معلومة

هل يمكن أن تنتقل الخلايا السرطانية من كائن حي إلى آخر؟

هل يمكن أن تنتقل الخلايا السرطانية من كائن حي إلى آخر؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

أعلم أن الخلايا السرطانية مرنة جدًا ، فهل من الممكن لها البقاء على قيد الحياة خارج الكائن الأصلي لفترة كافية ليتم امتصاصها من قبل شخص آخر؟ علاوة على ذلك ، هل هذا النوع من "العدوى" ممكن؟


نعم فعلا. مثال على ذلك مرض ورم الشيطان الوجهي:

https://en.wikipedia.org/wiki/Devil_facial_tumour_disease

ابحث هنا عن أمثلة أخرى للسرطانات المعدية.

لم أسمع عن أي سرطان ينتقل للإنسان.


رف الكتب

NCBI Bookshelf. خدمة للمكتبة الوطنية للطب ، المعاهد الوطنية للصحة.

ألبرتس ب ، جونسون أ ، لويس جيه ، وآخرون. البيولوجيا الجزيئية للخلية. الطبعة الرابعة. نيويورك: جارلاند ساينس 2002.

  • بالاتفاق مع الناشر ، يمكن الوصول إلى هذا الكتاب من خلال ميزة البحث ، ولكن لا يمكن تصفحه.


مقدمة

يستلزم التكاثر الجنسي تكاليف عديدة وغالبًا ما تكون باهظة [1] ، ومع ذلك فإن معظم حقيقيات النوى تمارس الجنس ، على الأقل في بعض الأحيان [2]. لتفسير هذا التناقض الظاهري ، تم تطوير الكثير من النظريات لتحديد الفوائد المرتبطة بالتكاثر الجنسي [3-6]. يخلط الجنس المادة الوراثية من أفراد الوالدين ويفكك تركيبات الأليل التي تم إنشاؤها عن طريق الانتقاء السابق. يعتمد تحديد ما إذا كان هذا على استقرار البيئة بشدة. في بيئة مستقرة ، من المحتمل أن يكون الانتقاء قد جلب بالفعل مجموعات مواتية من الأليلات معًا في الماضي ، ويمكن أن يصبح الخلط الجيني المستمر ضارًا [7 ، 8]. لذلك ، في العديد من النماذج ، يعتمد تطور الجنس على الميزة التي تتلقاها السلالات من خلط المواد الجينية في بيئة غير مستقرة [9]. في ظل سيناريو تقلب الانتقاء ، يمكن أن يكون الجنس مفيدًا لأنه يكسر مجموعات الأليل التي تم إنشاؤها عن طريق الانتقاء السابق والتي أصبحت الآن غير مواتية [8 ، 10].

تؤكد "فرضية الملكة الحمراء" لتطور الجنس على إمكانات تفاعلات الطفيليات المضيفة في إحداث تقلب في الانتقاء ، وبالتالي تفضيل الاختلاط الجيني [11-17] (يجب عدم الخلط بينه وبين فرضية الملكة الحمراء ذات التطور الكبير [18]). غالبًا ما تكون العوائل ذات النمط الوراثي النادر أقل عرضة لسلالات الطفيليات الشائعة [19] ، وينتج عن التطور المشترك بين العوائل والطفيليات (ما يسمى بديناميات الملكة الحمراء) اختيارًا سلبيًا يعتمد على التردد ، مثل أن الانتقاء يتقلب بمرور الوقت للمضيف والطفيليات على حد سواء [20]. يُفضل الخلط الجيني بعد ذلك لأنه يمكن أن ينتج ذرية ذات ارتباطات وراثية نادرة حاليًا وبالتالي فهي أقل عرضة للطفيليات [14 ، 20 ، 21].

حتى الآن ، نظرت دراسات فرضية الملكة الحمراء في العوائل والطفيليات التي تنتمي إلى مجموعات تصنيفية متميزة. في مقال رأي حديث ، كسر توماس وزملاؤه (2019) هذا التقليد وسلطوا الضوء على الدور المحتمل المثير للاهتمام لسلالات الخلايا السرطانية المعدية في تطور الجنس [22]. يتجلى السرطان على أنه خلايا جسدية تتحرر من التعاون متعدد الخلايا وتتكاثر بشكل لا يمكن السيطرة عليه ، غالبًا على حساب حياة الكائن الحي (وكذلك الخلايا السرطانية) [23]. السرطان هو طريق مسدود تطوري [24] ، ولكن ينشأ استثناء عندما تكون الخلايا السرطانية قابلة للانتقال وتعيش بعد مضيفها ، وتتصرف في هذا الصدد بشكل مماثل للطفيليات التي تصيب مضيفين جدد. في هذه الحالة الأخيرة ، يمكن أن يعاني المضيفون ليس فقط من الخلايا السرطانية الناشئة من أنسجتهم ولكن أيضًا من الخلايا السرطانية المنقولة التي نشأت في أفراد مضيفين آخرين.

تختلف السرطانات المعدية اختلافًا جوهريًا عن العوامل المعدية التي تزيد من مخاطر الإصابة بالسرطان (على سبيل المثال ، فيروس الورم الحليمي البشري المسبب لسرطان عنق الرحم [25]). تنتقل السرطانات المعدية مباشرة إلى عوائل جديدة ولا تتطلب خلايا أو جزيئات فيروسية من أصناف أخرى لتلعب أي دور في نظام العدوى. حتى الآن ، لوحظت سلالات الخلايا السرطانية المعدية في عدد قليل من الأصناف فقط ، وهي ثلاثة أنواع من الثدييات [26-29] وأربعة أنواع ذوات الصدفتين [30-32] ، ولكن ربما تكون الكائنات الحية متعددة الخلايا المبكرة ، ذات الدفاعات الأساسية المضادة للسرطان ، قد ابتليت من خلال هذه المشكلة أكثر من الموجودة [22 ، 33].

على هذا الأساس ، اقترح توماس وزملاؤه (2019) فرضية مثيرة للاهتمام مفادها أن انتشار الجنس في حقيقيات النوى متعددة الخلايا ربما كان مدفوعًا في الأصل بخطوط الخلايا السرطانية المعدية التي تصيب بانتظام المضيفين متعددي الخلايا (لاحظ ، مع ذلك ، أن حقيقيات النوى تميل إلى أن تكون جنسية حتى لو كانت كذلك. أحادية الخلية) [22]. ووفقًا لهذا الرأي ، فإن تنوع الأنماط الجينية الناتجة عن الجنس يساعد الأفراد في مهمة التفريق بين الذات وغير الذات ، وبالتالي تقليل القابلية للإصابة بالسرطانات المعدية. وبالتالي ، فإن الانتقاء على المضيف متعدد الخلايا لتجنب الإصابة بالسرطان المعدي يشبه الانتقاء الناجم عن عوامل طفيلية غير محددة النوعية ، ويفضل تطور الجنس والحفاظ عليه.

تتشابه السرطانات القابلة للانتقال مع الطفيليات الأخرى من حيث أن بقاء سلالاتها على المدى الطويل يعتمد على انتقالها الناجح إلى مضيفين آخرين ، الأمر الذي يتطلب التحايل على الجهاز المناعي للمضيف. ومع ذلك ، فإن الخلايا السرطانية القابلة للانتقال تمثل مشكلة شائكة بشكل خاص للمضيف ، حيث أن تركيبها الجيني (ومن ثم النمط الظاهري الخلوي الخاص بها) يشبه افتراضيًا إلى حد كبير تلك الموجودة في المضيف ، نظرًا لأنها تنشأ عن طريق طفرة من أنسجة المضيف نفسه أو من نسيج محدد (لاحظ ، مع ذلك ، أنه تم الإبلاغ عن حالة انتقال عبر الأنواع [31]). يتشابه التعرف على الذات / عدم التعرف على الذات من الناحية المفاهيمية مع نموذج "الأليلات المطابقة" لدفاع العائل ضد الطفيليات (ذات الصلة بعملية الملكة الحمراء [20 ، 34-37]) ، من حيث أن احتمالات الإصابة بالخلية السرطانية تعتمد على التركيب الجيني من السكان المضيفين. للوهلة الأولى ، يمهد هذا المشهد للتطور المشترك العدائي بين السرطان القابل للانتقال ومضيفه ، مفضلاً تطور الجنس تمامًا كما هو متوقع في ظل فرضية الملكة الحمراء. ومع ذلك ، بدون تحقيقات رسمية ، من الصعب الحكم على ما إذا كانت التفاعلات العدائية بين المضيفين والسرطانات المعدية تؤدي إلى تقلب في اختيار النوع الضروري لديناميكيات الملكة الحمراء. على وجه التحديد ، من غير الواضح ما إذا كان يمكن الحفاظ على تقلب الانتقاء عندما تنتج العوائل الحساسة نفسها سلالات سرطانية طفيلية تكون عرضة لها.

في هذه الورقة ، نتحرى ما إذا كانت التفاعلات العدائية بين المضيفين والسرطانات المعدية يمكن أن تعزز تطور الجنس في ظل فرضية الملكة الحمراء. نحن نحلل نموذجًا وراثيًا سكانيًا للاختيار المتقلب ونكمله بنموذج وبائي. يبني النموذج الأخير بيئة وبائية صريحة نستخدمها بعد ذلك لفحص قيم المعلمات المحتملة التي يتخذها النموذج الجيني للسكان. يتيح لنا هذا الاستخدام المشترك لنموذجين تقييم مدى احتمالية أن يجد النظام المصمم نفسه داخل نظام اختيار يمكن فيه ديناميكيات الملكة الحمراء أن تفضل التكاثر الجنسي.

