اقرأ في هذا المقال
ما هو تحليل الخلية الواحدة:
يُعرف تحليل الخلية الواحدة للمحتويات الخلوية بواسطة أدوات تحليلية شديدة الحساسية باسم القياس الخلوي الكيميائي، وعادةً ما يأخذ مقياس الخلوي الكيميائي عينة واحدة في كل مرة ويحدد المحتويات الخلوية ذات الأهمية ثم يعالج هذه البيانات ويبلغ عنها.
إن تحليل الخلية الواحدة الذي يقيس النسخ خلية تلو الأخرى هو مجال صاعد إلا أنه لم يتم تطويره بما يكفي كحقل ثابت، ونظرًا للتطور التكنولوجي حاليًا غالبًا ما تكون بعض النصوص مفقودة في الوقت الحالي، حيث لا توجد طرق للحكم على ما إذا كان النص المفقود مفقودًا بالفعل (بيولوجيًا) أم لا (مفقود تقنيًا، أي فشل القياسات) وبالتالي، فإن الغرض من (SCA) في كثير من الأحيان لا يتم تحديد الجينات التي يتم التعبير عن نسخها بشكل واضح بين العينات المعالجة والعينات الضابطة، ولكن تجميع الخلايا (التجميع) بناءً على النصوص المقاسة.
أيض وحيدة الخلية:
يهدف تحليل الخلية الواحدة إلى اكتساب نظرة ثاقبة لآليات الوظيفة الخلوية، الأمر الذي يتطلب فهمًا لكل مكون من المكونات الخلوية بما في ذلك محتوى البروتين والحمض النووي الريبي والحمض النووي الريبي المرسال وكذلك المستقلبات الخلوية، إن التحليل أحادي الخلية متخصص لتوفير فهم هادف للاختلافات الخلوية والوظيفية في مجموعة خلايا محددة شكليًا، كما أن علم الأيض هو التحليل الكمي والنوعي وتوصيف الأنواع الكيميائية (المستقلبات)، على الرغم من التقدم في استعادة المستقلب لا تزال هناك حاجة لإنشاء أداة لفحص نسبة كبيرة من المستقلب الخلوي في تحليل الخلية الواحدة، وهذا في المقام الأول بسبب وجود كميات كبيرة من الأيضات غير المعروفة مع تنوع إضافي في الحجم والبنية والكميات في الخلايا( MS و NMR )هما الطريقتان الرئيسيتان لتحليل الأيض لكن حساسيتهما مع كميات منخفضة من التحليلات مشكوك فيها.
حتى وقت قريب نجحت معظم الاستقصاءات الأيضية فقط في تحديد نسبة مئوية صغيرة من مستقلب الخلية بالكامل وبالتالي هناك حاجة لإنشاء تقنيات لتغطية ملف التمثيل الغذائي للخلايا الكاملة، فيما يلي الطرق التحليلية لتحديد المستقلبات في الخلايا المفردة(MS) هي طريقة فائقة الحساسية تستخدم للكشف المتزامن عن العديد من المستقلبات في الخلية، وعندما نغوص في طرق التأين داخل(MS) كثيرًا ما يتم استخدام (MALDI)في تحليل الخلية الواحدة نظرًا لحساسيتها لتحليل خلية واحدة.
التأين بالامتصاص من السيليكون المسامي (DIOS) و(NAPAs) (مصفوفات السيليكون نانوبوست) هي تطورات أخرى في (MALDI) لتحليل المستقلبات في نطاق أتومولي،(NIMS )أو مقياس الطيف الكتلي لمنشئ البنية النانوية هو طريقة (MS) لتحليل الخلايا السرطانية الفردية واستجابتها للعلاجات خاصةً العلاج الكيميائي، وتم أيضًا استخدام اللوني السائل MS (LC-MS) في الكشف عن المستقلبات المستخرجة من مجموعة الخلايا السرطانية غير المتجانسة وفي إجراء تحليل مقارن للتغيرات في ملامح المستقلب عند تحريض الأدوية لتقييم كيفية تغير المظهر الجانبي الأيضي المقابل لتسليم الدواء.
