|
|
|
|
|
 |
 |
 |
 |
| |
|
نگارش یافته توسط دکترجليل فلاح
|
|
22 خرداد 1386 ساعت 07:36 |
|
ژنوميك و پروتئوميك بيماريهاي عفوني دکترجليل فلاح
This email address is being protected from spam bots, you need Javascript enabled to view it
تکميل توالييابي ژنوم انسان، بزرگترين پيروزي مطالعات مولکولي از زمان کشفDNA دو رشتهاي (سال1953)تاکنون است. با اين وجود استفاده تئوري و عملي از اين اطلاعات بستگي به مراحل پس ژنوميک(post genomics) دارد.
در مورد بيماريهاي عفوني اين امري ضروري است که به دقت ژنوميک ساختاري و عملکردي(Structural and functional) و پروتئوم عفونتهاي ميکروبي مطالعه شود. مجموع اين مطالعات را infectomics مي نامند. همراه شدن روشهاي جديد (مانند ميکروآرايه هاي ژني و پروتئيني) و روش هاي قديمي (مانند کلونينگ، PCR، تخريب و حذف ژنها و آنتي سنس) به مطالعه اين موضوعات کمک مي کند. نظر بر اين است که تغييرات فنوتيپي(اينفکتومي) در ميکروبها و ميزبانهايشان در طي عفونت توسط ژنوم آنها کد شده و در بعضي شرايط محيطي، اين تغييرات بيان مي شوند و با استفاده از اينها مي توان روابط و ميانکنش اختصاصي ميکروب – ميزبان را مطالعه و شناسايي نمود. پاسخهاي ميکروب و ميزبانها به دارو (pharmacomes) با انجام مطالعات ژنوميک و پروتئوميک مي توانند مشخص شوند. مطالعات گسترده ژنوم مانند ژنوتيپ و فنوتيپ بندي يا تعيين الگوي بيان ژنها (expression profiling) مي تواند منجر به شناخت و قطع كلي پاتوژنز ميکروبي، تشخيص مناسب و سريع بيماريهاي عفوني و توسعه استراتژي هاي جديد کنترل عفونت شود. کليد اصلي در بيماري هاي عفوني فهم کليات و جزئيات ميانکنش بين پاتوژنهاي ميکروبي و ميزبانهاي آنهاست که در اين مورد infectomics کمک کننده است. در اينجا مسائل مهم اينفکتوميک مطرح مي شود.مقدمه:عليرغم در دست بودن عوامل ضد ميکروبي و واکسن ها، بيماري هاي عفوني سبب مرگ و مير مي شوند. براساس گزارش سازمان بهداشت جهاني در سال 2000 ، ده بيماري عفوني در راس عوامل مرگ و مير هستند. اين بيماريها شامل عفونت هاي حاد دستگاه تنفس تحتاني، ايدز، بيماريهاي اسهالي، سل، مالاريا، سرخک، کزاز، سياهسرفه، بيماري هاي منتقله از راه جنسي(بجز ايدز) و مننژيت. پيدايش بيماري هاي عفوني جديد، بازگشت بيماري هاي عفوني قديمي، افزايش سويههاي مقاوم به آنتي بيوتيک مانند پنوموکوک، انتروکوک، استافيلوکوک، پلاسموديوم فالسي پاروم و مايکوباکتريوم توبرکولوزيس و از طرفي وجود تعداد زيادي بيماران دچار نقص سيستم ايمني سبب شده است پزشکي مدرن زمينه هاي تحقيقاتي جديدي را باز کند. در سالهاي اخير توالي يابي ژنوم ميکروبها و انسان انجام شده و تمرکز تحقيقات به روي ژنهاي ويرولانس ميکروبها و ژنهاي درگير سيستم ايمني انسان و رابطه اين دو با يکديگر است. اين تحقيقات بر پايه تکنيک هاي جديد (مانند proteome and DNA microarrays) و تکنيکهاي قديمي (مانندantisense, gene knockout & knockin, PCR cloning) استوار است. مطالعه ژنوميک ساختاري و عملکردي و پروتئوميک عفونتهاي ميکروبي Infectomics ناميده مي شود. کليد اين مطالعه ميانکنش بين پاتوژن و ميزبان آن در طي عفونت است يعني از يک سو نياز است فاکتورهاي ويرولانس ، هدفهاي ضد ميکروبي(antimicrobial targets) و مکانيسم هاي بقاي پاتوژن در بدن ميزبان شناسايي شود و از سوي ديگر نياز است اجزاي سيستم ايمني و پاسخ ميزبان که سبب حذف يا محدود شدن پاتوژن و بهبود بيماري مي شوند تشريح گردند. مشخصه ژنوميک ميکروبهاي بيماريزا به دليل کوچکي ژنوم ميکربها، توالي يابي بسياري از آنها انجام شده و اطلاعات کلي از مشخصات کلي ژنوميک آنها به دست آمده است اما توالي يابي ژنوم انگل ها کمي مشکل تر است. از بين 59 ميکروبي که ژنوم آنها توالي يابي شده 24 موردشان عوامل بيماري هاي عفوني انساني هستند(گزارش مربوط به سال 2001 است اما تا ابتداي سال 2006 اين عدد به بيش از 322 ميكروب ،پروكاريوت، رسيده است) 1- جزاير پاتوژنيسيته (pathogenicity islands)مقوله کسب ژن(gene acquisition)در فرايندهاي ويرولانس ميکروبها شايع است. مناطقي اختصاصي از