דארווינזם

1. דארווינזם אל מול למרקיזם S. E. Luria & M. Delbrück, Mutations of Bacteria from Virus Sensitivity to Virus Resistance, Genetics 28:491 Nov 1943

2. היסטוריה Max delbruck (1906-1981) נולד בברלין התמחה תחילה באסטרונומיה 1929-1932 שנים בהו בילה בבתא דוקטורטים באירופה. בין השאר התחיל להתעניין בביולוגיה בעקבות קשריו עם נילס בוהר באמונה כי למכניקת הקוונטים השלכות בתחומים אחרים. ב -1937 עבר למרכז רוקפלר שם הרחיב עיסוקו בביולוגיה. הצטרף 1939 הצטרף לאוניברסיטת וונדרבלט בנשוויל טנסי. Salvador E Luria (1912-1991) נולד בטורינו איטליה שם למד רפואה ב- 1943 עבר לארה"ב שם שימש כפרופסור באוניברסיטת אינדיאנה. *בשנות המלחמה נחשבו השניים לאזרחי מדינות אויב מה שאפשר להם להתרכז במחקרם 1943 מאמרם על ארקופגים פורסם. 1969 קיבלו פרס נובל על מחקרם.

3. מילון מונחים בקטריה חיידק; ייצור חד-תאי. מחקר זה עוסק בחיידק E.coli וירוס נגיף;טפיל תוך תאי. מחקר זה עוסק בבקטריופאז' T1 דור פרק הזמן מרגע הפיכת תא לעצמאי ועד להתחלקותו חלוקה גיאומטרית סכמת חלוקה לפיה כל תא אם מתחלק לשניים מידי דור מושבה אוכלוסיית חיידקים שמקורה בתא אחד, בסמיכות פיסית בצלחת פטרי

4. מוטציה שינוי בחומר הגנטי מוטנט הייצור שנושא את המוטציה. במחקר זה החיידק E.coli קצב מוטציה הסתברות למוטציה לתא ליחידת זמן (דור) עמידות לוירוס חוסר היכולת של וירוס להדביק אורגניזם

5. היסטוריה

6. וירוסים • מורכבים מגדיל אחד של חומצות גרעין המצופה במעטפת חלבונית • חסרים את רוב המבנים והמנגנונים שאופייניים ל"חיים", ובכלל זה המנגנון הביוסינתטי שהכרחי להתרבות • הווירוס חייב להדביק מאכסן מתאים כדי להתרבות

7. יכולים להימצא בשני מצבים: • ויריאון: מחוץ למאכסן. מצב רדום • וירוס: במגע עם המאכסן. מצב פעיל בו הווירוס מגיב לסביבה ופעולותיו מכוונות להתרבות. • בקטריופאז'ים הם וירוסים שמדביקים חיידקים, T1 מדביק את החיידק E.coli

8. כיצד מופיעות בקטריות עמידות להתקפת הוירוס? היפותזה (1): מוטציות - mutation שינוי אקראי בבקטריה שהופך אותה ואת צאצאיה לעמידה, ללא תלות בנוכחות הוירוס. היפותזה (2): עמידות נרכשת acquired hereditary immunity הבקטריה במגעה עם הוירוס עוברת שינוי פנימי כך שהיא וצאצאיה עמידים לו.

9. השלכות של ההיפותזות מוטציה *מתפתחות מושבות – coloniesעמידות לפני המגע עם הוירוס *יחס הבקטריות העמידות בתרבית תלוי בזמן הוספת הוירוס מרגע גידול האוכלוסייה. *מכאן, שנצפה לפלקטואציות גדולות בין תרביות שונות

10. חסינות תורשתית נרכשת *עמידות סטטיסטית בפרטים מתוך התרבית *יחס הבקטריות העמידות בתרבית לאחר הוספת הוירוס קבוע *אין לצפות לפלקטואציות

12. תיאור כמותי הנחות מפשטות במודל • קצב המוטציה, הסתברות למוטציה בבקטריה ליחידת זמן - aקבוע • נזניח שינויים פיזיולוגים • נמצאים בשלב הגדילה האקספוננציאלית • 2. מוטציות הפיכות מעמידות לרגישות לוירוס זניחות • 3. קצב הגדילה אצל המוטנטים שווה לקצב אצל הבקטריות המקוריות • 4. התרבות באופן גיאומטרי פשוט • 5. הופעת העמידות למוטציות מיידית

