعلومات من مركز Caenorhabditis Genetics Center (CGC) أو موقع WormBase. يجب ألا تؤثر هذه التغييرات على استنساخ الطريقة.