نهجنا هو نسخة مبسطة عن عمد من جميع أنظمة التعرف على الذات / غير الذاتية (مع وجود موقعين فقط متضمنين في التعرف ، بالإضافة إلى معدل واحد يحدد التكاثر الجنسي / اللاجنسي) ، ونعتبره الخطوة الأولى الضرورية لفهم الظروف تحت التفاعلات بين العوائل والسرطانات المعدية يمكن أن تؤدي إلى ديناميكيات الملكة الحمراء التي تعزز تطور الجنس. نحن نركز على أحد الجوانب الأساسية التي تميز السرطانات المعدية عن الطفيليات الأخرى: الإنتاج المستمر لخطوط الخلايا السرطانية من أنسجة المضيف (وهي عملية نشير إليها باسم `` الورم '') ، والتي نعرضها لمنع تطور الجنس تحت فرضية الملكة الحمراء. ينشأ التأثير المثبط لأن "السرطانات الجديدة" الناتجة عن الأورام من المحتمل أن تصيب المضيف بنمط وراثي مشترك ، مما يقلل بشدة التأخر بين المضيفين والسرطانات المعدية الديناميكيات التطورية ، وهو أمر ضروري لحدوث تقلبات التطور المشترك. يمكن أن تختار ديناميكيات التطور المشترك الجنس في ظل بعض مناطق المعلمات للنموذج الجيني للسكان ، ومع ذلك نظهر أن حجم تلك المناطق يتقلص بمجرد أن نفكر في القيود الوبائية.


الفيروسات

الهربس. الهربس هو فيروس أو عائلة من الفيروسات (فيروسات الهربس) تسبب تقرحات البرد وبثور الحمى والتهابات الأعضاء التناسلية. كان يُعتقد سابقًا أن فيروس الهربس من النوع الأول (HV1) يسبب مشاكل & # x0022 فوق الحزام ، & # x0022 بينما يُنسب إلى فيروس الهربس من النوع 2 (HV2) مشاكل & # x0022below الحزام. & # x0022 اليوم من المعروف أن إما HV1 أو HV2 (بما في ذلك العديد من الأنماط المصلية ) يمكن أن تصيب أي منطقة من الجسم.

ينتج عن الهربس التناسلي (أو الهربس التناسلي) بثور مؤلمة في الشرج والقضيب (عند الذكور) وعنق الرحم ، الفرج ، أو المهبل (عند الإناث). هذا المرض ، الذي يمكن أن يتكرر على فترات متقطعة ، يكون أكثر عدوى خلال مرحلة ظهور البثور. على الرغم من أن المرض غير قابل للشفاء ، إلا أنه يمكن علاجه. الأسيكلوفير هو الدواء المفضل. نظرًا لأن الهربس التناسلي يمكن أن ينتقل عبر قناة الولادة ، فغالبًا ما يتم الولادة القيصرية لأطفال النساء الحوامل المصابات بهذه العدوى. يوجد ارتباط كبير في الإناث بين القوباء التناسلية وسرطان عنق الرحم.

الثآليل التناسلية. تحدث الثآليل التناسلية بسبب مجموعة من فيروسات الورم الحليمي. ارتبط وجود هذه الثآليل عند النساء بزيادة خطر الإصابة بسرطان عنق الرحم. يمكن إزالة الثآليل جراحيًا أو كيميائيًا أو عن طريق العلاج بالتبريد (التجميد).

فيروسات التهاب الكبد. فيروسات التهاب الكبد ، التي يتم تحديدها اليوم غالبًا على أنها A و B و C و D و E ، ليست من الأمراض المنقولة بالاتصال الجنسي بشكل صارم. ومع ذلك ، يمكن أن ينتشر التهاب الكبد B والتهاب الكبد C عن طريق الاتصال الجنسي ويمكن أن ينتشر التهاب الكبد B في الرحم.


لماذا ينتشر السرطان؟

لا تنتشر الخلايا الطبيعية خارج المنطقة التي تنتمي إليها. على سبيل المثال ، لا تنتقل خلايا الرئة إلى القلب على الرغم من قربها. والسبب في ذلك هو أن الخلايا الطبيعية تحتوي على "مواد كيميائية التصاق" تعمل إلى حد ما مثل الصمغ ، وتحافظ على الخلايا المختلفة معًا في منطقتها الأصلية. العملية النقيلية ليست مفهومة بالكامل بعد. في بعض الأحيان ، قد تفقد الخلايا السرطانية المواد الكيميائية اللاصقة ، وتنفصل عن الورم لتصبح "مفكوكة" ومتحركة ، وتتحرك بحرية عبر الأوعية اللمفاوية أو مجرى الدم (انظر أدناه). بشكل عام ، تتواصل الخلايا الطبيعية مع الخلايا الأخرى المجاورة - في جوهرها ، تكون تحت السيطرة باستمرار وتذكّر بحدودها. ابتكرت بعض الخلايا السرطانية طرقًا لتجاهل إشارات الاتصال هذه ، حتى تتمكن من السفر بحرية وغزو الأنسجة المجاورة. هناك اختلافات أخرى بين الخلايا السرطانية والخلايا الطبيعية التي تسمح للخلايا السرطانية التي سافرت لتقيم في مكان جديد.


عواقب HGT: من المرونة التطورية إلى تطور المرض

في الأقسام التالية ، نلقي نظرة عامة على عواقب HGT من استنباط آثار مفيدة للتسبب في أمراض ذات صلة بالصحة صعبة تحدث من خلال التبادل الجيني بين بدائيات النوى بدائيات النوى ، بدائيات النوى ، حقيقيات النوى ، فيروس - حقيقيات النوى ، وحقيقيات النوى ، من بين أمور أخرى.

التبادل الجيني بدائيات النوى بدائيات النوى

تكشف لمحة عن HGT بين الأنواع البكتيرية عن الدور الكبير والمنتشر للتبادل الجيني. نتيجة هذا التبادل هو تعديل الجينوم البكتيري بهدف الحصول على سمات وراثية جديدة وبالتالي التفاعل السريع والتكيف مع التغيرات البيئية (الشكل 2 Wiedenbeck and Cohan ، 2011 Croucher et al. ، 2016). نتيجة جذب تسلسل الحمض النووي العاري هو إعادة تكوين وتطور العديد من الأنواع البكتيرية. وبالمثل ، فإن الحصول على جزر مسببة للأمراض البكتيرية (PAIs) يمكن أن يحول الأنواع غير الضارة إلى مسببات الأمراض المحتملة (Thomas and Nielsen ، 2005 Bliven and Maurelli ، 2016). لا داعي للقول إن هذا التعديل له أهمية حاسمة بالنظر إلى أن دمج ARGs في جينومات البكتيريا المضيفة قد تسبب في مشاكل صحية خطيرة على مدار تاريخ البشرية (Kumar et al. ، 2017). بشكل عام ، يمكن أن يتسبب تبادل المواد الجينية بين بدائيات النوى في التطور الجيني والتكيف البيئي مما يعزز اكتساب مقاومة الأدوية. الأهم من ذلك ، أن كل من التكيف والتطور البيئي من العوامل الرئيسية في اكتساب المقاومة للعوامل المضادة للميكروبات. يتم وصف العديد من الآليات في مقاومة الأدوية المضادة للميكروبات بما في ذلك مضخة تدفق المضادات الحيوية ، وتدهور المضادات الحيوية ، وتعطيل الإنزيم ، وتعديل الهدف ، وانخفاض الامتصاص ، من بين أمور أخرى (Peterson and Kaur ، 2018). من المعروف أن الميكروبات تنقل جين المقاومة لبعضها البعض بسرعة ، وبالتالي فإن خاصية مقاومة المضادات الحيوية تنتشر بين السلالات. البيئة ، باعتبارها المصدر الرئيسي لـ MGEs ، تشارك في نقل جينات المقاومة (Kn & # x00F6ppel et al. ، 2017). بشكل عام ، يعتبر حدوث الطفرات الصبغية والنقل الأفقي للمادة الجينية لمقاومة المضادات الحيوية طريقتين رئيسيتين للابتكار والتطور وتغير تسلسل الجينات بين الكائنات الحية ، وخاصة البكتيريا.

الشكل 2. أسباب وعواقب بدائيات النوى بدائيات النوى HGT. يتم عرض الوسطاء في مربعات بيضاء وتظهر النتائج في مربعات ملونة. كآلية دفاع طبيعية في بعض البكتيريا ، يمكن لنظام CRISPR-Cas9 التغلب على النقل الأفقي للمادة الوراثية ، بوساطة المركبات الكهربائية و / أو البلازميدات. نتيجة HGT في جميع الحالات هي ظهور سلالات بكتيرية مقاومة وانتشار العدوى ذات الصلة بالإنسان. تم الحصول على البيانات من Klieve et al. (2005) ، بابي & # x0107 وآخرون. (2008) ، Husnik وآخرون. (2013) ، Marraffini and Sontheimer (2008) ، Dubey and Ben-Yehuda (2011) ، Borgeaud et al. (2015) ، كوبر وآخرون. (2017) ، Tzipilevich وآخرون. (2017) ، برايس وآخرون. (2019).

يلعب نقل الجينات الأفقي دورًا كبيرًا في تقدم الميكروبات المقاومة للأدوية ونقل جينات السمية. يبدو أنه من بين طرق HGT الأخرى ، نادرًا ما تحدث آلية التحول بين الأنواع البكتيرية من أجل نقل جينات المقاومة ، ومع ذلك ، فإن طريقة الاقتران التي تطبق MGEs مثل البلازميدات والترانسبوزونات هي طريقة فعالة للغاية وذات صلة بانتشار مقاومة المضادات الحيوية (السعر وآخرون ، 2019). النتائج من في السيليكو دعم الدراسة هو أن العلاقات التطورية هي التي تحدد الملاءمة والتوافق الوظيفي للجينات المنقولة أفقياً في المضيفين الجدد. أظهرت النتائج أيضًا أن استخدام الكودون ومحتوى GC وطاقة طي الرنا المرسال تلعب دورًا ثانويًا في نقل الجينات غير المتجانسة (بورس وآخرون ، 2018).

