מאלפי הגנים קובץ מחקרים בביוטכנולוגיה

הגנים מאלפימחקרים קובץבביוטכנולוגיה

מצגת – ועיצוב עריכה

צור 2004תמי

–1מאמר חומרים לאיתור ביולוגי חיישן פיתוח

התורשתי בחומר הפוגעים

העתיקו את כותרת המאמר במחברת.•רוצים • הייתם מה ועל בכותרת, לכם ברור לא מה

לקבל מידע נוסף?ענו על שאלה זו במחברת.•

עובד על פי המאמר: ••Import bacterial SOS promotor: lux fusion for genotoxicity

מאת יעקב דוידוב, רחל חזן, דנה סמולסקי, טינה ואן-דיק, אמי וולמר, דוד אלסמור, •רוברט לה-רוסה ושמשון בלקין מהמחלקה למיקרוביולוגיה סביבתית באוניברסיטה

העברית.

, רוצים הייתם מה ועל בכותרת לכם ברור לא מה? נוסף מידע לקבל

מהו חיישן ביולוגי?•

מה תפקידו?•

כיצד החומרים פוגעים בחומר התורשתי?•

, רוצים הייתם מה ועל בכותרת לכם ברור לא מה? נוסף מידע לקבל

)נכתב לאחר קריאת המאמר(•

מהו חיישן ביולוגי?•

אלו חומרים פוגעים בחומר התורשתי ?•

כיצד מאתרים חומרים אשר פוגעים בחומר •התורשתי?

מדוע צריך לפתח חיישן ביולוגי?•

, רוצים הייתם מה ועל בכותרת לכם ברור לא מה? נוסף מידע לקבל

מה זה חיישן ביולוגי?•

מה הם החומרים הפוגעים בחומר התורשתי?•

מי פיתח את החיישן הביולוגי?•

כיצד מאתר החיישן הביולוגי את החומרים •האמורים?

כיצד מפתחים את החיישן הביולוגי?•

, רוצים הייתם מה ועל בכותרת לכם ברור לא מה? נוסף מידע לקבל

מה הכוונה בחיישן ביולוגי? •

האם מדובר בצמח או בע"ח?•

האם החיישן הוא חד פעמי או רב פעמי?•

איך החומרים פוגעים בחומר התורשתי?•

כיצד מפתחים את החיישן?•

כיצד החיישן פועל?•

המאמר של והמבוא התמצית קריאת לאחר דיון

האם נתקלתם בקריאה במושגים שאינם ברורים לכם?•

בואו נבדוק על אילו מהשאלות שהעלתם קודם ניתן לקבל •תשובה כבר עכשיו, לאחר קריאת המבוא.

מה הייתה מטרת החוקר?•

כיצד הייתם מציעים לו לבדוק את השערתו?

למבוא משימות

•?" כימיות " זיהוי שיטות הכוונה למהבין • השיטות השוו (:שתי וחסרונות ) יתרונות

" " רעילות " מבחני לבין כימיות זיהוי שיטותביולוגיים".

. ביולוגי ולחיישן כימי לחיישן דוגמא הציעו

חיידק הפועל כחיישן ביולוגי

וגורם לביטויו של הגן Xאיזור הבקרה מופעל על ידי חומר המדווח

זה ...במחקר

במקום לחבר את הגן המדווח לאזור בקרה, •המופעל בנוכחות חומר ספציפי

מחברים לאזור בקרה של מערכת המופעלת •בעקבות נזק לחומר התורשתי.

בתא יש מספר מערכות שתפקידן לתקן •נזקלחומר התורשתי.

מערכות אלו לא מגיבות לרעילות עצמה, אלא •DNAלנזק שגורמים חומרים כימיים ל –

גנוטוקסייםחומרים אלה נקראים •

... שלהלן הניסויים בסדרת

המופעלת SOS של מערכת אזור הבקרה•אופרון , לDNAבחיידקים בעקבות סכנה לנזק ל –

הגורם להארה.בתא נורמלי – המערכת מופעלת – קרינת רקע •

קבועהתאים מתים אינם מאירים•תאים שנפגעו – ההארה נחלשת•המערכת מאותתת – אורות גבוהים ואורות נמוכים •

מקרינת הרקע

: הנוכחי המחקר מטרת

של החיישן הביולוגי אפיון הביצועים1.בתנאים שונים: בנוכחות מגוון חומרים

גנוטוקסים, בתמיסה בעלת הרכב בלתי מוגדר )מי שפכים( וכאשר החיידקים

מקובעים במצע מוצק למחצה )ג'ל( לזמן ממושך.

על ידי שימוש שיפור רגישות המערכת2.בזנים שונים של חיידקים כחיישנים ביולוגיים.

