القياس الكمي لعمر اللافقاريات

تسمح تجارب القياس الكمي للعمر للعلماء بفحص التأثيرات الجينية والبيئية على عمر الكائن الحي. أثبتت الكائنات الحية النموذجية للافقاريات ، مثل ذبابة الفاكهة ذبابة الفاكهة السوداء والدودة المستديرة Caenorhabditis elegans ، فائدتها للغاية في هذا الصدد. من خلال إجراء التجارب التي تقيس وتتعامل مع العمر الافتراضي في هذه الكائنات الحية ، بدأ العلماء في تحديد العوامل التي تؤثر على عملية الشيخوخة.

في هذا الفيديو ، ستتعرف على بعض المبادئ الكامنة وراء العمر والشيخوخة ، والبروتوكولات الأساسية لقياس العمر الافتراضي في الدودة وذبابة الفاكهة ، والطرق التي يتم بها تطبيق هذه التجارب.

قبل النظر في الإجراءات التجريبية لقياس العمر الافتراضي ، من المهم أولا فهم ما هو العمر الافتراضي والشيخوخة.

العمر الافتراضي هو مقدار الوقت الذي يعيش فيه الكائن الحي ويعمل ، بين الولادة والموت. قد تعيش بعض الكائنات الحية ، مثل العديد من النباتات ، نظريا إلى الأبد. وفي الوقت نفسه ، تتوقف معظم بشكل طبيعي عن النمو ، حتى في الظروف المثالية ، وبعد ذلك سوف تتقدم في العمر أو "تتقدم في السن" حتى تموت.

لا يفهم العلماء بعد تماما سبب شيخوخة الكائنات الحية. تم اقتراح أن العوامل المتنوعة ، بما في ذلك الإشعاع والأضرار الكيميائية من البيئة ، والمنتجات الثانوية السامة من عمليات التمثيل الغذائي الخاصة بنا ، تلعب دورا في الشيخوخة.

لدراسة هذه العوامل ، استفاد الباحثون من أوقات الجيل القصيرة للكائنات الحية النموذجية اللافقارية ، مثل الديدان والذباب ، والتي تسمح للعلماء بمراقبة أجيال متعددة على مدار أيام أو أسابيع ، بدلا من أشهر ، كما في حالة نماذج الثدييات مثل الفئران. كما أنها قابلة تماما للتلاعب الجيني ، مع العديد من الأدوات المتاحة التي تسمح بتشغيل جينات معينة أو إيقاف تشغيلها بسهولة لمراقبة آثارها على عملية الشيخوخة.

الآن بعد أن تعلمنا سبب كون نماذج اللافقاريات قابلة للغاية لدراسات الشيخوخة ، دعونا نلقي نظرة على كيفية إجراء تجارب لقياس العمر الافتراضي في الديدان. باختصار ، تتضمن هذه التجارب جمع الديدان الأم ، ومزامنة عمر ذريتها ، وعلاج ديدان اليرقات بدواء لمنع التكاثر ، وأخيرا نقل الديدان إلى ألواح الاختبار وعد الديدان الميتة أو الحية.

في بداية الإجراء ، من الضروري الحصول على عدد كاف من المطابقة للعمر عن طريق مزامنة مجموعة من الديدان مع جميع البيض في نفس الوقت. للقيام بذلك ، تترك الديدان الأولى على نفس لوحة الثقافة لمدة أسبوع تقريبا ، مما يسمح لها باستهلاك جميع الأطعمة المتاحة ، وبالتالي تسبب المجاعة. ستدخل بعض يرقات الديدان التي تتضور جوعا في حالة شديدة التحمل وتوقف النمو تسمى "dauer". ثم يتم نقل يرقات dauer هذه إلى طبق جديد. في هذه البيئة الغنية بالطعام ، ستستأنف يرقات الداور دورة حياتها وتصبح شبابا ناضجين من الناحية الإنجابية.

أخيرا ، بعد يومين ، يتم نقل هذه الديدان البالغة إلى طبق جديد آخر ويسمح لها بوضع البيض لمدة تصل إلى 24 ساعة. بمجرد الحصول على عدد كاف من البيض ، تتم إزالة البالغين من اللوحة ، ويتم تحضين البيض عند 20 درجة مئوية لمدة 2-3 أيام للسماح للديدان بالفقس والنمو إلى مرحلة اليرقات L4.

لقياس عمر الديدان ، يتم نقل هذه اليرقات إلى صفائح تحتوي على عقار FUDR ، الذي يثبط تكاثر الديدان دون التأثير على عمر البالغين. على مدار التجربة ، لتحديد ما إذا كانت الديدان حية أم ميتة ، يمكن النقر على اللوحة لمراقبة حركة الدودة. بالنسبة للديدان الأكبر سنا ، قد يكون من الضروري حث رأس الدودة برفق للحصول على استجابة. قم بإزالة الديدان الميتة وسجل عدد الديدان الميتة والحية. يجب نقل إلى أطباق جديدة كل 2-3 أيام لتجنب المجاعة.