يمكن أن يحول نقل الجينات المقاومة بين الجسم والبكتيريا # x2019s البكتيريا المتعايشة إلى بكتيريا ممرضة مقاومة للمضادات الحيوية ، والتي تسبب العدوى البشرية وكذلك انتشارها (باترسون وآخرون ، 2016). في هذا الخط ، المكورات المعوية البرازية معروف بقدرته الجيدة على التكيف مع أمعاء الثدييات. يؤوي هذا المستعمر الأصلي للأمعاء البشرية البلازميدات المستجيبة للفيرومونات (PRPs) التي يمكن أن يحدث من خلالها نقل ARG بين الأنواع وبين الأنواع. من أجل هذا، E. faecalis تمثل غالبية إصابات المكورات المعوية البشرية (Garcia-Solache and Rice ، 2019). تم الإبلاغ عن تعبئة البلازميد كآلية رئيسية لـ HGT في تطور الأشكال المقاومة لـ E. faecalis الذي ينطوي على نقل الكروموسومات من E. faecalis يحتوي PAI على جينات الفوعة ومضادات الميكروبات وكبسولة المقاومة وصفات أخرى (مانسون وآخرون ، 2010). وبالمثل ، فإن تبادل ARG بين البكتيريا ناتج بشكل أساسي عن ظاهرة HGT ، حيث تلعب آلية الاقتران الدور المهيمن (Babi & # x0107 et al. ، 2008).

أتاح ظهور تسلسل الجيل التالي (NGS) كطريقة عالية الإنتاجية فحص المقاومة (المجتمعات الميكروبية) بدلاً من كائن حي مُمْرض واحد. يمكن تطبيق NGS لتحسين الكشف الاستباقي والتخفيف من تهديدات مقاومة المضادات الحيوية المتطورة (كروفتس وآخرون ، 2017). باستخدام تسلسل الجينوم الكامل (WGS) ، تمت دراسة تأثير ARGs المنقولة أفقياً على القضاء على حساسية البكتيريا المتلقية للمضادات الحيوية بين مسببات الأمراض المعوية. أظهرت البيانات أن نمط مقاومة مضادات الميكروبات (AMR) لـ 654 من مسببات الأمراض البكتيرية المعوية من ستة أجناس ممثلة كان يشفر المقاومة ضد 22 مضادًا حيويًا من تسع فئات دوائية متميزة. تم تأكيد وجود العديد من MGEs و HGT باستخدام WGS في ستة مسببات الأمراض المعوية المقاومة للأدوية (Kumar et al. ، 2017).

يمكن لبعض المضيفين الدفاع بشكل فعال ضد الحمض النووي الخارجي ، بحيث يمكن استخدام نظام كريسبر في بعض البكتيريا لاستنباط مناعة ضد العاثيات. منذ أكثر من عقد من الزمان ، أظهر Marraffini و Sontheimer (2008) أن مواقع CRISPR تتعارض مع ARGs & # x2019 المنتشرة بين الأنواع البكتيرية. أظهروا أن الجينات المقاومة للميثيسيلين والفانكومايسين المتدفقة من المكورات العنقودية الذهبية إلى قسمين المكورات العنقودية البشروية سلالات تفتقر إلى كريسبر (S. البشرة حصل ATCC 12228) على الجينات المنقولة ، في حين أن السلالة التي تحتوي على CRISPR (S. البشرة RP62a) ضد اكتساب الجينات المنقولة. وبالمثل ، تحد مواضع CRISPR من انتشار مقاومة المضادات الحيوية في البكتيريا المسببة للأمراض لأنها يمكن أن تمنع طرقًا متعددة لـ HGT ، بما في ذلك نقل العاثيات أو التحول أو الاقتران (Marraffini and Sontheimer ، 2008).

المكورات العنقودية الذهبية هي بكتيريا معدية معروفة وذات أهمية إكلينيكية ، حيث تكاد تكون مقاومة لجميع المضادات الحيوية. سلالات N315 و Mu50 من بكتريا المكورة العنقودية البرتقالية مقاومة للميثيسيلين والفانكومايسين على التوالي. مسح تسلسل الجينوم لمقاومة الميثيسيلين بكتريا المكورة العنقودية البرتقالية (MRSA) ومقاومة الفانكومايسين بكتريا المكورة العنقودية البرتقالية (VRSA) كشفت عن مستويات كبيرة من HGT والتعقيد في الجينوم. تظهر الدراسات أن 26 و 28 MGEs تنقل ARGs إلى N315 و Mu50 ، على التوالي (Kuroda et al. ، 2001 Lepuschitz et al. ، 2018).

البكتيريا سالبة الجرام ضمة الكوليرا يُعرف باسم العامل الممرض الذي ينقل سمومه إلى الخلايا المجاورة بواسطة نظام إفراز النوع السادس (T6SS) ، وبالتالي يتم دمج الحمض النووي مباشرة في جينوم البكتيريا. ال ضمة الكوليرا ينشر الإمراضية من خلال اكتساب جينات المقاومة أيضًا (Borgeaud et al. ، 2015). الدراسات التجريبية التي أجراها Seitz et al. (2014) عن الدور الفعال للكوميا في امتصاص واستقبال الحمض النووي في ضمة الكوليرا الخلايا.

العقدية الرئوية تعتبر أيضًا من أنواع البكتيريا الغازية الأخرى. من أجل البقاء والسيطرة في ظل ظروف مؤهلة ، الرئوية الرئوية الاستفادة من النقل الأفقي للحمض النووي (HDT) ، حيث يقوم بحقن السموم لقتل الخلايا الشقيقة / القريبة ثم استخراج محتواها الجينومي (كيركوب ، 2017). يمكن تتبع آثار HGT في التسبب في راكدة بومانية مع معدل وفيات مرتفع (معدل 19 & # x201354٪) ومعدلات عالية (& # x003E60٪) من مقاومة الأدوية المتعددة (MDR). ذكرت دراسة انخفاض ملحوظ في الإشريكية القولونية البكتيريا بسبب قتل وتلقي ARGs الخاصة بهم Acinetobacter baylyi عبر آلية HGT. أ. baylyi ليسيس المفترس بكتريا قولونية كفريسة بواسطة نظام T6SS (Cooper et al. ، 2017).

بصرف النظر عن دور البلازميدات المقترنة كما ناقش وسطاء HGT حتى الآن ، أفاد دوبي وبن يهودا (2011) أن العصوية الرقيقة نقل ARGs أفقيا بين نفس سلالة البكتيريا ، وإلى القريبة بكتريا المكورة العنقودية البرتقالية و بكتريا قولونية الجينوم عبر الأنابيب النانوية الموصلة (دوبي وبن يهودا ، 2011).

علاوة على ذلك ، تعد المركبات الكهربائية لاعبًا فعالًا آخر في تبادل الجينات البكتيرية وانتقال العدوى بين الأنواع وداخل الأنواع (Liu et al. ، 2018). وفقًا لذلك ، Klieve et al. (2005) أن الحصول على المادة الجينية من خلال المركبات الكهربائية يعيد إمكانية التخمير لـ المجرة النيابة. سلالة YE71 لهضم السليلوز النباتي.

على الأرجح ، تشارك MVs في النقل العابر لمستقبلات Phage SPP1 من حساسية الملتهمة العصوية الرقيقة البكتيريا للبكتيريا المقاومة SPP1 سلبية. بالنسبة للعدوى البكتيرية ، يجب أولاً ربط العاثية بسطح البكتيريا. يتم التوسط في ذلك من خلال التعبير عن مستقبلات فج خارج الخلية ، على سبيل المثال ، SPP1 ، على غلاف البكتيريا. تبين أن الزراعة المشتركة للخلايا المقاومة والحساسة تؤدي إلى النقل الأفقي لجين SPP1 ، مما يجعل امتصاص الملتهمة والعدوى والتحلل اللاحق للبكتيريا المقاومة. تم تأكيد النتائج من خلال التصور المباشر للعاثيات الممتزجة ذات العلامات الفلورية على الخلايا المقاومة ذات العلامات الفلورية (Ofir and Sorek ، 2017 Tzipilevich et al. ، 2017).

التبادل الجيني بدائيات النوى - حقيقيات النوى

تشير الدلائل إلى أن جينومات حقيقيات النوى تتأثر أيضًا بـ HGT ، على الرغم من أنها أقل تكرارًا من HGT بين الأنواع البكتيرية (Keeling and Palmer ، 2008). في هذا القسم ، نقوم بتقييم عواقب تبادل المعلومات بين الممالك المختلفة في سياق تطور وتكييف وتطوير مقاومة مضادات الميكروبات بالإضافة إلى تعزيز الأمراض المختلفة المتعلقة بالصحة لدى البشر (الشكل 3).

تطور السمات الجديدة

بطيئات المشية ، والتي تسمى أيضًا دب الماء ، هي مخلوق مجهري ذو ثمانية أرجل. إنه ذو أهمية خاصة بسبب قدرته على تحمل الظروف الصعبة للغاية والضغوط العالية. في عام 2015 ، أجرى توماس مع فريقه البحثي مسحًا وكشف عن تسلسل الجينوم لهذا الحيوان. أظهرت النتائج التي توصلوا إليها أن بطيئات المشية قد حصلت على حوالي سدس (حوالي 17.5٪) من جيناتها من البكتيريا والنباتات والفطريات والعتائق. كان هذا اكتشافًا غير متوقع نظرًا لأن نصف هذا المبلغ تقريبًا كان الحد الأقصى المعروف لمقدار HGT المحتمل حتى تلك اللحظة. تم إدخال الجينات الأجنبية في جينوم بطيئات المشية & # x2019 على مر السنين وأدخلت تغييرات في تركيبة جينوم هذا الحيوان & # x2019s لتكون قادرة على مقاومة التوترات بشكل أفضل. نظرًا لأن البكتيريا نجت في ظروف صعبة لسنوات ، وحتى عقود ، فقد وجد الباحثون أن اكتساب الكائنات الحية الأخرى للحمض النووي الغريب يلعب أيضًا دورًا مهمًا في القدرة العالية على تحمل ظروف معينة (Boothby et al.، 2015 Hashimoto et al.، 2016).

