葡萄糖和蔗糖膳食添加剂的影响在野生型和GAPDH突变体线虫的寿命

类型

生命科学

年级

9 - 12(高中)

困难的问题

硬

因为t

秀丽隐杆线虫来自当地大学,其他供应100美元+(包括解剖显微镜)

安全问题

使用无菌技术在防止污染大肠杆菌作为一种食物来源。

时间来完成这个项目

客观的

摄入过多的糖分在世界各地已成为一个主要的问题,是导致当前肥胖和其他疾病。通过调查富硫物质对寿命的影响,当前的肥胖症及其影响,包括减少寿命,可以更好地理解。因此,本调查使用野生型和glyceraldehyde-3-phosphate脱氢酶(GAPDH)变异秀丽隐杆线虫(C。线虫)作为生物模型来确定蔗糖和葡萄糖对寿命的影响。

材料和设备

• 野生型秀丽隐杆线虫(大学)
• GAPDH基因突变秀丽隐杆线虫(大学)
• 大肠杆菌应变OP50(大学)
• 蠕虫picker -由铂丝和玻璃巴斯德吸管
• 解剖显微镜(高中)
• 蔗糖(大学)
• 葡萄糖(大学)
• 佩特里盘子
• 琼脂
• 细菌草坪机

介绍

秀丽隐杆线虫(秀丽隐杆线虫)被用来研究人类各种疾病和条件有关。虽然比人类更小的规模和简单,秀丽隐杆线虫是一个优秀的生物模型,因为他们是真核生物,它提供了许多相似之处秀丽隐杆线虫和更复杂的生物。此外,秀丽隐杆线虫有一个多步发展的过程,因为他们是多细胞成年有机体可以被识别。易于维护和自然寿命相对较短秀丽隐杆线虫使他们的理想模式生物(Revyakin监禁,2002)。这些条件允许使用大量的研究来进行秀丽隐杆线虫探讨衰老。

除了他们的易于维护和相对较短的寿命,秀丽隐杆线虫的整个基因组已经被映射。总的来说,秀丽隐杆线虫有一个相对较小的基因组的9.7 x 10⁷碱基对。这个小基因组允许科学家很容易操纵它的基因。大约有35%的秀丽隐杆线虫的基因有一个人类的相同器官,DNA或蛋白质序列非常类似发现在人类和显示共同进化的祖先。一个基因的编码基因是人类的相同器官glyceraldehyde-3-phosphate脱氢酶(GAPDH),一种蛋白质参与多种生化过程包括糖酵解,膜融合、细胞骨架的形成,phosphotransfer活动和通路连接内质网与高尔基体。大多数这些函数的确切机制仍然不太为人所知。GAPDH是极有争议的一个功能是它的作用在调节细胞氧化应激和重定向的碳水化合物从糖酵解、磷酸戊糖途径的通量和氧化应激的影响寿命的秀丽隐杆线虫。格兰特(2008)以及Ralser Wamelink, Kowald Gerisch, & Heeren(2007)建议GAPDH起着至关重要的作用在调节细胞氧化应激和重定向的碳水化合物代谢途径和磷酸戊糖途径没有这个规定,寿命会减少。舒尔茨、Zarse沃伊特、城市& Birringe(2007),表示,增加氧化应激,如葡萄糖和热量限制,可以延长的寿命秀丽隐杆线虫通过诱导线粒体呼吸。然而,这个扩展只能发生在正常的葡萄糖代谢受损。此外,它没有被广泛证明限制热量增加氧化应激韦尔丹,,,棕色Hirschey &陈(2010)表明,热量限制可以减少氧化应激。GAPDH在衰老和调节氧化应激的作用仍然是不确定的和额外的信息,有助于更好地解释GAPDH多样化的角色可以用来创建新的治疗糖消费的增加引起的现有条件和GAPDH故障。

因为GAPDH的各种角色,其抑制细胞造成不利影响。壮族的脚腕,& Senatorov(2004)表明,GAPDH抑制在神经退行性疾病中发挥作用,减少寿命。GAPDH抑制导致氧化应激增加因为GAPDH是负责调节氧化应激。然而,增加氧化应激对寿命的影响是不确定的。GAPDH抑制不当也会导致膜融合和细胞骨架的形成,可在胚胎发展带来不利的影响。

的一项研究Wentzel、Ejdesjo &埃里克森(2003)表明,老鼠胚胎生长在糖尿病大鼠或高葡萄糖环境中减少40 - 60% GAPDH活动,造成过多的活性氧。减少GAPDH活动导致了高的胚胎异常事件。因此,葡萄糖的存在可以抑制GAPDH功能细胞没有影响GAPDH基因突变。这是因为抑制多余的活性氧,留在细胞GAPDH抑制的结果。此外,糖尿病可以抑制GAPDH活动。