13. גודל אוכלוסיה היפותזת מוטציה a - קצב מוטציה - מספר בקטריות N(t) ממוצע הבקטריות העמידות שונות היפותזתרכישה פונקציית התפלגות של מספר בקטריות עמידות פואסון

14. ממוצע המוטציות תיקון ממוצע העמידים לדגימה: ממוצע מתוקן a - קצב מוטציה - מספר תרביות C - מספר בקטריות N(t)

15. החלק הניסיוני שלב א': מהימנות המערכת הניסיונית המטרה: לוודא שאין פרמטרים לא ידועים שיטת עבודה: ספירת מספר מושבות עמידות התפלגות פואסון: שונות = תוחלת N~108 מהלך הניסוי: 10 מדגמים מקריים מכלי יחיד

17. שלב ב': מבחן הפלקטואציה המטרה: לאשש את אחת ההיפותזות כלומר לגבי רו מספר הבקטריות העמידות [נוסחא] נפח תרבית: cc 10 או cc 0.2 דגימה: 5% או 8% בכל ניסוי: בין 5 עד 100 תרביות זמן למגע עם וירוס: 24-48 שעות

19. הערכת פונקצית ההתפלגות של מספר העמידים תרביותבהן הופיעו 0 או 1 בקטריות עמידות – אין עיכוב בהופעת העמידות לאחר הדור הראשון הנחת הטור הגיאומטרי פשטנית מדי ומעדיפה אוכלוסיות בנות חזקות של 2 הנחנו כי לא ארעו מוטציות לפני זמן כלשהו toבאם טעינו נקבל מספר מוטנטים רב משציפינו

20. הערכת קצב המוטציה שיטה 1: מספר המוטציות מתפלג פואסונית ההסתברות למוטציה Pk מספר המוטציות הממוצע m מספר המוטציות הממוצע נתון ע"י m Po = 5/11

21. שיטה 2: משוואת ממוצע הבקטריות העמידות (המתוקנת) rמספר העמידים הממוצע – הערך הניסיוני aקצב המוטציה – מחולץ נומרית c מספר התרביות מגבלות: * r הניסיוני גדול מהגודל התיאורטי זאת, אם (4) היתה מוטציה לפני t0 יתרונות: • ניתן לחשב עבור כל מספר c של אוכלוסיה, בפרט מספר קטן

22. הצלחות: • קצב המוטציה המחושב אינו משתנה הרבה בין הניסויים • קצב המוטציה אכן אינו תלוי במצע הגידול או בגודל האוכלוסייה

23. בדיקת ההנחות במודל אישוש ההנחה שאין מוטציה חוזרת: גידול חדש של המושבות העמידות בצלוחית עם וירוס ואובחן כי (1) אין ספיגה משמעותית של הוירוס (2) אין עלייה במספר הוירוסים (בשלב הגדילה הבקטריאלי) • השוואה ניסיונית בין עמידים ורגישים מראה כי • אין הבדל בקצב הגדילה • וכן לא נבדלו תחת שינויים מטבוליים ופיזיולוגיים אחרים • באופן כללי מחזור החיים קרי lag phase, זמני חלוקה וערך הרוויה של האוכלוסייה דומים

24. מסקנות Delbruck”וluria לא היו הראשונים לחקור מוטציות בבקטריות קדם להם מחקר שנעשה על E.coli 35 שנה קודם... הם עשו לגנטיקה בקטרית מה שמנדל עשה לגנטיקה באופן כללי, קרי, להראות לראשונה איזה מערך ניסיוני, איזה טיפול בתוצאות הניסיוניות, ומעל הכל, איזה תחכום דרוש על-מנת להשיג תוצאות משמעותיות וחותכות". *הראו כי מקור בקטריות עמידות במוטציה במערכת הגנטית *חישבו את קצב המוטציה בשתי שיטות א. ע"י אחוז האוכלוסיות בהן לא חלה אף מוטציה ב. באמצעות מספר הפרטים העמידים באוכלוסייה

25. Esther & Joshua Lindberg (1952) הראו כי ניתן לשכפל אוכלוסייה כך ללא תלות בשיקולים סטטיסטיים הראו נחרצות כי מקור העמידים במוטציות. לאחר ההדבקה בוירוס התקבלו מפות טופוגרפיות זהות של אוכלוסייה עמידה עבור כל העתקיה של אותה תרבית כלומר מקור העמידות לא בהסתברות אקראית בזמן ההדבקה אלא במוטציה קודמת.

27. t-τ+dτ ו- t-τ באינטרוול