مثال آخر مثير للاهتمام يوضح دور HGT في تطور سمات جديدة هو التعرف على الكائنات الحية الدقيقة التي تعاني من نقص الميتوكوندريا. كان يُعتقد عمومًا أن جميع الخلايا حقيقية النواة مطلوبة للحصول على عضية ميتوكوندريا للبقاء على قيد الحياة ، ومع ذلك ، في عام 2016 مع تسلسل الجينوم لكائنات دقيقة لا هوائية حقيقية النواة ، مونوسيركومونويدس sp. ، Karnkowska et al. اكتشف (2016) أن تطور هذه الخلية الميكروبية كان بطريقة تعني أنها تفتقر عمومًا لبروتينات الميتوكوندريا وجيناتها المشفرة. كشف مزيد من التحليل أن مونوسيركومونويدس ص. يستبدل نظام تعبئة الكبريت الخلوي (SUF) لتوفير مجموعات Fe-S ، التي يتم تحقيقها من خلال النقل الأفقي لنظام كتلة الحديد والكبريت في الميتوكوندريا من البكتيريا الأخرى (Karnkowska et al. ، 2016.)

تظهر العديد من الدراسات أن تطور التكاثر اللاجنسي في الروتيفيرات bdelloid قد خضع لـ HGT على مر السنين من أجل التكيف مع التغيرات البيئية المكروية. يعد اكتساب الجينات الأفقية إحدى الطرق للحفاظ على الجينات السليمة في bdelloids. الروتيفر Bdelloid هي حيوانات مجهرية متعددة الخلايا توجد في البيئات المائية. هذه الكائنات الحية الدقيقة تقاوم الظروف القاسية ويمكنها حتى البقاء في ظروف جافة تمامًا تفتقر إلى كل الماء. في ظل هذه الظروف ، ينهار الحمض النووي مزدوج الشريطة ، وبعد التعرض لما يكفي من الماء ، يتم الحصول على الحمض النووي الغريب أفقيًا من بدائيات النوى وحتى في بعض الحالات من الروتيفيرات الأخرى بهذه الطريقة ، يمكن لهذه الكائنات الدقيقة إصلاح كروموسوماتها. على الرغم من حدوث التكاثر الأميولوجي في bdelloids ، فإن التغييرات والتنوع في الجينات والتشعبات في الأنواع rotifer ممكن من خلال ظاهرة HGT. تشير التسلسلات الفرعية للكروموسومات bdelloids إلى حجم كبير من المواد الوراثية الخارجية وغير metazoan. يصف التحليل الوراثي لجينومات Adineta vaga باعتباره bdelloid وجود أكثر من 8 ٪ من الجينات الأجنبية المنقولة بشكل جانبي في جينومها (Boschetti et al. ، 2012 Flot et al. ، 2013 Eyres et al. ، 2015).

علاوة على ذلك ، فإن تعايش بلانوكوكوس سيتري الدقيقي الدقيقي و Tremblaya princeps ، إلى جانب التعايش الداخلي ، يعتبر Moranella endobia شكلًا معقدًا من HGT. تمتص البق الدقيقي النباتات وعصير # x2019 ، ولكن في ظل الظروف غير السارة ونقص المغذيات ، توفر الجينات المنقولة التي تمثل 22 جينًا من البكتيريا التكافلية والبكتيريا الأخرى العناصر الغذائية الأساسية لمضيفي الحشرات. نظرًا لأن Tremblaya تأثرت بعملية الانحلال على مدار سنوات من التطور ، فإن ارتباطها مع Moranella يعوض الجينات المفقودة التي تشارك في الغالب في تخليق الأحماض الأمينية الأساسية ووظائف التمثيل الغذائي (Husnik وآخرون ، 2013 Husnik and McCutcheon ، 2016 Szab & # x00F3 وآخرون ، 2017).

التكيف البيئي

إن الطريقة التي يمكن للكائنات الحية أن تحيا بها في البيئات الغنية بالزرنيخ هي مثال واضح على HGT عبر المملكة الذي يمكّن حقيقيات النوى الشديدة من التكيف مع الحياة ، حيث تلقت أفقيًا ArsM As (III) SAM methyltransferase من البكتيريا أو العتائق. وهكذا ، فإن نقل وانتشار جينات arsM أفقياً من البكتيريا إلى ممالك أخرى جعل من الممكن مقاومة سمية هذا المعدن. الزرنيخ [As (III)] هو زرنيخ غير عضوي ثلاثي التكافؤ يتم تحويله إلى شكل أكثر سمية يسمى methylarsenite [MAs (III)] أثناء تفاعل المثيلة بواسطة جين arsM. لقد لوحظ أنه بالإضافة إلى جينات arsM التي تعرض أشكال ارتباط S-adenosylmethionine المحفوظة لنقل الميثيل إلى As (III) ، تم أيضًا اكتشاف ثلاث بقايا سيستين محفوظة من بروتين ArsM في المواضع Cys72 و Cys174 و Cys224 في الطحالب المحبة للحرارة Cyanidioschyzon merolae sp. 5508 (سم). علاوة على ذلك ، يقوم جين ArsH بتحويل MAs (III) إلى methylarsenate الأقل سمية [MAs (V)] من خلال الأكسدة (Chen et al. ، 2017).

بطريقة مماثلة، هيليكوباكتر بيلوريتستخدم بكتيريا المعدة المسببة للأمراض انتقال معدن النيكل للدخول إلى المعدة والبقاء على قيد الحياة فيها. تحصل على النيكل من البيئة الخارجية من خلال أنظمة النقل NiuBDE و NixA. السلف المشترك لـ جرثومة المعدة الأنواع الموجودة في المعدة مسؤولة عن الحصول على جينات NiuBDE و NixA أثناء التطور بواسطة HGT. النيكل هو العامل المساعد لإنزيم اليورياز. يولّد اليوريا ثاني أكسيد الكربون (CO2) ومخازن الأمونيا (NH3) عن طريق تحلل اليوريا الذي يمكن أن يحيد الظروف الحمضية للمعدة ، وبالتالي تكييف البكتيريا مع البيئة الحمضية في المعدة (Fischer F. et al. ، 2016).

Hypothenemus hampei، المعروف أيضًا باسم حفار توت القهوة ، هو من آفات القهوة الخطيرة التي تسبب الكثير من الأضرار سنويًا لصناعة القهوة في جميع أنحاء العالم. تحصل الخنفساء الغازية على هذه الميزة من خلال اكتساب الجين HhMAN1 من بكتيريا الأمعاء. يوفر إنزيم mannanase المشفر كبروتين إفرازي الحشرة و # x2019s الغذاء والقدرة على امتصاص الكربوهيدرات من حبوب البن عن طريق التحلل المائي لعديد السكاريد المخزن في بذور البن ، galactomannan. عدم وجود HhMAN1 في الحشرات وتشابه H. hampei تسلسل الجينوم مع التسلسل البكتيري يقوي إمكانية النقل الأفقي لجين ماناناز من البكتيريا المعوية إلى H. hampei تسبب في تكيف الخنفساء مع بيئة خاصة (Acu & # x00F1a et al. ، 2012).

تكتسب أنواع العث و lepidoptera سينثيز السيستين (CYS) و & # x03B2-cyanoalanine synthase (CAS) لمقاومة النباتات المضيفة و # x2019 التسمم بالسيانيد بواسطة جلوكوزيدات السيانوجين (CNGs) ، والتي لها دور دفاعي ضد العواشب عن طريق إطلاق سيانيد الهيدروجين (HCN) . يؤدي التعبير عن الجينات المنقولة أفقيًا من البكتيريا إلى جينومات المفصليات & # x2019 إلى إزالة سموم HCN (Zagrobelny et al. ، 2004 Wybouw et al. ، 2014).

نقل الجينات المقاومة للعقاقير

يعد وجود البكتيريا المقاومة للمضادات الحيوية (ARB) أو ARGs في البيئة واكتسابها لاحقًا من قبل الكائنات الدقيقة المهمة سريريًا ، مثل النباتات ، مشكلة خطيرة تتعلق بالصحة. تبين أن فطريات التربة تسبب نقل البكتيريا وتوزيعها في أجزاء مختلفة من التربة. وبطبيعة الحال ، يمكن للفطريات أن تنتشر عبر مسافات ويمكن أن تثري البكتيريا عن طريق إيواء البلازميدات الخفية والمساعدات الغذائية في الغلاف الفطري الخاص بها. علاوة على ذلك ، فإن فطريات التربة كحاملات ARGs & # x2019 تسهل HGT وتزيد من فرصة توزيع ARGs من البكتيريا إلى البشر. بعد ذلك ، تتشكل موجة انتشار ARG في البشر مع الاستخدام غير المنضبط للمضادات الحيوية ، وكذلك عبر السلسلة الغذائية. كما أن ري النباتات بمياه الصرف الصحي وروث الحيوانات الملوثة بالجينات المقاومة فعال للغاية في نشر ARGs من خلال تغيير التنوع ووفرة البكتيريا التي تستضيف محددات المقاومة (P & # x00E4rn & # x00E4nen et al.، 2016 Nazir et al.، 2017) .

أغروباكتريوم توميفاسيانز مثال واضح على HGT من البكتيريا إلى حقيقيات النوى. هذه البكتيريا سالبة الجرام قادرة على نقل ودمج الحمض النووي في جينومات النبات ، مما يتسبب في مرض تاج المرارة. لهذا ، فإن التعلق المادي للجرعية بجدار الخلية للنبات مطلوب لإدخال T-DNA. يمكن نقل جزيئات الحمض النووي الكبيرة هذه إلى الخلايا من خلال أنظمة إفراز النوع الرابع (T4SSs). نظام الإفراز هذا لديه القدرة على نشر مقاومة المضادات الحيوية عن طريق نقل البلازميدات. في وقت لاحق ، تم استغلال هذا الكائن الدقيق كنظام نقل مفيد للهندسة الوراثية. بهذه الطريقة ، تكون البكتيريا قادرة على تغيير وتطوير جينومات حقيقيات النوى بوساطة HGT (Fronzes et al. ، 2009 Lacroix and Citovsky ، 2016).