توالي کروموزومي ميکروبهاي بيماريزا جزاير پاتوژنيسيته نام دارند اينها معمولاً ناحيه بزرگي از کروموزوم هستند (Kb200- 50( و درصد G+C آنها با بقيه توالي کروموزوم متفاوت است. اين مناطق به دليل داشتن توالي هاي تکراري انتهايي (flanking repetitive sequences ) و همچنين ورود و خروج (integration & excision) در لکوسهاي tRNA ناپايدار هستند. جزاير پاتوژنيسيته در باکتري هاي بيماريزاي مختلف مانند اشريشيا کلي، سيتروباکتر فروندي، هليکوباکتر پيلوري، سالمونلا تيفيموريوم، يرسينيا پستيس نشان داده شدهاند. همچنين بعضي از اين تواليهاي اختصاصي در باکتريهاي مولد مننژيت مانند اشريشيا کلي سوية k1 و نايسريا مننژيتيديس مشخص شدهاند ،اما اين تواليها تمام خصوصيات جزاير پاتوژنيسيته را ندارند. در نايسريا مننژيتيديس هشت جزيرة ژنتيکي يافت شده که يکي از آنها (ناحية هشت) عامل القاي باکترمي در مدل موش نوزاد طي عفونت مننژيت است. با اين وجود هيچ کدام از اين مناطق در ميانکنش باکتري با سلولهاي اندوتليال نقش ندارند. در اشريشيا کلي مولد مننژيت هم جزيرة ژنتيکي حاوي ژن ibeA (پروتئين GimA) يافت شده که در تهاجم به سد خوني-مغزي نقش دارد. 2- سياه چالهها (Black holes)مکانيسمهاي ديگري بجز افزوده شدن جزاير پاتوژنيسيته در تکامل بيماريزايي ميکروبها نقش دارند. حذف يا تجزيه برخي مناطق ژنوميک يک ميکروب مي تواند سبب افزايش بيماريزايي آن نسبت به سويه اصلي شود. اين مناطق حذف شده را سياه چالهها مي نامند. مثلاً گونههاي شيگلا عامل ديسانتري باسيلي هستند و با سويه کومنسال بسيار نزديک خود يعني اشريشيا کلي k-12 در نداشتن چند ژن اختلاف دارند و اين سبب افزايش قدرت بيماريزايي آن شده است. ژنهاي کد کننده ليزين دکربوکسيلاز و ompT در اين سويه اشريشيا کلي وجود دارند اما در هيچ يک از سويه هاي شيگلا يافت نمي شوند. وقتي ژنهاي cadA (کد کننده ليزين دکربوکسيلاز) و ompT را به شيگلا فلکسنري 2a وارد کردند ويرولانس باکتري تخفيف يافت و فعاليت انتروتوکسيني و انتشار داخل سلولي آن به شدت کم شد. حذف بخش زيادي از ژنوم در مايکوباکتريوم توبرکلوزيس و اشريشيا کلي سويه 536 يوروپاتوژن نيز ديده شده است. مقايسه ژنوم اشريشيا کلي سويهH7 o157: با سويه MG1655 نيز حذف Mb 0.53 را در سويه MG1655 نشان مي دهد. اين نتايج مشخص مي کند ميکروبها نه تنها ژنهاي ويرولانس را کسب مي کنند بلکه بعضي ژنها را طي تکامل بيماريزايي از دست مي دهند. همچنين اين نتايج مي تواند راهنماي مناسبي براي درمانهاي جديد بيماريهاي عفوني باشد. 3- تغييرهاي بسيار کوچک در ژنوم microvariations))علاوه بر حذف يا اضافه شدن بخش زيادي از ژنوم که در پاتوژنز باکتريها نقش دارند پليمورفيسم ژنتيکي مشتق از microvariations (شامل موتاسيون نقطهاي و حذف و اضافه هاي کوچک) نيز در اين مورد نقش دارند.تحقيقات جديد نشان داده تعدادي از پروتئين هاي ويرولانس حتي تا بيش از 90 درصد با همولوگ خود در باکتريهاي کومنسال همولوژي دارند. مثالي از اينها FimH و بعضي پروتئين هاي ديگر مانند ompA , AslA, Yijp, IbeBدر اشريشيا کلي k1 است که در تهاجم باکتري به سلولهاي اندوتليال مغز همکاري دارند. بيش از 95 در صد کل ايزولههاي اشريشيا کلي فيمبريه تيپ يک (که فيمبريه حساس به مانوز هم ناميده ميشود) را بيان مي کنند. FimH يک پروتئين شبه اکتيني 30 کيلو دالتوني است که در نوک فيمبريه تيپ يک قرار دارد و مسؤل اتصال باکتري با واسطه فيمبريه است. تمام آلل هاي ژن fimH مورد مطالعه، ساب يونيت هايي را کد مي کنند که واسطه اتصال شديد فيمبريه به ساختارهاي تري مانوزي هستند. اما قدرت اتصال به رزيدوهاي مونومانوزي در واريته هاي FimH تا بيش از 15 برابر متغير است. اين تنوع اتصال بعلت ساختار متفاوت FimH است که اختصاصيت رسپتوري لکتين را تحت تاثير قرار مي دهد اما در توليد فيمبريه و يا شکل آن تاثيري ندارد. تنوع ژنتيکي FimH فيمبريه تيپ يک مي تواند ماهيت اشريشيا کلي را به سمت فنوتيپ يوروپاتوژن هدايت کند. پس تغييرات کوچک در ژنوم مي تواند تا اين اندازه قدرت ويرولانس باکتري را تحت تاثير قرار دهد. مطالعه ژنوميك سيستم