علم الجينوم أحادي الخلية:
يعد التحليل أحادي الخلية طريقة شائعة تستخدم في تحسين فهمنا لعدم التجانس بين الخلايا، وقد توفر(omics) أحادية الخلية دقة غير مسبوقة في علم الأحياء، إذ أن العلاج بخلية واحدة هو بديل آخر، يعتمد استخدام تسلسل الحمض النووي لتشخيص الأبوة على مجموعات الخلايا في فرد واحد له نفس تسلسل الحمض النووي تقريبًا، في حين تظهر مجموعات من أفراد مختلفين تعدد الأشكال، كما تركز تقنيات هندسة الجينات على تعديل الخلايا الأولية والجذعية، وأثناء المعالجة في المختبر والثقافة الفرعية قد تتراكم الاختلافات بين الخلايا في تسلسل الحمض النووي والتعبير الجيني في تعداد الخلايا المتكاثرة.
سوف تتحدى تحليلات النواة الواحدة عدم التجانس الجينومي بين الخلايا في الأفراد المتطابقين، وتتطلب طرق تسلسل الجينوم التقليدي وتسلسل النسخ DNA / RNA المستخرج من مجموعة الخلايا ومن ثم، غالبًا ما تُفقد الاختلافات الجينية الفريدة للخلايا الفردية في متوسط عدد السكان وغالبًا ما يتم إخفاء طفرة (de novo)في الخلية في الإشارة المجمعة، وتعد تحليلات الخلايا المفردة ضرورية عند تشريح التركيب الجيني للأنسجة غير المتجانسة لفهم أسباب الأمراض والأنماط الظاهرية المختلفة وكذلك عند إجراء أبحاث استقرار الجينوم الأساسية علاوة على ذلك، فإن تقييم التجانس في مجموعات الخلايا مهم في الطب التجديدي السريري لضمان كفاءة الخلايا للزرع.
علم الجينوم أحادي الخلية باستخدام أساليب تضخيم الحمض النووي أو الحمض النووي الريبي أحادية الخلية يحتاج إلى مواد كافية للسماح بالتسلسل ومع ذلك، فإن تفسير بيانات تسلسل الخلية المفردة معقد بسبب تحيزات التضخيم المختلفة التي يتم إدخالها في (DNA) أو(RNA) للخلية لذلك، هناك حاجة إلى طرق مخصصة لتمييز مصنوعات التضخيم هذه عن التغيرات الجينية الحقيقية.
يعد تسلسل الجينوم أحادي الخلية أداة قد تصبح مفيدة في المستقبل ولكن الضرر المتسلسل غير المحدد مثل الانقطاعات المفردة أو المزدوجة (SSBs ، DSBs)، يربك مثل هذه التقنيات الرائدة، إذ يتم إنتاج (SSBs) يوميًا في النوى أثناء عمليات إصلاح الحمض النووي مثل إصلاح استئصال القاعدة، إذا لم يتم إصلاحها فإن الآفات الموجودة على الحمض النووي تهدد السلامة الجينية من خلال تحويلها المحتمل إلى (DSB) مميت أثناء تكرار الحمض النووي، يعد إصلاح (DSB)أصعب في جوهره من آفات الحمض النووي الأخرى، نظرًا لأن العتبة الحرجة قد تكون صفرًا أو عددًا منخفضًا جدًا لذلك يعد التحقق من السلامة الهيكلية، خاصة خلال المراحل المبكرة من تفتيت الحمض النووي خطوة أساسية في تحليلات الحمض النووي أحادية النواة.
هيكل الخلية الأساسي:
يظهر الهيكل الأساسي للخلية، حيث تتكون كل خلية من بنية داخلية كثيفة تسمى النواة والتي تحيط بها كتلة أقل كثافة من السيتوبلازم، ويتم فصل النواة عن السيتوبلازم بغلاف مزدوج يسمى الغشاء النووي الذي يتخلله ثقوب، ويحتوي السيتوبلازم على شبكة من الأغشية التي تشكل حدودًا لعدد لا يحصى من القنوات والحويصلات (أو الأكياس) وهي محملة بأجسام صغيرة تسمى الريبوسومات.