التبادل الجيني لفيروسات حقيقيات النوى

كمجموعة فرعية من TEs ، تم دمج الفيروسات القهقرية الذاتية (ERVs) في الجينوم البشري عن طريق العدوى الفيروسية للخلايا الجرثومية لأسلافنا ، حيث تنتشر كل REV عبر الجينوم على مدى فترة طويلة من الزمن التطوري. نسخ متكررة (Wallau et al. ، 2018). ومع ذلك ، أشارت تحليلات الترنسكربيتوم للأنسجة الجسدية المحيطة بالخلايا السرطانية إلى التعبير المشترك عن الجينات مع TEs ، مما يوسع فكرة أن الينقولات يتم التعبير عنها في كل من الخلايا الجسدية والخلايا الجرثومية (Chung et al. ، 2019).

تم اختيار ERVs من قبل المضيف أثناء التطور ولديه القدرة على الازدواجية الذاتية والتعبئة ، ويوفر مجموعة هائلة من الوحدات التنظيمية للجينات المستقلة ، والتي لا غنى عنها للتنظيم الطبيعي للجينات وشبكات الجينات. تشمل الأمثلة التنظيم بوساطة p53 (Wang et al. ، 2007) ، والشبكات التنظيمية الخاصة بالأنواع (Kunarso et al. ، 2010) ، وتنظيم تعدد القدرات في الخلايا الجذعية (Lu et al.، 2014 Wang et al.، 2014)، interferon الاستجابة (Chuong et al. ، 2016) ، ونشاط المعززات الخاصة بالأنسجة (Jacques et al.، 2013 Xie et al.، 2013).

تنتمي TEs الوحيدة القادرة على التعبئة في الجينوم البشري إلى عضو مجموعة من الينقولات العكسية غير LTR ، والتي تشمل عناصر مستقلة طويلة متناثرة من الفئة 1 (LINE-1 أو L1) وعناصر متفرقة قصيرة غير مستقلة (SINEs) ، مثل Alu و SVA [SINE- متغير عدد التكرارات الترادفية (VNTR) & # x2013Alu element]. باعتماد آلية & # x201Ccopy-and -aste & # x201D ، لا يقوم LINE-1 أو L1 فقط بتعبئة الحمض النووي الريبي الخاص به إلى مواقع جديدة في الجينوم ، ولكن أيضًا إعادة نقل RNAs الأخرى بما في ذلك Alu و SVA و RNAs الخلوية (Romanish et al.، 2010).

وفقًا لذلك ، إلى جانب تأثيرها الواسع في عمليات تنظيم الجينات الطبيعية وتطبيقها كأدوات مفيدة لتحرير الجينوم وأغراض العلاج الجيني ، على الجانب المظلم ، يمكن أن يؤثر المعدل المرتفع لمعدل التحويل (Romanish et al. ، 2010) سلبًا على الشبكات التنظيمية المهمة ، مما أدى إلى حالات مرضية. تم الإبلاغ عن أن & # x223C124 عمليات الإدخال بوساطة LINE-1 يمكن أن تسبب أمراضًا وراثية محددة (Hancks and Kazazian ، 2016) ، وأنواع مختلفة من السرطان (Babaian and Mager ، 2016) ، والأمراض العصبية التنكسية (Tam et al. ، 2019). They also adversely affect the prospect of stem cell-based therapies (Schumann et al., 2019).

ERVs and Cancer

In cancers, hypomethylation (Ross et al., 2010) and transcriptional overexpression of ERVs and L1s are frequent. During onco-exaptation, silent TEs can be epigenetically reactivated to promote cancer. To date, analysis of the prevalence of TE onco-exaptation events across 7,769 tumors and 625 normal datasets from 15 cancer types resulted in the identification of 106 oncogenes out of 129 TE cryptic promoter-activation events across 3,864 tumors. Further interrogation of the AluJb-LIN28B candidate revealed the sufficiency and necessity of a TE for oncogene activation (Jang et al., 2019). Furthermore, activation of the hypoxia-inducible transcription factor (HIF), which is a characteristic feature of malignant renal cell carcinoma (RCC), is shown to be related to HIF-dependent reactivation of dormant promoters that are embedded within ERV LTR at the transcriptional start site of a long non-coding RNA (PSOR1C3) gene upstream of POU5F1. Downstream of HIF, POU5F1 (OCT4) acts as a potent stem cell transcription factor (Siebenthall et al., 2019). Likewise, derepresssion of an ERV, LOR1a LTR upstream of IRF5 transcription factor interferon regulatory factor 5 (IRF5), forms LTR-IRF5 chimeric transcripts, which derives IRF5 expression as a feature of malignancy in hodgkin lymphoma (Babaian et al., 2016).

A study on genomic instability pathways arising from retrotransposon insertions in colorectal cancer (CRC) revealed highly variable retrotransposon activity among tumors and identified recurrent insertions in 15 known cancer genes. Insertions in APC as a tumor-initiating event was found in 1% of the 202 cases. Clinically, the high number of insertions are independently associated with poor disease-specific survival (Cajuso et al., 2019).

TEs in Stem Cell-Based Therapies

Human stem cells are indispensable for most basic, clinical, and translational research, such as gene therapy and regenerative medicine. However, they are wider in the clinic and are still limited by their potential risks due to genomic instability and tumorigenesis concerns (Schumann et al., 2019).

Owing to their self (non-self)-mobilizing potential, ERs are used as genetic engineering toolkits to introduce foreign DNA (transgene) to desired genomic regions in target cells. Moreover, L1 has a role in the normal development of the embryo. After fertilization, global chromatin accessibility at the beginning of development by L1 transcriptional activation is important for normal embryonic development (Jachowicz et al., 2017). Also, the L1 RNA is required for repression of the transcriptional program specific to the 2-cell embryo and promotes exit from the 2-cell stage (Percharde et al., 2018). Genotoxicity concerns for retrotransposon-mediated gene transfer are contradictory and reviewed in detail elsewhere (Schumann et al., 2019).

Human Genetic Disorders

Random L1 mobilization in our genome can result in numerous disorders. These disorders are caused by the mutagenic activity of non-LTR retrotransposons, with a rate of 1� pathogenic human mutations due to L1-mediated retrotransposition events. Mutations are detected in 5% of newborns and more than 120 known human diseases are related to insertions of L1s, Alus and SVAs (Cordaux et al., 2006 Ewing and Kazazian, 2010 Hancks and Kazazian, 2012, 2016). Besides cancer, as a typical example of aberrant mutational/epigenetic changes, L1 insertions are involved in the pathogenesis of several genetic disorders (Payer and Burns, 2019). Some of them arise from the addition/deletion of tri-nucleotide pairs that affect the expression of the corresponding gene as seen for the expansion of a hexameric repeat within an SVA retrotransposon in TATA-binding protein-associated factor-1 (TAF1) in X-linked dystonia-parkinsonism (Bragg et al., 2017). Others include Huntington’s disease (HD) (Goldberg et al., 1993), hemophilia A (L1) (Kazazian et al., 1988), and cystic fibrosis (Alu) (Chen et al., 2008). A complete list of ER-related human diseases can be found in Hancks and Kazazian (2016).

Neurological Diseases

Differential TE activity in neurological diseases is detected by an increase in TE-associated RNAs, cDNAs, and proteins in patient samples. Although specific TE-derived products can result in different consequences, there is a common pathogenic reaction, known as general inflammatory response. This (innate) inflammatory responds to cDNAs (by ERV-mediated reverse transcription), dsRNAs (by TE-mediated transcription), or proteins as demonstrated in Aicardi-Goutieres Syndrome (AGS), Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS), Multiple Sclerosis (MS), and Alzheimer’s Disease (AD) (Tam et al., 2019). In MS and AGS, ERV proteins and TE nucleic acids can derive innate immune cells-derived inflammation pathways. In AD and ALS, TEs-related pathogenic effects are localized to either hippocampal or cortical neurons (in AD) and motor neurons (in ALS). In addition, expression of envelope proteins from the HERVK and HERVW class have been shown to be neurotoxic and implicated in ALS and MS, respectively (Saleh et al., 2019).

Eukaryote-Eukaryote Genetic Exchange

In this section, we review the implication of newly emerged HGT tools adopted by eukaryotic cells to promote the emergence of beneficial traits as well as evolving numerous human-related maladies, in particular cancer.

Eukaryotic Evolution

Plants, in particular parasitic plants, accept a large quantity of genes horizontally. In parasitic plants, such a genome exchange is partly due to the food dependency to their host. Parasitic plants penetrate the tissues of donor plants by their haustorium to intake nutrients along with their genetic material. Thus, HGT monitoring will help to control the generation and function of parasitic plants, which is one of the most important agricultural problems in the world. DNA transferred horizontally can lead to the adaptive evolution of the recipient plants. Results from transcriptome analysis of three parasitic members of Orobanchaceae (Triphysaria versicolor, Striga hermonthica، و Phelipanche aegyptiaca) and a non-parasitic member (Lindenbergia) showed 52 DNA non-sexual transfers between the parasite members of Orobanchaceae and their hosts. These data show that the greater dependence of parasitic plants on their hosts might increase the chance for HGT, and HGT occurs more significantly in heterotrophic plants than non-parasitic plants (Yang et al., 2016). For instance, the existence of a common gene called ShContig9483 between the Striga hermonthica parasitic plant and its host, Sorghum bicolor, indicates that one sorghum’s gene has been entered into the parasite plant’s DNA by HGT (Yoshida et al., 2010). Moreover, the transfer of two active hAT DNA transposon elements from Brassicaceae to Phelipanche and Orobanche suggested that the Broomrape as a common ancestor has diverged to these parasitic plants following HGT (Sun et al., 2016). Another example is acquiring host plant mRNA (albumin 1 KNOTTIN-like protein gene) by lespedeza dodder (Roney et al., 2007) by HGT from legumes to Cuscuta members and Phelipanche aegyptiaca (Zhang et al., 2013). Entering a large number of genes into the Amborella trichopoda mitochondrial genome by angiosperm, mosses and green algae as donors (Rice et al., 2013) are examples of transduction and translocation of host plants genetic material to parasites.