هاي دفاعي ميزبانبا مطالعه ژنوم انسان كليه مكانيسم هاي ژنتيكي كنترل پاسخ سيستم ايمني در مقابل ميكروبهاي بيماريزا مشخص مي شود اما برخلاف مطالعه ژنوم ميكروبها در اينجا محدوديت هايي وجود دارد كه نمي توان به طور كامل مفاهيم مولكولي دفاع ميزبان را درك كرد. ژنوم انسان بزرگ و پيچيده بوده، فرايندهاي ديناميك و چند وجهي درگير اين نوع كنترل هستند و محدوديت مشاهده سيستم هاي كنترلي به دليل محدوديت در استفاده از مدلهاي انساني است. كشف ژنهاي مقاومت در انسان مي تواند با آناليز ژنتيكي اطلاعات در دسترس از ساير موجودات مدل، سرعت يابد و با يافتن همولوگ اينها در انسان اين مطالعه مي تواند كامل ترشود. 1- پيشگويي اجزاي ايمني ذاتي و اختصاصي با مطالعه روي حشرات:با توالي يابي ژنوم مي توان ژنهاي حساسيت و مقاومت نسبت به عفونت را مطالعه کرد و با توالي يابي ژنوم ميکروب مي توان ميانكنش فراورده هاي ميکروبي با ميزبان را بررسي نمود:مقايسه ژنوم انسان با ژنوم بي مهره ها مانند دروزوفيل براي شناسايي ژنهايي که در ايمني ذاتي نقش دارند (چون بي مهره ها فقط ايمني ذاتي دارند) مي تواند کمک کننده باشد.يکي از راهها، درگيري ژنهايي از سيستم ايمني ذاتي است که با فراورده هاي معمول باکتريها مانند Lps و پپتيدوگليکان رابطه دارند. اين فراورده ها توسط خانواده اي از رسپتورها بنام ( PRRs) Patterm – Recognition Receptors شناسايي مي شوند. در ساير موجودات نيز رسپتورهاي شناسايي کننده ميکروبها شناخته شده است مانند:ـ دو رسپتور جديدScavenger دروزوفيل( dSR – CI ) ـ نه عضو خانواده CD36ـ يازده عضو خانواده ( Peptidoglycan recognition Protein) PGRPـ سه پروتئين متصل شونده به گرم منفي ها(CNBP ( Gram – Negative binding Protein= ـ تعدادي لکتين مطالعات ژنتيکي نشان داده راههاي انتقال پيام ( Toll signaling Pathways ) Toll مدياتورهاي مهم پاسخ ايمني عليه قارچها و باکتريها در دروزوفيل و پستانداران هستند. با مطالعه مقايسه ژنوم انسان و دروزوفيل رسپتورهاي شبه ( TLR ) Tollدر انسان شناسايي شدند. پروتئين هاي TLR يک خانواده محافظت شده Conserved ) (رسپتورهاي شناسايي ايمني ذاتي هستند. شبيه PRRs در پستانداران عمل مي کنند و نقش مهمي در شناسايي ترکيبات ميکروبي دارند.بعضي فراورده هاي باكتريايي و قارچي مانند ليپوپروتئين ها نقش ليگاند براي TLR دارند. TLR ها همولوژي بالايي با رسپتورهاي اينترلوكين يك و هجده دارند. اين رسپتورها، در مسير انتقال پيامي دخالت دارند كه در پستانداران، حشرات و گياهان حفاظت شده بوده و در ايمني سلولي و تحريك دفاع ايمني ذاتي نقش دارند. همچنين TLR ها ليگاندهاي اندوژن را كه طي پاسخ التهاب تحريك شده اند شناسايي مي كنند.در مقايسه با ژنوم دروزوفيل، ژن هايي در ژنوم انسان هستند كه درگير ايمني اختصاصي بوده و اين اختلاف بين ژنوم دروزوفيل و انسان است. ژنوم انسان حاوي 22 ژن كلاس يك و 22 ژن كلاس دو آنتي ژنهاي سازگار بافتي (MHC)، 114 قالب باز خواندني كد كننده ايمونوگلوبولين ها و 59 ژن كد كننده رسپتور هاي ايمونوگلوبولين هاي هم ريشه (Cognate immunoglobulin) است. بعضي از پروتئين هاي درگير انتقال پيام در رسپتورهاي سايتوكاين ها در بعضي كرمها و مگس ديده شده است مانند: پروتئين هاي درگير در انتقال پيام سايتوكاين ها(supperssors of cytokine signaling SOCS)انتقال دهندگان پيام و فعال كنندگان نسخه برداري (signal transducer and activator of transcription = STATs) و مهار كنندگان STATهاي فعال شده. 2-مشخصه هاي ژنتيكي انسان و موشبه دليل محدوديت در دستكاري مدل هاي انساني، مدل هاي حيواني براي مطالعه بيماري هاي عفوني انسان استفاده مي شوند. در بين مدلهاي حيواني موش بدليل شناخت تكامل و سيستم نزديك فيزيولوژيك ايمني دفاعي آن بيشتر استفاده مي شود. عليرغم ميليونها سال اختلاف تكاملي، توالي هاي همولوگ زيادي بين ژنوم انسان و موش وجود دارد كه به حدود 1416 لكوس مي رسد.براي مطالعه functional genomics اولين نياز داشتن موش هاي inbred است كه به ميكروبهاي شناخته شده پاسخ ايمني متفاوت نشان بدهند. دانستنstructural genomic كمك مي كند كه شناسايي كنيم ژنهاي حساسيت و مقاومت نسبت به ميكروبها در كجا قرار دارند. سپس مي توان اين ژنها را مورد آناليز قرار داد.