صناعة الدواجن المتكاملة 1

وعلى العكس تماما هناك أيضا CGIsمركزة عند المناطق الجينية الداخلية التى تعين وجود مشجعات بديلة ،مواضع بدءا النسخ ) (TSSوالنواسخ غير المشفرة ومحفزات النسخ.

الإنزيمات المعدلة للمثيلة الحامض النووى DNAهى :

DNA methyl transferases (DNMTs) DNMT1,DNMT3A and DNMT3Bوالإنزيم الأول من هذه الإنزيمات ضرورى للمحافظة على إستم اررأنماط مثيله الحامض النووى DNAأثناء تكرار الحامض النووى DNA replicatiobnبينما تقوم الإنزيمات DNAMT3A and DNMT3Bبإضافة مجموعات ميثايل وخاصة أثناء التطور .ولقد أظهرت الجينات المصاحبة "المرتبطة" ب CpGإرتباط عكسى واضح بين النسخ ومستويات الميثلة للمناطق المتعرف عليها الجديدة مناطق مجاورة للقواعد النيتروجينية ."CGIsكما أن زيادة عمليات الميثلة hypermethylationالتى تتم عند هذه المناطق والتى تمتد الى CGIsتعدل من أنماط الميثلة التى تظهر بواسطة النسيج.

وفى هذه الحالة تحدث عملية الميثلة بقلة الى مسافة أبعد ) (rilobases ٣-٢من القواعد النيتروجينية العضوية .CGIsوهذا يتفق مع مفهوم فقد المطابقة الخلوية celluler identityعقب النسخ وذلك لأن برامج النسخ تعدل من تغيرات ميثلة الحامض النووى

DNAعبر الجنيوم.

تعديلات الهيستون : Histone Modifications

تتشكل طبقة منتظمة أخرى للعوامل الخارجية غير الوراثية بواسطة تعديلات مترجمة عالية تحدث عند نهاية بروتينات الهيستون .وهذه التعديلات لها دور هام فى تنظيم مناعة الكروماتين بواسطة التأثيرات المتداخلة داخل النيكلوسومات nuleosomalوتحديد الإنزيمات المعدلة للكروماتين التى تحدد تكوين الكروماتين التى تؤثر على ميكانيكية النسخ .وتعتبر عمليتى الميثلة methylationوالأستيله acetylationمن أحسن التعديلات المميزة للهيستون بالإضافة الى التعديلات الأخرى مثلhistone :

phosphorylation, adenylation, ADP-ribosylationويحافظ على مستويات أستيل الهيستون histane acetylationبواسطة التأثير المعاكس لإنزيمات نقل الأستيل

١١٢١

(HATs) histone acetyltransferasesوانزيمات نزع الأستيل

)(HDACs

.deacetylasesفالأنزيمات الأولى مسئولة عن الليسين) ،(ac) acetylation (kوبتلك الوسيلة يتم معادلة الشحنات الموحبة ويتسع التأثير المتداخل بين الحامض النووى DNA والهستونات ويدعم التكوين المفتوح للكروماتين مما يسهل النسخ النشط .ومعظم التعديلات

)(H3kg,H3k14,H3k18,H3k27,H3k55,H4k5,H4k8

تحدث

على

ذيول

الهيستون .ومن جهة أخرى تحدث بعض تعديلات الهيستون داخل قلب كروى globular careمثل H3k56acوتعدل بواسطة إنزيمات نقل الأستيل CBP/p300عند مواضع عديدة .وتحدث عملية الميثلة للهيستونات عند الأرجنين والليسين كنتيجة لتأثير إنزيمات نقل ميثايل الهيستون ) (HMTcوانزيمات نزع الميثايل ) .(HDMsوالتعقيد الزائد لهذا التعديل يأتى من حقيقة أن الأرجنين يمكن أن يكون آحادى أو ثنائى الميثايل كما أن الليسين يكون أيضا آحادى أو ثنائى الميثايل كما أن الليسين يكون أيضا آحادى ،ثنائى وثلاثى الميثايل, أيضا إضافة مجاميع الميثايل لا تغير من الشحنات الإلكترونية ،والتأثير على الكروماتين يعتمد على أى من الأحماض الأمينية يتم تعديلة وعلى درجة عملية الميثلة .فعلى سبيل المثال H4k20,H3kgتصاحبها نسخ نشط ،بينما يعتبر كلا من H3kgو H4k20 متخصصة للإخماد النسخ .وأيضا تمثل H3k4me3,H4k2ome1علامات معينة يتم

إغناءها عند Tssومحفزات الجينات النشطة.