וחומרים שיטותSOS-luxבניית הגן המהונדס •

בחירת אזור בקרה לגן המהונדס.א- היא מערכת תיקון אנזימתית, המופעלת בתא SOSמערכת •

. DNAהחיידק, כתוצאה מופעלת שברים או שינויים כימיים ב .DNA מעורבים בתיקון ה SOSאנזימים השייכים למערכת ה –

הפעלה של המערכת יכולה להעיד על מידת הגנוטוקסיות של •חומרים כימיים שונים, וכן על השפעתה של קרינה

רדיואקטיבית.בחירת גן מדווחב-

לאופרון בשם SOSבוחרים את אזור הבקרה של מערכת ה – •lux שמקורו בחיידק הזוהר ,v.fischheri( 5)גנים

הגנים מקודדים לאנזים לוציפראז ולסובסטרט שלו. כשלוציפרז •מפרק את הסובסטרט שלו נפלט אור בתהליך הדורש אנרגיה.

lux לאופרון SOSהחיבור בין אזור הבקרה של מערכת •מאפשר לראות מתי מופעלת בחיידק המערכת לתיקון

, ללא צורך להוסיף חומרים מבחוץ.DNAנזקים ב –

.SOS-luxחיידק הפועל כחיישן ביולוגי באמצעות מערכת

, ובכך מפעיל את אזור הבקרה של DNAחומר גנוטוקסי גורם נזק ל – הגורם lux. אזור הבקרה משרה ביטוי של אופרון ה – SOSמערכת ה –

להארה.

ככל שיש בדגימה יותר חומר גנוטוקסי, אזורי בקרה יופעלו יותר, •האנזים לוציפראז והסובסטרט שלו יסונטזו יותר והארת החיידקים

תגבר.

מידת הרעילות של החומר הנבדק נקבעת על סמך העלייה בעוצמת •ההארה.

מידת ההארה חושבה על פי היחס בין ההארה של החיידקים שנחשפו •לחומרים גנוטוקסיים, לעומתה הארת הרקע של החיידקים בדגימת

הביקורת, שלא נחשפו לחומרים אלו.

החיידקים זני

SOS-luxזן 1.

-SOS-lux tolCזן 2.

זן זה דומה לזן הראשון מלבד העובדה שהוא נושא מוטציה . tolCבגן

הוא חלבון קטן, שנמצא בקרום התא ומשמש tolCבזן המקורי תוצר הגן כתעלה לסילוק חומרים בעלי מולקולה גדולה והידרופובית מתוך

התא.

נפגמת יכולתו של החיידק -tolCבהעדרו של החלבון כמו בזן המוטנטי לסלק מתוך התא חומרים זרים שחדרו אליו והעשויים לגרום נזק .

הניסוי תנאי

לפני הניסוי גודלו החיידקים בטמפ' של •26oc.במצע עשיר

כל הניסויים בוצעו על שתי דגימות במקביל•שתי חזרות על כל ניסוי.• 4ocאחסנה בקרור ב •לפני המדידה גודלו החיידקים במשך •

.26ocהלילה בטמפ' של

תגובת ההארה של החיידקים נמדדה בנוכחות חומרים, שהוכחו כגורמי נזק ל –

DNA: DNA משנה את מבנה ה – Cמיטומיצין 1.

ע"י יצירת קשרים נוספים בתוך הגדיל ובין הגדילים, בכך הוא מונע את התעתוק

וההכפלה של החומר התורשתי. שהוא חומר הידרופילי. H2O2מי חמצן 2.

DNAיכול לגרום לאיבוד בסיסים ב

שני החומרים מסרטנים.•

20 נעשה שימוש ב – 4בניסוי המתואר בגרף •דגימות של שפכים ממפעלי תעשיה כימית לפני

ימים עוקבים 10ואחרי טיהור, שנאספו במשך .1994בחודשים פברואר ומרץ

טיהור השפכים נעשה בדרך ביולוגית )תרבית •חיידקים הניזונים מהחומרים האורגניים בשפכים(

לפני הניסוי.10כל הדגימות דוללו פי •26ocהניסוי בוצע בטמפ' •

תוצאות

קבוצתית - • משימה•: שונה בגרף מטפלת קבוצה כלבליווי • הכתה בפני להסביר הקבוצה על

שקף/ שקופיתשאלות: ••? החוקרים שאלת הייתה מההשאלה • על לענות כדי השתמשו הם שיטה באיזו