人类消耗大量的糖和富硫物质。增加糖的摄入与有害健康状况有关如肥胖、糖尿病和较高的疾病。然而,高糖饮食对寿命的影响是不确定的。李,墨菲,凯尼恩(2009)显示秀丽隐杆线虫生长在葡萄糖的存在的寿命短于同行种植在常规介质。其他富硫物质的影响,如蔗糖尚未研究。调查富硫物质的寿命的影响秀丽隐杆线虫提供了初步的数据,可以用来进行未来的研究探讨特定的生化过程与寿命相关的监管和GAPDH函数。

为背景研究术语和概念

为了完成背景研究,我不得不研究秀丽隐杆线虫,GAPDH和它的作用在各种重要的生化过程,人类糖消费,和氧化应激。

研究问题

将多余的蔗糖和葡萄糖减少寿命的野生型和GAPDH基因突变秀丽隐杆线虫吗?

实验的程序

1. 秀丽隐杆线虫根据标准程序保持在20°C(Sulston, &何杰金氏病,1988)。
2. 秀丽隐杆线虫从当地大学获得。GADPH突变秀丽隐杆线虫得到的秀丽隐杆线虫淘汰赛财团。

寿命establishment-no添加剂

1. 野生型和GAPDH基因突变秀丽隐杆线虫种植没有添加剂,建立寿命按照标准程序。
2. 秀丽隐杆线虫的发展阶段被放置2 - 3 C成年野生型同步。线虫在一个标准的文化。GAPDH突变体是同步使用相同的程序。
3. 2小时后,大人们都从文化中删除。鸡蛋放在在这段时间被允许发展成熟。
4. 这些原始的后代达到成熟后,十个成年人被转移到新的文化与后代每2 - 3天,防止污染。秀丽隐杆线虫保持在10 /文化。
5. 的发展秀丽隐杆线虫每天监测和生活吗秀丽隐杆线虫是建立生存率计算。
6. 这个过程被重复获得额外的数据。从这些试验中建立的寿命被用作比较的寿命秀丽隐杆线虫生长在富硫物质的存在。

寿命establishment-sucrose和葡萄糖添加剂

1. 实验组建立寿命的野生型和GAPDH基因突变c . elegan生长在富硫物质的存在,40毫米葡萄糖和蔗糖,分别添加到两个不同的文化。
2. 确保葡萄糖或蔗糖扩散在整个文化中,文化被允许坐一夜。
3. 秀丽隐杆线虫同步如上步骤2 - 3中所描述的,但在文化与葡萄糖或蔗糖添加剂。
4. 到达成熟,20个成年子女被转移到一个新的文化。二十秀丽隐杆线虫被用于的地方使用的十对照组(无添加剂)增加的有效性研究通过收集更多的数据。
5. 与子孙后代防止污染,这20个成年人秀丽隐杆线虫每两天就被转移到新的文化,直到他们停止生产后代。
6. 生活的数量秀丽隐杆线虫统计每日直到没有活吗秀丽隐杆线虫依然存在。

结果

野生型秀丽隐杆线虫增长没有富硫添加剂平均寿命是19.1±1.8天(0.01置信水平)。在40毫米的存在葡萄糖,平均寿命为野生型秀丽隐杆线虫下降到14.8±0.6天。在40毫米蔗糖,平均寿命减少to14.6±0.4天(见图1,附录A)。

GAPDH基因突变秀丽隐杆线虫增长没有富硫添加剂平均寿命是18.8±1.5天(0.01置信水平)。生长在40毫米的存在葡萄糖,GAPDH基因突变的平均寿命秀丽隐杆线虫减少to14.6±0.4天。在40毫米蔗糖,平均寿命下降到15.1±0.5天(见图2,附录A)。减少寿命为野生型和GAPDH基因突变秀丽隐杆线虫生长在文化的葡萄糖或蔗糖显著0.01置信水平(见统计学意义)。

结果减少寿命评估使用Mann-Whitney U测试。添加蔗糖或葡萄糖秀丽隐杆线虫的介质有统计上显著的影响减少寿命至少99%的水平,这意味着有机会小于1%,寿命缩短的偶然发生的。因此,零假设被拒绝和接受备择假设。