هناك حديث عرضى نشط بين تعديلات الهيستون التى ينتج عنها تأثيرات عكسية على الكروماتين ونسخ الجين الذى تم تصميمه كشفرة هيستون .histone codeولقد أصبحت التأثيرات المتداخلة ظاهرة بسبب التضاد المنافس بين إشارات marksتستهدف نفس

الحامض الأمينى.

توزيع إشارات الهيستون عبر الجينوم لا يكون عشوائيا كما أن تعديلات معينة يتم تمثيلها فى مناطق الكروماتين .euchromatic or heterochromaticفعلى سبيل المثال يتم إغناء كروموسوم×غير النشط فى ،H3K27me3وتتصف السنتروميرات centromeres

والتيلوميرات

telomeres

بالمستوياتالعالية

١١٢٢

لل

.H3Kqme3

وبالعكس

تعتبر

euchrimatinأقل بيئة جينومية .والتعديلات فى هذا الكروماتين تؤدى الى عنقود Clusterعند العناصر النسخ المنظمة أو مواضع النسخ النشطة .كما أن الجينات المنسوخة النشطة يتم إغناءها فى H3K4me3عند TSSالتى تمنع تجديد DNMTs

وتمددات H3K36me3على طول المناطق المنسوخة.

دراسات عديدة فى خلايا ساق الجنين تعرفت على تشابهات بين بيولوجى خلية ساق الجنين وتكون الأورام الخبيثة .neoplasiaوالبروتينات المعروفة لخلية الساق وعمليات تكون الأورام الخبيثة تشمل مجاميع ) trithorax,(trx) polycomb (sالتى تحافظ على تحت مجموعة الجينات تحت الظروف شبه السائدة أثناء مرحلة التمييز differentiation

بتعليمها مع H3K4me3وتمثيل H3K27me3حول .TSS

وفى هذه الطريقة الجينات التى تتحمل هذه الحالة الثنائية التكافؤ bivalentتستطيع أن تستدير على أو تنحرف بالإستجابة الى متطلبات الخلية .وهذه المجموعة من الجينات لا تستخدم محفزات عملية المثيلة فى الخلايا الجينية .وبالرغم من ذلك فإن % ٥٠من الجينات تمثيل فى الورم الخبيث الذى يحدث فى نفس الوقت ويتداخل مع هذه الجينات المستهدفة PcGممايقترح بأنه بالاستجابة للنواحى الخارجية سوف تكون بدايات الورم الخبيث بخلايا الساق مسكنة لهذه المجموعة من الجينات المولدة لتعداد الخلايا ذات المزايا الإختيارية التى تشجع تكوين المزيد من الأورام الخبيثة.

مواضع النيكليوسومات : Nucleosomal Positioning ديناميكية وضع النيكليوسومات nucleosomesبواسطة العوامل المعيدة لنمذ جة الكروماتين فى نمط الحامض النووى لها تأثير عميق على تكوين الكروماتين وتنظيم قابلية النسخ الى .TSSوعادة ما يصاحب وضع النيكليوسومات إخضاع جينى

gene

repressionحيث ترتبط إزاحتها بالنشاط الجينى .كما أن وضع النيكليوسومات لا يمثل فقط عائق فيزيقى لعمل عوامل النسخ ولكنه يؤثر أيضا على نمط ميثله الحامض النووى DNAعند النطاق الجينومى .ومن جهة أخرى لوحظ أن العناصر

Cis-acting

elementsوالتى من أمثلتها عناصر Sp1تتواجد قريبة لل TSSللجينات المترجمة

١١٢٣

والغنية فى H3K4me3وتحميها من عملية الميثله de novo mthylationأثناء التطور بواسطة وسائل إدامة هذه المواضع التى تتوافق مع جينات إخماد الأورام الخبيثة.