The issue of the transmittance of mitochondrial cytochrome c oxidase I (COX1) group I introns into the Araceae family has already been investigated by Cusimano et al. (2007). They demonstrated that fungi donate the introns into these flowering plants to promote the evolution of angiosperms.

Similarly, phylogenetic studies demonstrate the distribution of the hAT superfamily DNA transposons horizontally between Drosophila species (Schaack et al., 2010 Rossato et al., 2014). A paper by Ivancevic et al. (2018) reported the occurrence of horizontal transfer in two retrotransposons, LINE-1 (L1) and Bovine-B (BovB), in the mammals’ genome. Their research team traced and scrutinized these two foreign genes in a large number of eukaryotes genomes and showed evidence that they have identified for the first time the horizontal transmission in L1 elements. Also, they stated that plenty of lateral BovB elements are transferred between various species (Ivancevic et al., 2018).

Cancer Evolution

Recent studies have uncoupled new mediators of HGT by which cancer cells can crosstalk and send signals to transform distant normal/cancer cells. This is important as these events are actively involved in cancer progression and metastasis outbreak. In this section, we discuss the implication of HGT mediators including EVs (exosomes), apoptotic bodies, and cfDNA in the emergence and progression of cancer, as well as the development of drug resistance.

Apoptotic Bodies

Evidence suggests that apoptotic cells derived from dying cells (tumor cells) can laterally transfer complex information to other cells, as they are shown to carry various cargoes including DNA, RNA, and protein. Further, changes in the outer membrane of apoptotic cells can induce neighboring cells to become phagocytic (de la Taille et al., 1999), thus apoptotic cells can be engulfed by normal adjacent cells, causing the exchange of genetic information in the context of adopting new traits, e.g., oncogenic transformation, or drug resistance in the receipt cells. The consequence of apoptotic-mediated information transfer is not always pathologic, as in the case of bone remodeling which occurs each 2-weeks, a large number of apoptotic bodies are produced by mature osteoclasts. These apoptotic bodies induce osteogenic differentiation via RANKL-mediated reverse signaling (Ma et al., 2019).

Earlier experiments indicated that oncogenic DNA can be transferred to cells by phagocytosis of apoptotic bodies. Results showed that apoptotic bodies derived from EBV-carrying B lymphocytes when cocultured with other cells (e.g., fibroblasts) result in the expression of the EBV-encoded genes EBER and EBNA1 in the recipient cells at a high frequency. Thus, HGT mediated by apoptotic cells can be a route for infection of cells that lack the receptor for the virus (Holmgren et al., 1999).

A similar experiment is reported where DNA coding for the ARGs (hygr-r) can be transferred by apoptotic prostate cells to the Neomycin-resistant and bcl-2 overexpressing LNCaP prostate cells resulting in dual-antibiotic resistant prostate cancer cell clones (de la Taille et al., 1999).

Furthermore, the transfer of viral DNA after uptake of apoptotic bodies is confirmed to be a driver of HIV DNA toward immune cells lacking the CD4 receptor for virus entry في الجسم الحي (Spetz et al., 1999).

Uptake of apoptotic bodies derived from H-rasV12- and human c-myc-transfected rat fibroblasts by p53-negative murine phagocytic cells results in loss of contact inhibition في المختبر, aneuploidy, and the accumulation of the genetic changes that spark tumor formation في الجسم الحي (Bergsmedh et al., 2001).

With regard to the role of donor apoptotic cells in the regulation of HDT, it was shown that the inhibition of DNA fragmentation factor/caspase-activated DNase (DFF/CAD) can reduce the competency of cells to serve as good donors. It should be noted that DFF/CAD is the endonuclease responsible for DNA fragmentation during apoptosis (Yan et al., 2006). Further studies indicated that besides DNase II, the activity of Chk2, p53, and p21 signaling pathways can counteract propagation of apoptotic bodies-derived oncogenic DNA, thus it forms a genetic block against transformation and malignant phenotype (Bergsmedh et al., 2006).

Circulating Cell-Free DNA

Besides apoptotic bodies, cfDNA is another precious tool with an implication in diagnosis, prognosis, and monitoring of cancer. cfDNA can originate from apoptotic cells and necrotic cells as well as from active cellular secretion. The size of the DNA derived from apoptotic degradation fairly extends to � bp composed of one nucleosome (147 bp). However, cancer cell-derived cfDNA is shown with a smaller size (� bp) compared to normal cells. Also, larger DNA up to 10,000 bp with a necrotic cell origin is detected in cancer patients (Jahr et al., 2001). Mitochondrial DNA (mtDNA) is another example of cfDNA released into blood circulation during cellular clearance or repair processes. Another cfDNA with a different size of 1000 bp up to 20,000 bp for chromosomal circular DNA is also reported (Bronkhorst et al., 2019).

Various experiments have documented the oncogenic potential of cfDNA on normal cells. For one, experiments on colon cancer transformation indicated that the supernatant of SW480 human cancer cells and plasma-derived from patients with colon cancer can be transferred laterally to the healthy cells and transform cultured murine NIH-3T3 cells ontogenetically, as validated by quantification of K-ras-mutated sequences, p53 sequences, and beta-globin-encoding sequences (Garc໚-Olmo et al., 2010 Trejo-Becerril et al., 2012). Thus, recipient cell genetic alteration with the potential to derive tumorigenicity and development of tumors are among the most serious subjects related to HDT (Trejo-Becerril et al., 2012).

Viral DNA integration into the human genome is an accepted fact, however, new studies indicated integration of bacterial DNA into the human somatic genome. This observation has now prompted a new hypothesis that the origin of cancer cells are bacteria. It equally questions the source of primary cancer cells (PCCs) and secondary metastatic cancer cells (SCCs) which are proposed to be originated from the senescent normal cells and cancer cells, respectively. Indeed, there is a resemblance between the nascent PCCs/SCCs that are small and organelle-less resembling bacteria with that of cyanobacterium TDX16 development and transition. TDX16 acquires algal host DNA which turns it into alga TDX16-DE by de nevo biogenesis of organelles. This observation suggests bacteria as the mighty origin of cancer cells (Dong and Xing, 2018).

Additionally, there is clinical evidence that bacterial DNA integrates into the human somatic genome through an RNA intermediate, as insertion of Acinetobacter و الزائفة genetic materials into human genome by HGT is validated which is causative to the development of acute myeloid leukemia (AML) and stomach adenocarcinoma, respectively (Riley et al., 2013 Robinson et al., 2013, 2017). Also, data analysis of public cancer genome sequence data confirmed an association between the presence of mycobacterium tuberculosis complex in the glioblastoma multiforme (GBM) and ovarian serous cystadenocarcinoma (OV) samples, as well as the presence of Ralstonia النيابة. in AML samples (Robinson et al., 2017).

One of the most critical factors in tumor formation and development is mitochondrial respiration affecting the effective extension of metastasis. Notably, the results of the conducted studies in this field point to the fact that tumor cells receive horizontally the mtDNA from other cells of the body to improve the cellular respiration conditions (Berridge et al., 2015 Dong et al., 2017).

Exosome

As another intriguing mechanism of HGT, the biological relevance of EVs in intercellular communication has been well established, as they can carry different types of biomaterials including proteins, RNA (mRNAs and microRNAs) (Cai et al., 2013), and DNA [gene fragment, genomic DNA (gDNA)] (Fischer S. et al., 2016) as main cargo. Cargo can be integrated on the outer or inner layer of the vesicle phospholipid membrane through anchoring proteins or can be packed inside the vesicle.

Besides normal cells, apoptotic cell-derived extracellular vesicles (ApoEVs) are also described as containing nuclear materials and mitochondria and presenting cell-specific markers on the surface, which enable tracking of the cell of origin (Jiang et al., 2017 Poon et al., 2019). Interestingly, EVs are shown to mediate the horizontal transfer and integration of RNA intermediates into the human genome. To this, human cancer cells were transfected with an expression construct containing a retrotransposition-competent human L1 tagged with a reporter gene. Further analysis of isolated EVs showed enrichment of L1-derived reporter RNA transcripts from cancer cells expressing active L1 retrotransposition (Kawamura et al., 2019).

Discovering the tumor-derived exosomes in cancerous mice revealed the releasing of epidermal growth factor receptor (EGFR) in host macrophages which cause a decrease in interferon-1 gene expression, and thereby the immune response is reduced against viral infection (Gao et al., 2018). Thus, tumor cells can transfer activated EGFR through EVs to the host macrophage to dampen innate immunity response, rendering the host immunocompromised.

Initial experiments validating genomic DNA transfer of a model gene by exosomes comes from the study in which a lentiviral vector encoding Arabidopsis thaliana-DNA (A.t.-DNA) was transduced to bone marrow-derived mesenchymal stromal cells (BM-hMSC). It was previously shown that EV released from human BM-hMSC has a high content of high-molecular DNA. Further quantification and verification of PCR-products from the recipient cell suggested stable integration of A.t.-DNA for two weeks (Fischer S. et al., 2016).

Complex exchange of genetic information is evidenced in the pathogenesis of cancer. Indeed, the BCR/ABL hybrid gene can be transferred from K562 EVs to neutrophils/HEKs, which further decrease their phagocytic activity في المختبر. Also, the transfer of K562 EVs in immunodeficient mice results in chronic myeloid leukemia (CML) (Cai et al., 2013 Cai et al., 2014). Likewise, microRNA-containing EVs derived from the sera of patients with colorectal cancer as well as HT29 colon cancer cells can induce the transformation of fibroblasts into colon carcinoma cells (Abdouh et al., 2019). In this view, a therapeutic strategy can be envisioned by targeting cancer-derived EVs. Such that breast cancer metastases to the lungs, lymph nodes, and thoracic cavity can be controlled using human-specific anti-CD9 or anti-CD63 antibodies which target CD9/CD63 receptor on the surface of EVs. Finally, depletion of EVs, as evidenced by their preferential internalization by macrophages, was capable of reducing metastatic burden in a human breast cancer xenograft mouse model (Nishida-Aoki et al., 2017).