تسمى هذه الشبكة الغشائية بالشبكة الإندوبلازمية وهي متميزة عن الميتوكوندريا وهي عضيات غشائية (أعضاء صغيرة) مستقلة هيكليًا عن المكونات الأخرى للبلازما الخلوية، إذ يُطلق على الغلاف الخارجي للخلية اسم غشاء الخلية أو غشاء البلازما ويشكل حدود الخلية.
تعتبر النواة في كثير من الخلايا أكبر جسم مركزي ولها أهمية خاصة، حيث يحتوي على عدد من الأجسام الشبيهة بالخيوط أو الكروموسومات التي هي ناقلات لنظام التحكم في الوراثة في الخلية، وتحتوي على حبيبات من مادة تسمى الكروماتين وهي غنية بالحمض النووي، هو الحمض النووي (حمض الديوكسي ريبونوكلييك)، وعادة لا تظهر الكروموسومات بسهولة في النواة إلا عندما تنقسم الخلية مع نواتها، إذ عندما لا تنقسم النواة يمكن رؤية الجسم الكروي النواة (في بعض النوى قد يكون هناك أكثر من نواة واحدة)، وعندما تنقسم النواة تختفي النوية.
عمليات الحياة :
نظرية الخلية القائمة على مفهوم أن الكائنات الحية الأعلى تتكون من وحدات أصغر تسمى الخلايا، التي تمت صياغتها في عام 1838 من قبل اثنين من علماء الأحياء الألمان ماتياس جاكوب شلايدن عالم النبات، وثيودور شوان عالم التشريح، حيث كان للنظرية تأثير بعيد المدى على دراسة(phe-nomena)البيولوجية.
اقترح أن الكائنات الحية لها أساس مشترك في التنظيم ومع ذلك، كان لتقدير أهميتها الكاملة انتظار معرفة أكثر دقة ببنية وأنشطة الخلايا، إذ تتكون بعض الكائنات الحية على سبيل المثال، الأميبات من خلية واحدة لكل منها وبالتالي تسمى الكائنات الحية أحادية الخلية، والحيوانات العليا متعددة الخلايا وتحتوي على تجمعات من الخلايا مجمعة في الأنسجة والأعضاء.
الإنسان على سبيل المثال، يتكون من ملايين الخلايا المختلفة التي تؤدي مجموعة متنوعة من الوظائف المختلفة، وتختلف خلايا الحيوانات الأعلى اختلافًا كبيرًا عن بعضها البعض في الحجم والشكل والوظيفة حيث إنها خلايا متخصصة، علاوة على ذلك هناك تشابه ملحوظ في التركيب الجزيئي والتمثيل الغذائي لجميع الكائنات الحية.
تم اعتبار هذا التشابه على أنه يعني أن الحياة قد نشأت مرة واحدة فقط في الماضي وكان لها تركيبة كيميائية محددة تعتمد عليها عمليات التمثيل الغذائي، وتم نقل هذا الهيكل والتمثيل الغذائي إلى الكائنات الحية المتسلسلة الفرعية عن طريق التكاثر وكل الاختلافات، بعد ذلك نتجت عن طفرة عرضية أو تغييرات في طبيعة الوحدات الناقلة للوراثة، واحدة من أكثر سمات الحياة استثنائية هي التعقيد المنظم سواء في الوظيفة أو الهيكل.
من المتفق عليه بين علماء الأحياء أن الاحتفالات الوظيفية للحياة تشمل الحركة والتنفس والنمو ، والتهيج (رد الفعل على التغيرات البيئية) وإعادة الإنتاج، وبالتالي فإن هذه الظواهر تطرحها جميع الخلايا، إذ يمكن تجميع الأربعة الأولى منها تحت كلمة واحدة التمثيل الغذائي، لذلك يمكننا القول أن الكائنات الحية لها خاصيتان مشتركتان: التمثيل الغذائي والتكاثر لذلك، عندما نقول إننا ندرس عمليات الحياة فإننا في الواقع ندرس عملية التمثيل الغذائي وتكاثر الخلايا.