بالإضافة الى ذلك إتضح أن إشارات هيستون معينة تقوم بتجديد وسيطات معينة عقب نسخ الحامض النووى DNAمما يؤثر على إختيار موضع .site Spliceعلاوة على ذلك يعتبر موضع النيكليوسومات ممثلا حول الإكسونات exonsفى ٥٠منطقة للنيكليوتيدات سابقا ويلى الإكسونات .والنيكليوسومات تلعب دور ديناميكى مقترنا مع باقى عمليات تنظيم الجينات الخارجية فى تشكيل الكروماتين والتأثير على نشاط الجينوم.

الحامض النووى غير المشفر : Noncoding RNAs

حديثا درس بحثيا مستوى أخر للتنظيم الجينى الخارجى حيث أجرى تنظيم بواسطة الحامض الأمينى RNAsغير المشفر) .(nc RNAsوفيما بين ncRNAsكان micro RNAs الأكثر دراسة .ومن جهة أخرى هناك صفوف عديدة من nc RNAsتشتمل على RANAsصغيرة RNAs ،غير مشفره Piwi RNAs ،وأخرى كثيرة ذات أدوار وظيفية

تحت الدراسة حاليا.

لقد تم مطابقة micro RNAsفى C.elegansوتم التعبير الجينى عنها فى عدد وافر من الكائنات الحية .وأوضحت الكثير من الدراسات أن miRNAsضرورية من أجل تعديل برامج التعبير الجينى أثناء التطور والاستجابة المناعية وكثير من العمليات الأخرى.

وتقوم micro RNAsبتعديل التعبير الجينى بواسطة تسكين الكروماتين ،تكسير الحامض النووى الرسول mRNAأو بإعاقة الترجمة عند الريبوسومات مما يؤثر على أكثر من ٦٠ %من الجينات المشفرة للبروتين ومن ثم تستخدم فى جميع العمليات الخلوية.

أول دليل ينسب اليه إخماد الورم الخبيث هو أن بعض miRNAsجاءت من دراسة سرطان الدم حيث وصفت شطب .mir-15a&mir-16-1ولقد نسبت دراسات بحثية أخرى أدوار إخماد الورم الخبيث الى هذه النواسخ غير المشفرة .ومن جهة أخرى فإن وظائف هذا "الجانب المظلم للجينوم" )نواسخ غير مشفرة نفس %٩٠من النسخ البشرى( لم تحل وتشكل مجال بحثى واسع ممتد مع تطبيق واستخدام تكنولوجيات عالية جديدة.

١١٢٤

إنحراف بروفيلات العوامل الخارجية غير الوراثية المرتبطة بتطور الورم الخبيث :

Aberrant Epigenomic Profiles Correlate With Tumor Progression:

تعتبر صور الجينات الخارجية المعدلة سمة شائعة لسرطان الإنسان ودرست بكثافة فى توليفة واسعة للأورام الخبيثة .ومن بين هذه التوليفة ميثلة الحامض النووى DNA كميكانيكية بديلة لعدم تنشيط الجين ولقد أثبتت قيمتها كمرقم حيوى لرعاية السرطان.