Interestingly, HGT can affect the therapeutic potential of the leading-edge technology CRISPR-Cas9 system. A drawback of gene manipulation by the CRISPR-Cas9 system is unintentional integration of DNA sequences derived from retrotransposons, genomic DNA, mRNA, and vectors which are captured at double-strand breaks (DSBs) sites introduced by CRISPR-Cas9. Exosome-mediated HGT during DSB repair can negatively affect the therapeutic efficiency of CRISPR-Cas9 technology (Ono et al., 2019).

As EVs are present in all fluids of living animals, exosome-mediated HGT is the driving force behind mammalian genome evolution which can be translated into cancer development as well as adaptation and drug resistance (Baghban et al., 2020).

Engineered exosomes that display tumor-specific targeting receptors (e.g., Her2) can be loaded with chemotherapeutic (Doxorubicin) (Gomari et al., 2018) or theranostics agents [sinoporphyrin sodium (Liu et al., 2019)] for selective targeting and delivery of therapeutics to cancer cells. In the sense of gene therapy, siRNA can be delivered to breast cancer cells by exosomes, which resulted in 70% down regulation of the target gene (TPD52) في المختبر (Limoni et al., 2019).

In an interesting study, metastatic-Trap (m-tarp) was manufactured using exosomes embedded on a three-dimensional platform as a trap (favorable secondary site) to lure metastatic cells. For this, exosomes purified from the ascitic fluid of ovarian cancer patients were validated as intermediaries of tumor cell attachment. Transplantation of the device into the peritoneal cavity of mice resulted in the capturing of ovarian metastatic cells and significantly improved survival outcomes by disrupting the crosstalk between metastatic cells and their environment (de la Fuente et al., 2015).

On the bright side, the potential of exosomes as natural and non-toxic agents (vectors) to induce long-term changes in the receipt cells was further translated into the gene therapy as an alternative to the time-consuming and laborious gene cloning as well as for targeted (functionalized exosomes) and controlled drug delivery.

Cellular Organelles

What’s more interesting is the diversity of biomaterials that can be transferred inter/intraspecies encompassing genes, genomes, proteomes, and even organelles.

Indeed, the evidence for HGT related to the transfer of mitochondria has changed the previously accepted paradigms regarding the role of anaerobic glycolysis in cancer cell metabolism. Although glycolytic metabolism is recognized as the key hallmark of many cancer cells, tumor cells also need oxidative phosphorylation (OXPHOS) to meet their pathophysiological demands. On the contrary to the previous fact suggested by Warburg that defects in mitochondria are causative to cancer initiation, some cancer cells retain OXPHOS capacity with no clear respiratory defects (Frezza and Gottlieb, 2009 Jose et al., 2011). Furthermore, inhibiting glycolysis may restore higher rates of OXPHOS in neoplastic cells and spark cancer growth. Respiration is key for cancer cell formation, proliferation, progression, and metastasis (Viale et al., 2015). Surprisingly, cancer cells deprived of mtDNA can restore their respiration potential through a rare phenomenon which is regulated by HGT involving the transfer not of mtDNA but of whole mitochondria (Tan et al., 2015).

Results from an invaluable study revealed that mtDNA-deficient tumor display delays in tumor formation potential compared to their normal counterpart. It also showed that progression was associated with respiration recovery and acquiring mtDNA from the host. Further studies showed that efficient tumor formation, recovery of mitochondrial respiration, and mtDNA acquisition occurs via trafficking of whole mitochondria between mammalian cells في الجسم الحي (Dong et al., 2017). It is also shown that mitochondria exchange between leukemic cells and mesenchymal stem cells residing in the bone marrow niche increases oxidative phosphorylation of cancer cells and contributes to leukemia cells’ survival and resistance to chemotherapy (Griessinger et al., 2017). As a therapeutic strategy, mitochondria transplantation is demonstrated to improve antitumor activity and reduce chemoresistance and mitochondrial dynamics in breast cancer في المختبر (Chang et al., 2019).


An evolving view of cancer

Last spring, نيويوركر published a piece on epigenetics and cancer that triggered a storm of complaints from molecular biologists, who called the article “misleading” and even “horribly damaging.”

The article’s author, Siddhartha Mukherjee, MD, DPhil, an assistant professor of medicine at Columbia University, issued a rebuttal. But even after the dust settled, many seemed to agree that Mukherjee had ignored traditional genetics and that his description of epigenetics — how cells regulate the activity of genes — was too streamlined to satisfy the biologists.

Yet it likely wasn’t just Mukherjee’s approach that triggered the anger. Cancer researchers are beginning to embrace a new paradigm: that how cancer cells behave and evolve is a response to their environment, not just to genetic mutations. That paradigm is meeting significant resistance from researchers who have spent a lifetime with the idea that cancer cells result from mutations.

“There’s definitely an old-school crowd who think if we just sequence deep enough, we’ll solve all the problems,” says Alexander Anderson, PhD, chair of integrated mathematical oncology at the Moffitt Cancer Center, in Tampa, Florida. Epigenetics, he says, is transforming our concept of cancer biology.

Beyond mutation

For decades, researchers have accepted the idea that cancer results from genetic mutations in individual cells. And indeed if you look at tumor cells, they differ genetically from healthy cells nearby — sometimes dramatically so. The theory has been that a carcinogen, such as asbestos or cigarette smoke, induces mutations in a cell’s DNA that eventually cause it to become cancerous. That bad cell and its descendants multiply faster than healthy cells and take over.

But, strangely, most of the things that cause cancer, including tobacco smoke and asbestos, don’t cause genetic mutations. Rather than modifying the genes themselves, smoke and asbestos alter the activity of genes through a collection of processes called epigenetics.

Epigenetics consists, among other things, of tiny modifications — either to the DNA itself or to proteins called histones that wrap around the DNA and change the activity of the genes. (Like Mukherjee, we are leaving a lot out.)

For example, if you spend every weekend gardening, changes in the activity of genes in the skin cells of your hands will produce callouses. Our callouses might seem very ordinary to us they come and go depending on what we’ve been up to recently. But what if the genes whose activity changes to produce them could mutate so that our callouses became permanent? What if some babies were born with calloused hands?

Amazingly, modern evolutionary biologists are moving to the view that that’s exactly how wild plants and animals often evolve. It all starts with the phenotype, which is every single trait of an organism or cell — everything but the genes. The phenotype includes the enzymes encoded by genes, myriad metabolic pathways, the shape of a nose or the hands, a vast repertoire of behavior and even memories of an equation or a loved one.

We already know that the same genes can produce alternate phenotypes, depending on just how the genes are expressed. That phenotypic plasticity delivers different castes of ants, all from the same genotype hands that look different from our feet, even though they have the same genotype and identical twins of different heights and personalities. All these changes arise from the way the immediate environments of cells, organs or whole individuals interact with genes. The differences in gene activity are mediated by an array of hormones, transcription factors and other mechanisms.

‘Genes are followers, not leaders’

Evolutionary biologist Mary Jane West-Eberhard, PhD, one of the leaders of the movement to reframe evolution, has laid out the experimental evidence showing that the plasticity of an organism’s characteristics, or phenotype, foreshadows its evolution. In essence, you can start with an epigenetic variant — think calloused hands — and later that particular trait can become permanently fixed in the genes. In fact, ostrich chicks do just that, hatching with callouses that help protect their young chests from the hot, rocky ground.

Famously, West-Eberhard, staff scientist emerita at the Smithsonian Tropical Research Institute, said, “Genes are followers, not leaders, in evolution.”

Now that same idea of genes as followers is invading the theory of cancer. It seems that cancer cells, too, can first begin to change through temporary epigenetic changes, instead of by means of mutations in the DNA.

A systems approach

“There’s a feeling in the field that we have to start thinking more holistically,” Anderson says. And the key to that, he says, is math.

One of a few researchers with a strong understanding of both cancer biology and the mathematics needed to build a new model of cancer based on a systems approach, says Moffitt Cancer Center’s Anderson, is Stanford assistant professor of radiology Parag Mallick, PhD.

Mallick, who works at the Canary Center at Stanford for Cancer Early Detection, describes a paper he and his colleagues published in May 2016 in Genome Medicine: “We found that when you treated cells with a chemotherapeutic drug over long periods of time, you could make cells that were 40 times more drug-resistant. Yet the cells had no genetic alterations.” Instead, all the changes were epigenetic. “If you treated the cells with the drug, they were like, ‘Oh, OK, let me change my histones,’ ” he says. “It’s a crazy thought.”

While the mechanisms for changes may be modifications to the histone proteins or the DNA, the driver of change is the environment. Cancer, explains renowned developmental biologist Scott Gilbert, PhD, of Swarthmore College, can result not only from bad cells but from a bad cellular environment.

For cancer cells, says Mallick, whether the environment is good or bad depends on where the cells live in a tumor, how close they are to nutrient-rich blood vessels, how many immune cells they have been in contact with, the phenotypes of nearby cells and where the cells are in the body. Each of these situations can induce a range of epigenetic reactions that can impact, for example, how resistant or sensitive the cells are to chemotherapy drugs or how likely the cells are to begin to metastasize.

A tumor comprises an array of ecological niches, each of which can induce a different kind of behavior or phenotype in the cancer cells that live there, says Anderson. But just as a tropical rainforest functions similarly whether it’s on one continent or another, all tumors share some common rules that govern their behavior and even the phenotypes of individual cells in different parts of the tumor.

Animals and other organisms can pass epigenetically mediated traits to multiple generations without any change in the genes themselves. Lab studies demonstrate that some of these phenotypic traits can become permanently fixed in the genome. It makes sense that cancer cells could do the same.

Mallick says the epigenetic changes that help tumor cells resist deadly drugs are passed on to daughter cells. Although no one has witnessed it happen, it’s pretty clear that the right mutation could turn the trait for drug resistance from plastic to permanent, making the trait part of the cancer cells’ permanent genetic repertoire.

As Gilbert says, “You start off with an epigenetically induced phenotype. And then if any mutations occur that allow this to be fixed into the genome, it goes for it.”