: ההארה של החיידקים 1גרף ומי חמצןCבתגובה לריכוזים שונים של מיטומיצין

תגובת ההארה של חיידקים מהונדסים לחומרים גנוטוקסיים

בריכוזים שוניםבגרף זה נבדקה תגובת ההארה של חיידקים מהונדסים לחומרים •

גנוטוקסים בריכוזים שונים.לחיידקים ישנה הארת רקע ללא קשר לחומרים הגנוטוקסים •

.1המוחדרים להם במהלך הניסוי, ולכן העקומים מתחילים מנקודה : מיטומיצין DNAתגובת ההארה נמדדה בנוכחות חומרים גורמי נזק ל•

C .ומי חמצן , גבוהה יותרCשרגישות החיישן הביולוגי למיטומיצין בגרף מתבטא •

מזו של מי החמצן. סף זיהוי נמוך יותר, ולכן הוא מתחיל לזהור בריכוז נמוך Cלמיטומיצין

ממי החמצן.ההארה גוברת ביחס לעליית ריכוז החומרים הגנוטוקסים, עד הגעה לנקודת שיא.•לאחר רמת השיא, חיידקים רבים שנחשפו לריכוזים גבוהים של חומרים גנוטוקסים, •

, ובמי Cמתו או שתפקודם נפגע, ולכן החלו במגמת ירידה בהארה- במיטומיצין החמצן גם יחד.

, 1קבוצה ונטלי: כרמל בר

: ההארה של 1ניתוח גרף החיידקים בתגובה לחומרים

ומי חמצןCמיטומיצין ומי Cככל שיש ריכוז חומרים גנוטוקסיים )מיטומיצין •

חמצן( גבוה יותר כך החיידקים יגיבו יותר. תגובת החיידקים מתבטאת בהארה.• בריכוז נמוך. ככל Cהחיידקים מגיבים למיטומיצין •

שהריכוז יותר גבוה כך ההארה חזקה יותר. לאחר נקודת השיא של ההארה מתחילה דעיכה בהארה.

החיידקים מגיבים למי חמצן הרבה פחות מאשר הם • )בריכוז יותר גבוה(. לאחר Cמגיבים למיטומיצין

נקודת שיא הם דועכת ההארה במהירות גבוהה.

, 2קבוצה וירון: ארי דורון

מתומצת 1גרף סיכוםמהו הקשר בין ריכוז החומר הגנוטוקסי לבין רמת ההארה?•איך בודקים את ההארה – מפיקים בעזרת הלוציפראז.• )לוגריתמי(10 עולים פי Yלתשומת לב! הערכים בציר •הארה יחסית – הם בדקו את ההארה יחסית לרקע• = רקע.1 •(1כאשר החיידקים מתים אין הארה )קטן מ – •החיישן מאותת גם באורות חזקים.•כשעולה הריכוז עולה ההארה עד גבול מסויים ואח"כ •

החיידקים מתים.הרגישות טובה יותר למיטומיצין מאשר למי החמצן.•

+tolC ו -tolCההארה של הזנים : 2גרף

ומי חמצןCבתגובה לריכוזים שונים של מיטומיצין

_+

לגרף התוצאות 2עיבודשאלת החוקרים: באיזה מידה קיים קשר בין ריכוז החומר הגנוטוקסי •

או +tolc( ובין ההארה של חיידקים בעלי גן Cשונים )מי חמצן, מיטומיצין tolc- ?

החוקרים השתמשו במערכת הבקרה של החיידק הפועל כחיישן ביולוגי •.DNAהגורמת להארה במקרה של נזק ל-

נפגמת יכולתו של החיידק לסלק מתוך התא חומרים -tolcבגן המוטנטי •זרים שחדרו אליו

- הארת 1ניתן לראות כבר מתחילת הניסוי כי ההארה היחסית מתחילה ב-•רקע.

C( הגביר את רגישות החיידק למיטומיצין -tolcהשימוש בגן המוטנטי )•אך לא למי חמצן.

ניתן לראות כי החיידקים רגישים פחות למי החמצן מפני שהוא הידרופילי.•

, 3קבוצה וראם: דור דניאל

מתומצת - 2גרף סיכום

-tolCבגרף זה מופיע חיידק חדש •אין לו מנגנון לסילוק רעלים מהתא.•יש מנגנון לסילוק רעלים מתעלות בקרום +tolCל •

התא את החומרים התא רגיש יותר לא מסלק -tolC אם•

Cלמיטומיצין התעלות הן ספציפיות לחומרים הידרופוביים .•מיטומיצין הוא חומר הידרופובי••H2O2.הוא חומר הידרופילי

-SOS-lux tolCההארה וזמן תגובה של זן : 3גרף מיקרוגרם לליטר, 100 בריכוז Cבנוכחות מיטומיצין

4ocכפונקציה של מספר ימי אחסנה בטמפ' של

תשובות:

שאלת החוקרים הייתה: באיזו מידה קיים קשר בין זמן האחסנה לבין זמן התגובה וכמות ההארה היחסית?Cבנוכחות מיטומיצין

SOS-lux השיטות בהם השתמשו החוקרים: אחסנת חיידקים מזןtolC- בנוכחות מיטומיצין C מיקרוגרם לליטר. 100 בריכוז

מעלות צלזיוס ונמדדה כמות 4החיידקים אוחסנו בטמפ' של הזמן עד שהופיעה ההארה, וכן כמות ההארה היחסית והנתונים

הוצגו בגרף.