تأثير المجال /الحقل : Field Effect

نشأت أنماط التعديلات فى مثيلة الحامض النووى DNAمبك ار جدا فى تسلسل الورم الخبيث .neoplastic sequenceففى الخمسينات من القرن التاسع عشر إقترح مفهوم Field Cancerizationلتفسير نمو الورم الخبيث فى المرضى .وكثير من الدراسات ذكرت فى تقريرها صور لمرقمات المثيلة المرتبطة بتكوين الورم الخبيث وتطوره الزائد فى الأنسجة .ومن جهة أخرى هذا يعطينا فرصة لمطابقة المرقمات الجزيئية المنبئة لتطور الورم الخبيث .والتعديلات الجينية وكذلك العوامل الخارجية غير الوراثية المرتبطة بالحقل السرطانى Field cancerizationدعمت بالوثائق فى أورام الصدر والرئة والمثانة والبروستاتا والرأس والرقبة .ولقد إفترض أن هذه التعديلات الجزيئية المبكرة ربما تنشأ فى خلايا الساق التى سوف تسبب تشوه خلايا النبات وتخلق مجالا " حقلا " لتطور الورم الخبيث .والدراسات البحثية التى أجريت على سرطان القولون تعرفت على التشوهات الجينية مبك ار فى التسلسل السرطانى carcinogenic sequenceولا سيما تمزق الجينات الخارجية فى الأغشية المخاطية بغدة colorectalبالقرب من الورم الخبيث .بالاضافة الى ذلك فإن زيادة عملية المثيلة hypermethylationلل DAPK1لوحظت أيضا فى كلا من الأنسجة قبل تسرطنها والأغشية المخاطية القريبة من الورم الخبيث حيث كونه حدث مبكر فى تطور سرطان الفم والمرىء والرئة والقولون .ويعتبر إكتشاف زيادة المثيلة فى توليفات متنوعة من المرقمات الحيوية إستراتيجية فعالة فى الإكتشاف المبكر للأورام الخبيثة .كما أن مطابقة مثل هذه المرقمات فى مرحلة مبكرة لنمو الورم الخبيث يضمن كلا من خطورة التقييم ومنع السرطان عند المستوى السريرى .Clinical levelسواء تأثر أو لم

١١٢٥

يتأثر التأثير الحقلى للسرطنة بالعوامل البيئية يبقى نقطة خلاف يجب حلها .ويشار الى العوامل الخارجية غير الوراثية كوسيط بين البيئة والجينوم .وفى الواقع تأثير البيئة تم فهمه كتلميح خارجى والنافذة الحرجة لحساسية العوامل الخارجية غير الوراثية "epigemetic " vulnerabilityهى فترة التكوين الجيني أثناء تغير شكل جينوم الجنين بعد تخطي نزع الميثايل عقب الإخصاب .واعادة برمجة العوامل الخارجية غير يكون نشط أثناء الحمل وأثناء تطور الورم الخبيث .وتوقيعات الجينات الخارجية المحرزة أثناء هذه المراحل ربما يكون لها تأثيرات طويلة الأمد وصدى على برامج التعبير الجينى .ولقد لوحظ أن الوجبة الغذائية والكحول وتناول الدخان والتعرضات السامة والإجهاد وغيرها لها تأثير كبير على صور الجينات الخارجية الديناميكية للخلايا وربما تظهر الميكانيكيات الفسيولوجية.

العوامل الخارجية غير الوراثية فى السرطان : Epigenetic in Cancer أصبح سرطان (CRC) colorectal cancerنموذج أصلى فى أبحاث العوامل الخارجية غير الوراثية المسببة للسرطان .فكان أول تقرير فحص سنة ,١٩٨٠اشار الى فقد ميثلة الحامض النووى DNAفى خلايا القولون المصابة بالسرطان .السمات الجزيئية العديدة المتغيرة فى صفاتها صنفت سرطان CRCوحددت مسارات متنوعة لهذا الورم الخبيث.

نتائج هذا السرطان colorectal cancerالمستمدة من تراكم التعديلات الجينية والبيئية تقدح النمط المظهرى للورم الخبيث .كما أن السمات الجزيئية للجينات العديدة المقسمة لهذا المرض تحدد المسارات المختلفة المستخدمة فى هذا المرض .ولقد لوحظ أن الكروموسومات غير المستقرة فى % ٨٠ – ٧٠من المصابين بهذا المرض وتشمل مدى واسع من التعديلات الجينية التى من أمثلتها :تكرار تغير المواضع فى ،5q , 17p and 18q الشطب ،فقد العديد من الزيجوتات وعدم إتزان عدد الكروموسومات المؤثرة على الكثير من الجينات الأساسية مثل SMAD4أو APC , KRASالتى تشجع تكوين الورم الخبيث وتقدمه .وهذه التعديلات تحدث مبك ار وتنتج من خلل فى إصلاح ميكانيكيات الحامض النووى ،DNAوعدم إستقرار التيلومير telomereوفشل فى فصل الكروموسوم.