مثلا مطالعه موشهاي inbred بطور واضح نشان داده است(Natural resistance- associatid macrophage protein-1Narmp1)نقش مهمي در مقاومت موشها نسبت به عفونتهاي مايکوباکتريومي ايفا مي کند . بر اساس اين اطلاعات همولوگ اين ژن در انسان ( NRAMP1) شناسايي و كلون شد. چون اين دو ژن همولوژي بالايي داشتند نواحي تنظيمي و پروموتري اين دو نيز همولوژي داشتند و الگوي بيان بافتي آنها مشابه بود حدس مي زنند فعاليت اين دو نيز مشابه باشد.در حال حاضر ژنوم تعدادي از ميكروبها توالي يابي شده و ما در دوره پس ژنوميك (Post-genomic era) هستيم كه بايستي معني و مفهوم اين توالي ها را مطالعه و درك كنيم . از جمله تكنيك هاي ارزشمند براي مطالعه، ميكروارايه هاي DNA هستند كه استفاده از آنها كار را ساده و قابل اطمينان نموده است و به جاي مطالعه تعداد كمي از ژنها بطور همزمان مي توان هزاران و يا دهها هزار توالي DNAيا RNA را بطور همزمان در يك قطعه شيشه اي يا سيليكوني يك تا دو سانتي متري مطالعه نمود. در اين مورد بطور عمده ميكروارايههاي cDNA و اوليگونوكلئوتيدي استفاده مي شوند. استفاده از ميكروارايه ها راهي بسيار مطمئن براي مطالعه اينفكتوم ميكروارگانيسم و ميزبان آن طي عفونتهاي ميكروبي است بطوريكه مي تواند ميزان بيان هزاران ژن را در هر بافتي مشخص كند كه قبلاً اين يك كار غيرممكن بوده است. مثلاً يك ميكروارايه حاوي 1534 قالب باز خواندني هليكوباكتر پيلوري براي مشخص كردن تغييرات فنوتيپي باكتري تحت استرس اسيدي استفاده شده است. بيان هشتاد ژن طي اين استرس افزايش يافته كه از بين آنها Omp11كد كننده عضوي از خانواده ATPaseانتقال دهنده پروتون ( proton-translocating ATPase Family) است. اين يافته با عملكرد پروتئين OmP11 كه در تنظيم PHبا خروج پروتون از سيتوپلاسم نقش دارد همخواني دارد. مشخص كردن پاسخ ژنهاي هليكوباكتر پيلوري تحت شرايط استرس اسيدي مي تواند به درك پاتوژنز باكتري در بيماري هاي معده كمك كند. مطالعات پروتئوميك هدف نهايي مطالعات و تحقيقات ژنوميك مشخص كردن نقش ژن ها و ژنوم است. بنابراين به عنوان يك مكمل تحقيقات ژنوميك، مطالعات و تحيقات پروتئوميك براي شناسايي و معتبرسازي پروتئين هاي بيان شده از ژنوم و مشخص نمودن تغييرات اينفكتوم (و بيان پروتئين ها ) طي دوره عفونت ضروري است. پروتئوميك بر اساس استفاده از ژل الكتروفورز دو بعدي، اسپكترومتري جرمي ( Mass spectrometry = Ms ) و تكنيك هاي كامپيوتري مي باشد. اين تكنولوژي ها قادرند هزار لكه پروتئيني را روي يك ژل(كه الكتروفورز پروتئين هاي آن بخوبي انجام شده) از هم تفكيك نمايند. در حال حاضر روباتهاي تجاري در دسترس هستند كه ژل را رنگ مي كنند، لكه هاي پروتئين را از ژل جدا مي كنند و قبل از انجامMs آنها را پروتئوليز مي نمايد.سپس پروتئين توسط MS,( matrix- assisted laser desorption ionization) MALDI و نرم افزارهاي تخصصي مانند Melanie3 شناسايي مي شود. پروتئوميك به شكل موفقيت آميزي براي آناليز مقايسه اي الگوي بيان پروتئين هاي ميكروب پاتوژن و سلول آلوده شده استفاده مي شود. مثلا الگوي بيان پروتئين هاي سويه پاتوژن مايكوباكتريوم توبركلوزيس و سويه تخفيف حدت يافته آن مقايسه شده اند. از بين 1800 لكه پروتئين روي ژل، 6 محصول ژنهاي جديد شناسايي شده اند كه با مطالعات ژنوميك شناسايي نشده بودند. ساير ابزارهايي كه مي توان به كمك آنها پاتوژنز ميكروبها را مطالعه كردبراي تاييد ژنهايي كه طي تحقيقات ژنوميك و پروتئوميك شناسايي مي شوند بايستي كارهاي ديگري مانند ايجاد موتاسيون در ژن و انواعassay انجام شود. بعضي تكنيك ها بطور مستقيم ژنهاي ويرولانس را از طريق غربالگري كتابخانه ژنومي تشخيص مي دهد مانند : IVET (In vivo Expression Technology) و DFI ( Differential Fluorescence Induction) كه اينها ژنهاي درگير در ويرولانس را شناسايي مي كند.