הסבר הגרף ומסקנות: ככל שהחיידקים אוחסנו במשך זמן רב כך מספר הדקות שעבר עד להופעת Cיותר בקרבת המיטומיצין

תגובה גדל וכן כמות ההארה היחסית קטנה. ניתן להסיק מכך כי החיידקים "הסתגלו" לחומר.

ואור: 5קבוצה סתיו שיר

תשובות:

החיידקים קירור של ההשפעה מה הייתה החוקרים שאלת , את להפוך בכדי ארוכים מדף חיי על לשמור מנת על

. שיווקי למוצר החיידקים

כל ושמו חיידקים של קבוצות מספר לקחו החוקריםשל בטמפרטורה שונה ימים למספר מכן, 0c4קבוצה לאחר

מיטומיצין החומר את קבוצה לכל הזמן Cהוסיפו את ובדקו , עוצמת את ובדקו הזה לחומר להגיב קבוצה לכל שלוקח

. שלהם ההארה

התוצאות:

של התגובה זמן בקירור זמן יותר היו שהחיידקים ככלמיטומיצין לחומר , Cהחיידקים ההארה ועוצמת עלה

, לעוצמת התגובה זמן בין הפוך קשר ישנו ירדה שלהםההארה

, 6קבוצה שרית: עומריואריק

מתומצת - 3גרף סיכום

•? החיישן של המדף חיי מהם•. יורדת היחסית ההארה עובר שהזמן ככל•. ועולה הולך תגובה זמן•. קורים שיקרו רוצים היינו שלא הדברים שני•. בפרויקט נמצאים שבו השלב זה

לשפכים : 4גרף חשיפה בעקבות ההארה תגובת . עשר פי דוללו הדגימות מטוהרים ולשפכים תעשייתיים

. הניסוי לפני

תעשייתיים לשפכים חשיפה בעקבות ההארה תגובת . לפני עשר פי דוללו הדגימות מטוהרים ולשפכים

הניסוי.

ת:באיזו מידה מושפעת ההארה מחשיפה לשפכים תעשייתיים ולשפכים מטוהרים ?

ת: החוקרים פיתחו חיישן ביולוגי על בסיס חיידק שהונדס גנטית המסוגל לבדוק ולזהות

גנוטוקסים שונים אשר פוגעים בחומר התורשתי של החיידק. זה שלו שמדווח על נזק DNAקורה כיוון שהחיידק הונדס בקטע ה

(sos) החוקרים חיברו את אזור הבקרה של ה . sos המופעלת ,בחיידקים בעקבות סכנה לנזק, במקרה הזה רעלים במי שפכים.

.7קבוצה ב: ומתן מיכל

שאלת החוקרים הייתה: באיזו מידה משפיע הטיהור הביולוגי של שפכים תעשייתיים על יכולת הניטור של

החיידקים?

על מנת לענות על שאלה זו, עקבו החוקרים אחר מידת ההארה היחסית של חיידקים בשפכים תעשייתיים ובשפכים

מטוהרים לאורך זמן של שבועיים, והשוו בין התוצאות. מהתוצאות ניכר היה כי מידת ההארה של החיידקים

בשפכים התעשייתיים הייתה גבוהה ממידת ההארה של החיידקים בשפכים המטוהרים לכל אורך הניסוי. תוצאה זו

מאששת את ההשערה, ונובעת מכך שבשפכים הלא-מטוהרים ריכוז גבוהה יותר של חומרים גנוטוקסיים.

חשיפה בעקבות ההארה תגובתולשפכים תעשייתיים לשפכים

מטוהרים

ואדם: 8קבוצה ברק תום

מתומצת - סיכום גרף

תגובת ההארה בעקבות חשיפה לשפכים •תעשייתיים ולשפכים מטוהים.

בגרף רואים שבשפכים תעשייתיים •.DNAמעורבבים יש השפעה על ה –

החיישן הביולוגי יכול לזהות גם בתערובת •.DNAאם יש פגיעה ב –

חשוב לזכור!

•. בנו יפגע דווקא לאוו בחיידק שפוגע מהידי • על יזוהה באדם שפוגע מה ולהפך

החיידק.

כימיים • חיישנים של סוללה להפעיל צריךיוכל אם ישפוט שהאדם כד וביולוגיים

. אלו מים לשתות