١١٢٦

ميكروبات القناه الهضميه والاستفاده من الغذاء

Gut Microbiota And Feed Utilization

تقوم الكائنات الحيه الدقيقه بدور اساسى فى تطور وصحه الثديات هذا الى جانب الدور الهام فى الاسماك وقد اوضح كثير من العماء دور هذه الكائنات فى الانسان الى جانب بعض الحيوانات ويتضح هذا الدور فى كثير من التخصصات وتشمل )الفسيولوجى- وتطور الجهاز المناعى -ومضادات السموم( وهناك بعض الكائنات الدقيقه لها دور فى افراز بعض الانزيمات اللازمه لعمليات تحلل بعض مكونات الغذاء غير المهضوم وتخليق بعض الفيتامينات .بالاضافة الى ذلك تقوم الكائنات الدقيقه الموجوده فى الامعاء بدور هام فى عملية هضم وتكسير الكربوهيدرات المعقدة التى تشمل الالياف وينتج عنها بعض الاحماض الدهنيه قصيرة السلسله الى جانب الدور الهام فى عمليات التمثيل الغذائى وكذلك الحماية من العدوى .ونظ ار للاهميه البالغه لميكروبات الامعاء للانسان والحيوان اجريت كثير من الدراسات فى الاونه الاخيره فى هذا السياق.

التعريف العام لميكروبات القناة الهضميه

General Definition Of Microbiota And Microbiome:

عبارة عن تجمعات من الكائنات الحيه الدقيقه والتى تشمل البكتريا والفيروسات وبعض الكائنات وحيدة الخليه التى تعيش فى بيئه معينه وتعرف من الناحية الوراثيه على انها المادة الوراثية لكل من البكتيريا والفطريات والطفيليات والفيروسات -التي تعيش على وداخل

جسم الإنسان.

انواع واعداد الكائنات الدقيقه فى الانسان

Count And Diversity Of Microbiota In Human:

جسم الانسان ملئ بالكائنات الحيه الدقيقه حيث وجد بعض العلماء ان جسم الانسان يحتوى على ١٠٠-١٠ترليون خليه ميكروبيه .ويوضح جدول ) (٢٤٢الكائنات الحيه الدقيقه فى امعاء الانسان خلال دورة حياته وذلك تحت الظروف الصحيه حيث زيادة الميكروبات وتنوعها مع الزياده فى العمر حيث تصل الى اعلى معدل لها مع مرحلة البلوغ .وعلى الرغم

١١٢٧

من الاختلافات فى تنوع الميكروبات الى انها من الناحيه العمليه ثابته فى البالغين الاصحاء .ونجد تنوع الميكروبات فى الاطفال الرضع اقل مقارنة بكبار السن.

ومعظم الكائنات الحيه الدقيقه توجد على امتداد القناه الهضميه وهى عبارة عن سلسله متصله من البكتريا تبدأ من ٣ ١٠-١١٠فى الجرام من محتوى المعدة والامعاء الى ١٢١٠فى القولون علاوه على ذلك يوجد اختلاف فى تركيب الميكروبات باختلاف هذه المواقع كذلك يوجد اختلاف معنوى بين الميكروبات التى تظهر فى تجويف المعده والميكروبات التى تكون ملتصقه فى طبقة المخاط للجهاز الهضمى.

جدول ) (٢٤٢الميكروبات الوجوده فى امعاء الانسان خلال دورة حياته

Modifying factors

Vaginal vs caesarian delivery.

Gestational age.

Infant hospitalization.

Breast vs formula fed.

Age at solid ffod introduction.

Malnutrition.

Antibiotic treatments.

Diet.

Hormonal cycles.

Travel.

Therapies.

Illness.

Lifestyle changes.

Nutritional changes.

Increased susceptibility to Infection

and inflammatory diseases.

Use of more medications.

Age

Phylum level microbial

composition (from the

most

to

the

less

)represented

Actinobacterio,

Proteobacteria,

Firmicutes, Bacteroidetes.