از جمله تكنيكهاي ديگر Differential Display است كه در آن cDNAهاي مختلف ساخته شده و روي ژل پلي اكريل آميد دناتوره كننده، الكتروفورز مي شود. مقايسه الگوي cDNA الكتروفورز شده ميزان اختلاف سطح mRNA هاي سلولهاي نرمال و آلوده به ميکروب را نشان مي دهد.اين روش ساده، حساس، سيستماتيک و قابل اطمينان است. چند روش تغيير يافته براي بررسي بيان ژنها وجود دارد مانند: ( Serial analysis of gene Expression ) SAGE که براي مطالعه و جستجوي ژنها استفاده مي شود. ساير روشها مانند:cDNA RDA ( Representational Difference Analysis )SSH ( Suppression Subtractive Hybridization ) TPEA ( Three Prime End Amplification )در اين روشها بجاي آنکه ژنها را تکثير دهند ( مانند PCR ) روي ميزان بيان ژنها کار مي شود. اينفکتوميک تشخيصي ( Diagnostic Infectomics )عمده تست هاي شناسايي ميکروبهاي بيماريزا وابسته به تکنيکهايي است که در آنها ميکروب، جداسازي و کشت مي شود و در آزمايشگاه مورد آناليز قرار مي گيرد. اين روش هاي سنتي بر پايه اصول چهارگانه کخ توسعه يافته اند، اما در اين روشها براي تشخيص ميکروبها محدوديت هايي وجود دارد مثلاً در اين روشها ژنوم عوامل عفوني و پاسخ ميزبان بررسي نمي شود، از وضعيت ميزبان اطلاعي کسب نمي شود و اينکه بعضي ميکروبها در محيط کشت رشد نمي کنند يا رشد خوبي ندارند . در دسترس بودن توالي كامل ژنوم انسان و بعضي ميکروبها تحولي عظيم در پيش بيني، تشخيص اوليه و تشخيص نهايي عوامل عفوني و اينفکتوميک تشخيصي بوجود آورده است. همچنين ژنوتايپينگ با کمک تحقيقات ژنوميک مي تواند در تسهيل تشخيص کمک کند .ميکروبهاي بيماريزا در طي دوره ايجاد عفونت از فاکتورهاي ويرولانس متعددي استفاده مي کنند و شرايط دوره عفونت حالت ديناميک دارد و شرايط ثابتي براي آن وجود ندارد. بعيارت ديگر در طي عفونت ژنهاي متعددي بيان مي شوند که اين بيان در سطح RNA و پروتئين (اينفکتوم) کنترل مي شود. بنابراين هر ميکروبي داراي اينفکتوم متفاوت در هر ميزبان است و اين ميکروب در بافتهاي مختلف يک ميزبان هم اينفکتوم متفاوتي دارد. اين مشخصات اينفکتوم براي هر ميکروب و در هر بافت مي تواند در تشخيص کمک کند . بيشتر موفقيت هاي کسب شده در زمينه مطالعه بيماريهاي عفوني انسان نتيجه آناليز تعدادي از ژنهاي درگير بوده است که امروزه با تکنيک هاي ميکروارايهDNA و پروتئوميکي مي توان تعداد بسيار زيادي از ژنهاي دخيل در بيماري را همزمان مطالعه و بررسي کرد و پروفايل بيان ژنها را در شرايط مختلف محيطي ( ميکروبي و ميزبان ) بدست آورد .براي مثال بيش از 90 درصد عفونتهاي اوليه توکسوپلاسما گوندي ( T.gondii ) در زنان باردار با روشهاي جديد که بر پايه سرولوژي و ياPCR هستند تشخيص داده نمي شوند . در افراد مبتلا به ايدز، يکي از عوامل مهم مرگ، آلودگي با توکسوپلاسما و ايجاد آسيب هاي مغزي توسط اين انگل است .پس در اين مورد نياز است در مراحل اوليه عفونت، آلودگي تشخيص داده شود . با استفاده از آناليز پروتئوم روي ژل دو بعدي حدود 300 لکه پروتئيني روي ژل مشخص شد و سپس با آناليز مقايسه اي ايمونوبلات که روي سرم زنان باردار و غير باردار مبتلا به توکسوپلاسموز حاد و بيماراني که عفونت نهفته ( Latent ) داشتند انجام شد، هفت آنتي ژن شناسايي گرديد که اينها مي توانند مارکرهاي مناسبي براي تشخيص عفونت حاد و نهفته باشند . تحقيق مشابهي روي هليکوباکتر پيلوري انجام شده که آنتي ژنهايي را براي تشخيص و همچنين درمان کانديد مي کند. ژنوتايپينگ در تشخيص ميکروبها بسيار کمک کننده است. تکنيکهاي مناسب اينکار Broad-range PCR (BDA) و ميکروارايه هاي DNA هستند. بعضي توالي هاي ژنومي ميکروبها محافظت شده بوده، و با تکثير اين توالي ها مي توان اطلاعات مناسبي از فيلوژني ميکروبها بدست آورد. در اين مورد از ژنهاي کد کننده سابيونيت هاي کوچک و بزرگrRNA استفاده شده است. از اين توالي ها براي شناسايي و تشخيص ميکروبها نيز استفاده مي شود. مبناي اين تشخيص ها در دست داشتن توالي ژنوم ميکروب است.