الآن بعد أن أظهرنا لك القياس الكمي للعمر في الديدان ، دعنا نفحص كيفية القيام بذلك في ذباب الفاكهة. باختصار ، يتضمن الإجراء السماح للإناث بوضع البيض في قفص خاص ، وجمع البيض ، والسماح لليرقات بالتطور إلى ذباب ، وفرز الذباب بناء على الجنس ، وأخيرا عد الذباب الميت الذي يظهر بمرور الوقت.

للحصول على ذباب متطابق مع العمر ، يتم وضع الذباب البالغ في قفص لجمع البيض ، والذي يحتوي على أطباق عصير الفاكهة المخططة بمعجون الخميرة. يتم غسل البيض الذي تم جمعه ووضعه في زجاجات نمو اليرقات وتحضنه لمدة 10 أيام تقريبا حتى يتطور الذباب. ثم يتم نقل الذباب البالغ من العمر يوما واحدا إلى زجاجات طعام للبالغين وتحضنها لمدة يومين للسماح لها بالوصول إلى مرحلة النضج الجنسي.

ثم يتم جمع هذه الذباب وتخديرها وفرزها إلى ذكور وإناث لتجنب الخلط بين قياسات العمر الافتراضي والعوامل الخاصة بالجنس. بعد ذلك ، يتم وضع الذباب أحادي الجنس في قوارير النمو. كل يومين ، يجب "قلب" الذباب إلى قوارير جديدة مع طعام طازج. يتم تسجيل الذباب الميت عن طريق حساب تلك المتبقية في القارورة القديمة ، وكذلك تلك التي سقطت في القارورة الجديدة.

الآن بعد أن تعلمت البروتوكولات الأساسية لقياس العمر الافتراضي في نماذج اللافقاريات ، دعنا نلقي نظرة على كيفية تكييف العلماء لهذه التقنيات لدراسة بيولوجيا الشيخوخة وطول العمر.

يدرس الباحثون تأثيرات عوامل مختلفة ، مثل درجة الحرارة والأدوية ، على العمر. في هذه الدراسة بالذات ، قام العلماء بزراعة الديدان في وسط سائل في ألواح ميكروتيتر مكونة من 96 بئرا ، بحيث يمكن اختبار تأثيرات المواد المتعددة وظروف النمو في وقت واحد. ووجدوا ، على سبيل المثال ، أن زراعة الديدان عند 25 درجة مئوية ، بدلا من 20 درجة مئوية ، قلل من عمر الديدان ، كما فعلت التركيزات العالية من عقار Mirtazepine المضاد للاكتئاب.

يمكن أيضا دمج فحوصات العمر مع تقنيات مثل تداخل الحمض النووي الريبي ، أو RNAi ، لتحديد الجينات التي تؤثر على بقاء. RNAi هي تقنية تجريبية قوية تستخدم الحمض النووي الريبي القصير لتقليل أو "ضربة قاضية" مستوى التعبير عن الجين المستهدف. هنا ، عالج العلماء الديدان باستخدام الحمض النووي الريبي ضد جين bec-1 ، ثم أصابوها بالبكتيريا المسببة للأمراض السالمونيلا وأجروا اختبار البقاء على قيد الحياة. أظهرت الديدان التي تم إسقاط bec-1 انخفاضا ملحوظا في العمر مقارنة بالديدان حيث يعبر الجين بشكل طبيعي.

أخيرا ، يتم استخدام تجارب القياس الكمي للعمر لتقييم تأثير ظروف النمو المختلفة على طول عمر. في هذه التجربة ، قام العلماء بزراعة الديدان المطابقة للعمر على سلسلة من الأطباق بكميات متفاوتة من الطعام البكتيري. وقد لوحظ أن نظام النمو هذا, يسمى تقييد السعرات الحرارية أو الغذائية, أن له تأثير كبير على عمر الديدان.

لقد شاهدت للتو فيديو JoVE حول القياس الكمي للعمر في نماذج اللافقاريات. ناقش هذا الفيديو بعض المبادئ الكامنة وراء الشيخوخة والعمر الافتراضي ، وبروتوكولات قياس العمر الافتراضي في الديدان والذباب ، وبعض تطبيقات تجارب قياس العمر الافتراضي. في النهاية ، الأمل هو أن تساعد هذه التجارب العلماء في العثور على العوامل والمسارات التي تتحكم في الشيخوخة ، وتسمح بتطوير علاجات لمعالجة الأمراض المرتبطة بالعمر ، مثل مرض الزهايمر وأمراض القلب والأوعية الدموية. شكرا للمشاهدة!