Infant (up to 2-3

)years

Firicutes, Bacteriodetes,

Actinobacteria,

Proteobacteria.

Adult

Firmicutes,

Actinobacteria.

Bacteroidetes,

Proteobacteria.

)Elderly (>70 years

وتختلف اعداد الميكروبات على المواقع المختلفه للقناه الهضميه حيث تكون قليله العدد فى المعده وتصل الى ذروتها الى ان تصل الى القولون كما هو موضح فى الشكل )(1A وعند اخذ عينه من الامعاء الرفيعه وجدت غنيه بانواع ) Bacilli, Firmicutes and (Actinobacteriaعلى الجانب الاخر ،وجدت انواع (Bacteroidetes and the (Lachnospiraceae family of the Firmicutesشائعه فى القولون.

١١٢٨

الميكروبات الموجوده فى تجويف الامعاء يوجد فيها اختلاف معنوى كبير عن الميكروبات Clostridium, ) الملتصقه فى الطبقه المخاطيه فى الامعاء حيث تحتوى على انواع ( بينما توجد انواع اخرى فى البراز وتشملLactobacillus, and Enterococcus Bacteroides, Bifidobacterium, Streptococcus, members of Entero )

bacteriacea, Enterococcus, Clostridium, Lactobacillus, and

.(٦٥) ( شكلRuminococcus

:(٦٥) شكل

Spatial and temporal aspects of intestinal microbiota composition. A variations in microbial numbers and composition across the length of the gastrointestinal tract. B: longitudinal l variations in microbial composition in the intestine. C: temporal aspects of microbiota establishment and maintenance and factors influencing microbial composition.

:طرق التعرف على ميكروبات القناة الهضميه

Methods Of Identifying Gut (Microbiota):

meta ) هناك كثير من الطرق الحديثه المتاحه حاليا للتعرف على ميكروبات المعده وتشمل (transcriptomic, meta proteomic and Meta (metabolomic) approache .(٢٤٣) ويوضح الجدول التالى المقارنه بين هذه الطرق ومزايا وعيوب كل طريقه جدول

١١٢٩

( الطرق المختلفه للتعرف على ميكروبات القناه الهضميه٢٤٣) جدول

High-throughput

microbiome

sequencing

technology

165 RNA gene/165

DNAamplicon

analysis

(e.g.454

pyrosequencing

lumina Miseq)

Microbial

material

Characteristies

/advantages

Limitations

Applications

gDNA

gDNA

*Amplitication

bias

*Taxonomic

information only

*Comparison of

results

requires

amplication

of

same region

*Expensive

*Requires highdepth coverage

*Assembly

of

metagenomes

complicated due

to

uneven

coverage

*Bioinformatic

analyses complex

time –consuming

*No

microbial

expressed

functions

*Microbia

composition

dysbiosis

*Identifying

heailthy

and

disease-specitie

genera / species

Whole

genome

shotgun

metagenomics

Metatranseriptomies

mRNA

*fast

cheap

sequencing

communities

*Revealing

bacterial

diversity

*Detecting

dysbiosis

*High coverage

deep

sequencing of

the total genes

present

*No

amplitication

bias kike 165

*Uncovering

microbial

diversity

*Finding novel

genes

*Bioinformatic

screcning

of

host sequences

*Obtaining

gene expression

profiling

*Revealing

differrnt

microbial gene

expression

across

health

diseaase

and

different

treatment

conditions

*Instability

of

mRNA

*Multiple

purifieation steps

needed

*Lack

of

reference

databases

*No

unique

protocol

*Isolated

and

transient picture

of a diverse and

complex

community

*Revealing

functional dysbiosis

*Enrichment

of

metagenomic data

*View

of

transvriptionally

active

/tunctional

subset of the genes

under investigation

Metaproteomics

Proteins

*Obtaining

dynamic

microbiota

protein protiles

*Technologically

challenging

*Hard to extract

total

protein

*Confirming

microbial function

*Identifying

eukaryotic

–

١١٣٠

*Microbia

composition

dysbiosis

*Finding diseasespecitic genes

*Identifying

functional

based

studies