تغييرات اينفکتوم ميزبان شامل پروفايل هاي بيان پروتئين است . پروفايل mRNA مي تواند در تشخيص عفونت در مراحل مختلف آن کمک کننده باشد. در واقع الگوي بيان ژن ميزبان مي تواند يک مارکر تشخيصي در بيماري هاي عفوني باشد. ميکروارايه هايDNA و پروتئيني مي توانند اطلاعات تشخيصي مهمي از پروفايل بيان ژن در داخل سلول به ما بدهند. ميکروارايه هايcDNA انساني براي مطالعه و مشاهده پاسخ ميزبان به ميکروبها بکار گرفته شده اند. مثلاً اينفکتوم فيبروبلاست هاي انساني در پاسخ به آلودگي با توکسوپلاسما گوندي با استفاده از اين ميکروارايه ها که شامل حدود 22 هزار ژن شناخته شده و EST هاي Expressed Sequence Tags ناشناخته بوده انجام شده و اين مطالعه نشان داده پاسخ اوليه ميزبان نيازي به تهاجم انگل ندارد و بيان ژنهاي فاز تاخيري بطور مستقيم وابسته به حضور انگل است. اختلاف پروفايل بيان ژنهاي اوليه و تاخيري نه تنها به مطالعه پاتوژنز انگل کمک مي کند بلکه اطلاعات مهمي را در مورد پيشرفت بيماري مي تواند در اختيار قرار دهد. پيش بيني مي شود مطالعه اينفکتوم ميزبان که توسط ميکروب بيماريزا القا و تحريک شده اختصاصي تر از شناسايي مارکرهاي معمولي التهاب مانند سايتوکاين ها باشد. اينفکتوميک پيشگيري و درمان ( Preventive and therapeutic infectomics ) ميانکنش هاي ميزبان ـ پاتوژن فرآيندهاي چند بعدي و پيچيده اي بوده که مي تواند منجر به پيدايش عفونت شود. اين ميانکنش ها شامل رابطه ميزبان ـ پاتوژن، ميزبان- ميکروبهاي کومنسال و پاتوژن ـ کومنسال هستند. تعادل بين اين روابط براي سلامتي بسيار ضروري است. با اين وجود اين روابط کمتر توصيف شده اند و توجه به نقش ميکروبهاي کومنسال در سيستم دفاعي ميزبان کمتر مورد توجه قرار گرفته است. تحقيقات ژنوميک و پروتئوميک مي تواند در اين زمينه کمک کننده باشد .1- واکسن ايمن سازي در مقابل بيماريهاي عفوني توسط واکسيناسيون يک راهکار مهم به منظور افزايش توان سيستم دفاعي ميزبان است. اطلاعات ژنوميک فرصت مناسبي را براي توسعه واکسن ها فراهم آورده است. با كلونينگ و بيان ژنهاي کانديد واکسن مي توان به پروتئين نوترکيب رسيد و آنرا در حيوانات تست نمود و ميزان ايمني زايي آن را در حيوان بررسي کرد. در تحقيقات ژنوميک هر ژني کانديد واکسن نمي شود بلکه ژنهاي مشخصي انتخاب مي شوند مثلاً اين کار در مورد نايسريا مننژيتيديس سرگروه B ( سويه NmB ) انجام شده بطوريکه پس از توالي يابي ژنوم اين باکتري ، با آناليزهاي بيوانفورماتيک پروتئين هاي وابسته به سطح باکتري پيش بيني شده اند. اين پيش بيني بر اساس: دومين هاي ( Domain ) عرض غشايي پروتئين ها توالي هاي راهنما( Leader Peptide ) همولوژي با پروتئين هاي سطحي شناخته شده الگوهاي ليپوپروتئين ( Lipoprotein Signatures ) موتيف هاي لنگري غشاي خارجي ( Anchoring Motives Outer Membrane ) و دومين هاي اتصالي به سلول ميزبان مانند تري پپتيد آرژينين، گلايسين، اسپارتيک اسيد ( RGD ) انجام شد . از مجموع 2158 قالب باز خواندني ، هفت پروتئين کانديد واکسن ارزيابي و انتخاب شد. جالب توجه است که اين هفت پروتئين سطحي در بين 31 سويه نايسريا مننژيتيديس تست شده، توالي يکسان ( Conserved) دارند . اين واکسن در مرحله پيش باليني ( Pre-Clinical Phase ) توسعه ساخت واکسن است. همچنين از اطلاعات ژنوميک براي ساخت واكسن هاي جديد براي عليه مايكوباكتريوم توبركلوزيس، پنوموكوك، پورفيروموناس ژنژيواليس و هليکوباکتر پيلوري استفاده شده است.در مورد واکسن هاي DNA و اوليگودزوكسي نوكلئوتيدهاي( ODN ) سنتزي تحريك کننده سيستم ايمني نيز کار شده است . واکسنهاي DNA ، وکتورهايي هستند که ژن کد کننده آنتي ژن را حمل کرده و آنرا داخل سلول ميزبان بيان مي کنند. يکي از مشکلات مهم اين واکسن ها مسئله زمان است بطوريکه براي توليد ، تست و ارزيابي و کسب مجوز يک واکسن جديد بيش از يک دهه زمان نياز است در صورتيکه پاتوژن هاي موتانت بعنوان واکسن مي توانند اين راه را طي چند ماه سپري کنند. همچنين ژن درماني مي تواند بعنوان يک آلترناتيو کنترل بيماري عفوني تحقيق و مطالعه شود. معني دادن به اطلاعات ژنوميک انسان و ميکروبها پتانسيل بزرگي براي توسعه قدرتمند و هر چه بيشتر مقابله با بيماريهاي عفوني است.2- پروبيوتيکاز زمان تولد تا مرگ ، بدن انسان با ميکروبها مي تواند روابط ديناميک و پيچيده اي را داشته باشد . اکثر ميکروبهاي کومنسال بدن انسان در دستگاه گوارش بخصوص روده ها مستقر هستند . بطوريکه اين منطقه داراي بيش از 500 گونه ميکروبي است . اين ميکروبها در سلامتي انسان نقش دارند و اعمال آنها در اين مورد شامل تحريک سيستم ايمني، محافظت انسان از ميکروبهاي بيماريزا و کمک به هضم غذا است. ميکروفلور روده براي هموستازي انسان ضروري است و بلافاصله پس از تولد شکل مي گيرد. مخاط روده نيز يک حايل محافظتي بين محيط داخل روده با آنتي ژنهاي مشتق شده از غذا و ميکروبهاي همراه غذا است .