A mathematical model of cancer

This new way of understanding evolution is the theo­ret­ic­al engine that drives Mallick’s research. Viewing cancer as a dynamically evolving adaptive system, his team is focused on developing a giant model of cancer behavior that integrates all the different levels. “Our entire purpose in life is to build a virtual model of cancer,” says Mallick.

Sitting in his office, Mallick plays a video on a computer: It shows a flock of birds wheeling in a blue sky. Mallick says the way flocks of birds move — forming dense clouds, then moving here and there, all together like a single being — is key to an emerging view of the way cancer cells behave.

Such group behavior, whether in birds, fish or cells, arises from simple rules governing the behavior of each individual. In a flock of birds, for example, the rules might include how each bird always flies in the same direction as nearby birds and always stays close, though not too close, to the others. But the behavior of flocks can’t be predicted by studying one bird at a time. Complex behaviors that emerge only in groups are called “emergent properties.” For example, no single molecule has a temperature, but groups of them do.

What triggers metastasis?

Just as hundreds of birds can suddenly take flight together and head off in one direction, swooping and turning in unison, tumor cells can perform similar feats. Working with a nationwide team, funded by the National Cancer Institute’s Physical Sciences in Oncology Initiative and by the Defense Advanced Research Project Agency and including the Canary Center’s director, Sanjiv “Sam” Gambhir, MD, PhD, professor and chair of radiology computer scientist Christopher Ré, PhD and interns from local high schools, Mallick is looking at how cancer cells behave. The team aims to discover what triggers their sudden transformations, or state changes, from quiet and comparatively harmless tumor cells into peripatetic, metastatic cells that migrate all over the body, invading and altering other tissues.

When cancer cells transition to metastatic behavior, it can happen quite suddenly, says Mallick. Nonmetastatic tumor cells might sit quietly inside a tumor with a clear boundary. But when metastasis starts, they break through the wall of the tumor and launch themselves out into the rest of the body. “Cancer cells will spontaneously start to move in one direction,” he says. But what makes cancer cells suddenly get the travel itch? And more generally, adds Mallick, “What are the origins of such state changes? How do you describe them? How do we model them? What’s governing their behavior?”

Of course, the behavior of cancer cells, like that of healthy cells, is hugely complex. For example, cells might behave in a cancerous way for reasons that are deep in their genes, or the change could be driven by signals from the environment. And metastatic cells might circulate in the blood for long periods before beginning to colonize other parts of the body.

Yet we do know that no single governor gives a top-down order to all the cells instead, just like a flock of birds taking wing, the cells all begin moving at once, responding to one another.

Building the model

In an attempt to detect, predict and prevent such transitions, Mallick and his colleagues’ massive computer model of cancer will include every level of organization, starting from molecular processes and the behavior of individual cells to the growth of whole tumors and their metastasis, as well as immune responses throughout the body. “We’re working on coalescing all of that information into what, in our mind, is the first-ever truly multiscale data set,” he says.

Mallick’s forte is finding ways to connect all these different levels of organization. One connection is the sudden transition from the independent behavior of cancer cells to group behavior. Another might be a nutrient gradient across a tumor that connects the effects of nutrients on individual cells with those on the whole tumor.

“If you are modeling water,” he says, “there’s a particular sort of math that you use to describe the behavior of single atoms, and a very different sort of math for describing the flow of rivers.” For a multiscale model of water, you would need a way for those two to connect.

The ultimate goal of the model is to explain cancer, but it also has immediate medical uses. For instance, Mallick is using the model as a tool to help identify markers of important transitions in the life of populations of cells — to cancer, to drug resistance or to metastasis. Such markers are essential to developing tests for diagnosing cancer and for investigating how patients respond to treatment over the course of their disease.

Our understanding of cancer biology has taken off in recent years, but it’s not yet clear where it’s leading researchers. Just as it’s difficult to see which way the individual birds in a flock will turn from moment to moment, it’s difficult to predict which discoveries will transform our understanding of cancer. But changes in the understanding of both basic evolutionary biology and systems biology are helping researchers see things in new ways.


How Do Cancer Cells Differ From Precancerous Cells?

Precancerous cells may look abnormal and similar to cancer cells but are distinguished from cancer cells by their behavior. Unlike cancer cells, precancerous cells do not have the ability to spread (metastasize) to other regions of the body.

An often confusing condition is that of carcinoma-in-situ (CIS.) Carcinoma in situ consists of cells with the abnormal changes found in cancer cells, but since they have not spread beyond their original location (or technically, have not gone beyond something called the basement membrane,) they are not technically cancer. Since CIS can turn into cancer, it is usually treated as early cancer.

افكار اخيرة

An analogy to describe cancer cells has been that of a car. The growth of the cells can be pictured as a car that has the accelerator stuck down. At the same time, the brakes don’t work (the cells doesn’t respond to tumor suppressor proteins.)

We can take this analogy a step further. The invasion of cancer cells can be viewed as a car breaking through a gate into a gated community. Normal cells respond to signals from neighboring cells that say “this is my boundary, stay out.” Cancer cells are antisocial in other ways as well. As they “gang” up with other cancer cells, all of which are becoming more immature in their actions over time (due to rapid division), they spread out and invade other communities as well.

But just as crime hasn’t overridden the United States, there are many police officers (checkpoints) that keep the majority of cells in the body in line.

It is actually very difficult for a normal cell to become a cancer cell. It has to be abnormal in ways that facilitate growth, inhibit repair and death, ignore signals from neighbors, and achieve a form of immortality. This is why cancer isn’t caused by a single mutation, but rather by a series of mutations. But considering that a billion cells in our bodies divide every day, something is bound to go wrong and mutations occur once in a while. And they do, for an estimated 1.6 million people in the United States each year.


Using Transduction in Medicine

Transduction, however, has positive implications for humans and other higher life forms. Scientific research has been focusing on techniques and outcomes of controlled transduction with many potential applications.

Some scientists are interested in creating new medications or better medication delivery. Others are interested in creating genetically modified cells to further scientific understanding of genetics, or for new fields of medical treatments. They are even conducting experiments to observe transduction in non-bacterial cells.


موارد تفاعلية للمدارس

خلايا الدم الحمراء

Carry oxygen in the blood. They are also known as erythrocytes.

الأوعية الدموية

The tubes through which blood is carried around the body eg arteries, veins and capillaries

العلاج الكيميائي

Treatment of disease using medicines that destroy cancer cells

Radiotherapy

Treatment of disease using X-rays or radioactive substances which kill cells

نخاع العظم

Found in the centre of bones, it contains adult stem cells which divide and differentiate to produce red and white blood cells

الخلايا العصبية

تكيفت الخلايا لنقل المعلومات في شكل نبضات كهربائية

هرمون

A chemical messenger produced by a particular gland or cells of the endocrine system. Hormones are transported throughout the body in the blood stream but they produce a response only in specific target cells

منديل

A group of cells in an organism that are specialised to work together to carry out a particular function.

كبد

A large organ in the upper abdomen which manufactures, stores and breaks down substances as required by the body

Cell division, mitosis and cancer

Multi cellular organisms, like humans, are made up of billions of cells. These cells need to divide and copy themselves for a variety of reasons. على سبيل المثال:

  • cells wear out and need to be replaced
  • new cells allow the body to repair damaged tissue
  • new cells allow the body to grow

الانقسام المتساوي

The most common form of cell division is called mitosis . It is used for growth and repair. During mitosis, a cell makes an exact copy of itself and splits into two new cells. Each cell contains an exact copy of the original cell's chromosomes in their 23 pairs. This is the reason why all the cells in an organism are genetically identical.

To find out more about mitosis go to the ABPI genes and inheritance resource.

Cancer: mitosis out of control

Mitosis is closely controlled by the genes inside every cell. Sometimes this control can go wrong. If that happens in just a single cell, it can replicate itself to make new cells that are also out of control. These are cancer cells. They continue to replicate rapidly without the control systems that normal cells have. Cancer cells will form lumps, or tumours, that damage the surrounding tissues. Sometimes, cancer cells break off from the original tumour and spread in the blood to other parts of the body. When a tumour spreads to another part of the body it is said to have metastasized. They continue to replicate and make more tumours. These are called secondary tumours.

Medicines that are used to treat cancer are sometimes aimed at killing cells that are rapidly dividing by mitosis. They inhibit the synthesis or function of DNA - this type of treatment is called chemotherapy. More modern medicines target specific cancers in different ways. Many inhibit the growth signals for that type of cell.

Fighting cancer: stopping tumour cells from growing

There are many different types of cancer. They depend on which type of cell was the original one that started to replicate out of control. This means that there is not just one treatment for cancer. Treatments may include a combination of surgery, medicines and radiation therapy (radiotherapy).

As researchers have come to understand more about cancers, new and targeted therapies are constantly being developed. For example, a type of breast cancer that is influenced by the hormone oestrogen can be treated with hormone therapy that blocks the action or synthesis of oestrogen. Other medicines can block growth signals to the cancer cell and so slow the development of a tumour or block the growth of new blood vessels into tumours. This effectively 'starves' the cancer cells of the nutrients they need to grow.

السؤال 3

Mitosis is involved in the growth, repair and replacement of cells. Not all cells go through mitosis at the same speed.

Look at the types of cell below and decide how often they are replaced by mitosis. In each case, choose an answer using the radio buttons.


شاهد الفيديو: تجويع الخلايا السرطانية...شاب عراقي مصعب الربيعي تغلب على مرض السرطان بطريقه جديده هي تجويع الخلاي (يوليو 2022).


تعليقات:

  1. Clust

    دعنا نتحدث ، لدي ما أقوله حول هذا الموضوع.

  2. Layne

    كلمة شرف.

  3. Kajijin

    أنت تمزح؟

  4. Rafik

    مسح

  5. Cian

    إنه لأمر مؤسف أنني لا أستطيع التحدث الآن - لا يوجد وقت فراغ. سأعود - سأعرب بالتأكيد عن رأيي في هذه المسألة.

  6. Nebei

    ما إذا كانت هناك نظائر؟

  7. Driscol

    اتبع نبض المدونات على مدونات Yandex؟ اتضح أن يوم تاتيانا سيأتي قريبًا.



اكتب رسالة