بعضي از فاکتورهاي محيطي مي توانند ميکروفلور طبيعي را بهم بزنند مانند مصرف آنتي بيوتيک ، درمان افراد با داروهاي سرکوب کننده سيستم ايمني ، پرتو درماني ، عدم رعايت بهداشت و متعادل نبودن تغديه و رژيم غذايي . اين عوامل مي توانند سبب ايجاد بيماري عفوني شوند . از اين رو افزودن باکتريهاي زنده مفيد ( پرو بيوتيک ) به روده مي تواند در تحريک دفاع ايمني ميزبان عليه ميکروبهاي بيماريزا مناسب باشد .مکانيسم هاي مختلفي براي پروبيوتيک درماني فرض شده مانند توليد عوامل ضد ميکروبي توسط اينها ، رقابت با ميکروبهاي بيماريزا بر سر محل اسکان و تغذيه و همچنين تعديل سيستم ايمني (Immunomodulation). ميکروبهايي که بيشتر بعنوان پروبيوتيک استفاده مي شوندBifidobacterium و Iactobacillum هستند . مثلاً لاکتوباسيل ها قادرند کوليت را در موشهاي دچار نقص اينترلوکين ده کاهش دهند.در تحقيقات جديد از لاکتوباسيل ها بعنوان وکتورهاي زنده حمل کننده دارو ، ترکيبات ضد ميکروبي و واکسن استفاده شده است، چون هم ايمن ( Safe) هستند و هم قادرند بعنوان فلور طبيعي در بدن جايگزين شوند . همچنين خواص ادجوانتي داشته و قدرت آنتي ژنيسته پاييني براي بدن دارند. تعيين پروفايل بيان ژنها طي کلونيزه شدن پروبيوتيک ها مي تواند در مطالعه فلور نرمال بدن ( Microbiome ) و کاربرد آن در زمينه هاي ياد شده موثر باشد. 3- فارماکوژنوميک پاسخ هر فرد به دارو مي تواند متفاوت باشد و اين اختلاف پاسخ دهي بعلت تنوع در انتقال دارو، متابوليسم دارو، تنوع هدف هاي سلولي و راههاي متنوع پاسخ هاي سلولي است. بهينه سازي و درمان منحصر بفردي (individualized therapy ) براي هر فرد و هر بيماري غير ممکن بوده است اما براي حل اين مشکل زمينه جديدي بنام فارماكوژنوميک از مجموع فارماكولوژ ي و ژنوميک بوجود آمده است . با استفاده از تحقيقات ژنوميک و پروتئوميک امکان پيش بيني و بررسي پاسخ به دارو ( فارماکوم Pharmacome) و بهينه سازي پاسخ هر فرد به دارو فراهم گشته است . همچنين اين تکنولوژي براي توسعه داروها و درمان باليني و پيش بيني عوارض داروها در هر فرد مورد استفاده قرار مي گيرد. رابطه فارماکوم ميکروب و ميزبان با فعاليت دارو مي تواند به درک جزئيات مولکولي عملکرد دارو کمک کند. از تکنيک ميکروارايهDNA براي مطالعه فارماکوم مايکوباکتريوم توبرکلوزيس در پاسخ به داروي ضد سل ايزونيازيد ، که بيوسنتز اسيد مايکوليک را مهار مي کند، استفاده شده است. پنج ژن مجارو هم در ساخت آنزيم هاي درگير در بيوسنتز اسيد چرب باکتري نقش دارند و ژن kasA که هدف ايزونيازيد مي باشد در بين اين ژنها قرار دارد. پيش بيني مي شود ژنهاي مجاور مي توانند از اهداف آنتي بيوتيک هاي جديد ضد سل باشند . بررسي پروفايل بيان ژن در باکتري تيمار شده و تيمار نشده با دارو مي تواند مکانيسم حساسيت و مقاومت باکتري را مشخص نمايد. پس همانطور که عنوان شد فارماکوژنوميک مي تواند در توسعه داروهاي جديد و درمان هاي باليني بيماري هاي عفوني نقش داشته باشد. References:1) Allen NL, Hilton AC, Betts R, Penn CW (2001) Use of representational difference analysis to identify Escherichia coli O157-specific DNA sequences. FEMS Microbiol Lett 197:195–201 2) Alvarez-Olmos MI, Oberhelman RA (2001) Probiotic agents and infectious diseases: a modern perspective on a traditional therapy.Clin Infect Dis32:1567–1576 3) Behr MA, Wilson MA, Gill WP, Salamon H, Schoolnik GK, Rane S, Small PM (1999) Comparative genomics of BCG vaccinesby whole-genome DNA microarray. Science 284:1520–1523 4) Bunnell BA, Morgan RA (1998) Gene therapy for infectious diseases. Clin Microbiol Rev 11:42–56 5) Casadevall A, Pirofski LA (2000) Host-pathogen interactions: basic concepts of microbial commensalism, colonization, infection,and disease. Infect Immun 68:6511–6518 6)Chakravarti DN, Fiske MJ, Fletcher LD, Zagursky RJ (2000) Application of genomics and proteomics for identification ofbacterial gene products as potential vaccine candidates. Vaccine19:601–612 7) Chiang SL, Mekalanos JJ, Holden DW (1999) In vivo genetic analysis of bacterial virulence. Annu Rev Microbiol 53:129–154 8) Cummings CA, Relman DA (2000) Using DNA microarrays to study host-microbe interactions. Emerg Infect Dis 6:513–525 9) Dubensky TW Jr, Liu MA, Ulmer JB (2000) Delivery systems for gene-based vaccines. Mol Med 6:723–732 10) Evertsson U, Monstein HJ, Johansson AG (2000) Detection and identification of fungi in blood using broad-range 28S rDNA PCR amplification and species-specific hybridisation. APMIS 108:385–392 11) Fussenegger M (2001) The impact of mammalian gene regulation concepts on functional genomic research, metabolic engineering,and advanced gene therapies. Biotechnol Prog 17:1–51 12) Geiss GK, Bumgarner RE, An MC, Agy MB, van ‘t Wout AB, Hammersmark E, Carter VS, Upchurch D, Mullins JI, Katze MG (2000) Large-scale monitoring of host cell gene expression during HIV-1 infection using cDNA microarrays. Virology 266:8–16 13) Greenbaum D, Luscombe NM, Jansen R, Qian J, Gerstein M (2001) Interrelating different types of genomic data, from proteome to secretome: ‘oming’ in on function. Genome Res 11:1463–1468 14) Hecker M, Engelmann S (2000) Proteomics, DNA arrays and the analysis of still unknown regulons and unknown proteins of Bacillus subtilis and pathogenic gram-positive bacteria. Int J Med Microbiol 290:123–134 15) Jungblut PR, Muller EC, Mattow J, Kaufmann SH (2001) Proteomics reveals open reading frames in Mycobacterium tuberculosis H37Rv not predicted by genomics. Infect Immun 69:5905–5907 16) Loferer H (2000) Mining bacterial genomes for antimicrobial targets. Mol Med Today 6:470–474 17) Maurelli AT, Fernandez RE, Bloch CA, Rode CK, Fasano A (1998) “Black holes” and bacterial pathogenicity: a large genomic deletion that enhances the virulence of Shigella spp. and enteroinvasive Escherichia coli. Proc Natl Acad Sci USA 95:3943–3948 18) Medzhitov R, Preston-Hurlburt P, Janeway CA (1997) A human homologue of the Drosophila Toll protein signals activation of adaptive immunity. Nature 388:323–324 19) Ochman H, Moran NA (2001) Genes lost and genes found: evolution of bacterial pathogenesis and symbiosis. Science 292: 1096–1099 20) Rosamond J, Allsop A (2000) Harnessing the power of the genome in the search for new antibiotics. Science 287:1973–1976 21) Sokurenko EV, Chesnokova V, Dykhuizen DE, Ofek I, Wu XR, Krogfelt KA, Struve C, Schembri MA, Hasty DL (1998) Pathogenic adaptation of Escherichia coli by natural variation of the FimH adhesin. Proc Natl Acad Sci USA 95:8922–8926 22) Venter JC, Adams MD, Myers EW, et al (2001) The sequence of the human genome. Science 291:1304–1351 23) Zagursky RJ, Russell D (2001) Bioinformatics: use in bacterial vaccine discovery. Biotechniques 31:636–659 |
|
تاریخ بروز رسانی ( 13 آبان 1388 ساعت 17:55 )
|
|
|
 |
 |
 |
|
|
|
|
تبلیغات
حاضرین در سایت
حاضرین در سایت : 7 نفر مهمان
|
|