结论

零假设:饮食补充富硫物质,葡萄糖或蔗糖,不会显著减少野生型和GAPDH突变体的寿命秀丽隐杆线虫。被拒绝而备择假设:饮食补充富硫物质,葡萄糖或蔗糖,将大大减少野生型的寿命和GAPDH基因突变C。线虫被接受。这个寿命减少葡萄糖的存在赞同舒尔茨的发现,Zarse,沃伊特,城市,& Birringe(2007)以及李,墨菲,凯尼恩(2009)。

虽然葡萄糖或蔗糖减少寿命增长,GAPDH突变体没有明显比野生型更短的寿命秀丽隐杆线虫当种植与葡萄糖或蔗糖。这表明葡萄糖和蔗糖能抑制GAPDH功能在正常细胞中,根据Wentzel建议,Ejdesjo,埃里克森(2003)。GAPDH扮演着重要的角色在调节氧化应激,重定向细胞碳水化合物从糖酵解通量替代途径,防止neurodegenetive疾病和调节细胞骨架的形成和膜融合在胚胎发展(壮族,脚腕,& Senatorov, 2004)。因此,抑制GAPDH,可能发生在葡萄糖或蔗糖消耗,可以影响细胞的功能,可以减少一个生物体的寿命。

增加氧化应激的结果GAPDH抑制或葡萄糖代谢是一个可能导致寿命减少的秀丽隐杆线虫与葡萄糖或蔗糖种植在文化。这个实验的结果同意Ralser的发现,Wamelink, Kowald Gerisch, & Heeren(2007)以及格兰特(2008)所述GAPDH作为监管机构的氧化应激对细胞和有机体的生存是至关重要的。在野生型秀丽隐杆线虫GAPDH是被消耗的葡萄糖或蔗糖,氧化应激增加,因为细胞不再GAPDH调节压力。在氧化应激,GAPDH帮助开关从糖酵解代谢替代代谢途径,如磷酸戊糖途径。然而,当GAPDH是抑制,发生在GAPDH突变体或野生型秀丽隐杆线虫在葡萄糖或蔗糖的存在,细胞不能切换到其他代谢途径。这些代谢途径已经假设更有效地处理增加氧化应激和防止细胞受损。没有GAPDH调节代谢途径的这个开关,增加氧化应激发生的葡萄糖和蔗糖开始影响细胞,减少生物的寿命。

因为增加热量消耗会导致寿命减少(舒尔茨、Zarse沃伊特,城市,& Birringe, 2007),增加热量的消耗秀丽隐杆线虫生长在文化与葡萄糖或蔗糖可能导致寿命缩短的。这些额外的卡路里会增加氧化应激,特别是基于这些葡萄糖的代谢物质导致氧化应激导致糖酵解的副产品。因此,从葡萄糖或蔗糖增加热量消耗也会增加氧化应激。这种增加的压力会成为一个大问题如果GAPDH是抑制葡萄糖和蔗糖。

基于这个实验的结果,高程度的饮食物质还可以缩短人类寿命。因为减少寿命几乎没有区别秀丽隐杆线虫成长与葡萄糖和文化秀丽隐杆线虫生长在文化与蔗糖,很可能这些富硫物质对寿命的影响具有可比性。

总之,蔗糖和葡萄糖显著降低野生型和GAPDH突变体的寿命秀丽隐杆线虫,可能通过抑制GAPDH和增加氧化应激。了解消费的影响高程度的饮食物质有助于打击当前肥胖流行病和增加人类的寿命。

为未来的研究问题

下一步将是量化可能GAPDH抑制造成添加糖秀丽隐杆线虫的饮食。这样做可以使用实时聚合酶链反应(PCR)使用基因表达GAPDH抑制或使用zymography量化,从而利用GAPDH量化这一可能的抑制作用的底物。虽然这个实验表明,葡萄糖和蔗糖导致下降秀丽隐杆线虫的寿命,数据完全是定量和关注生命的长度。因为生命的长度以外的其他因素,如生活质量,身体功能,是重要的在研究长寿,未来

实验应该调查的质量和寿命。未来实验也可以调查其他富硫物质如果糖的影响,玉米糖浆,和人工甜味剂秀丽隐杆线虫的寿命和GAPDH抑制。本实验利用野生型秀丽隐杆线虫以及GAPDH基因突变秀丽隐杆线虫;未来的实验可以研究糖的寿命的影响秀丽隐杆线虫与其他突变。这些结果可以帮助科学家更好地理解某些基因的作用在衰老和富硫物质的代谢。抗氧化剂防止老化的有效性受到了挑战的争议在衰老氧化应激的作用。因此,未来的实验可以使用秀丽隐杆线虫生长在文化具有抗氧化添加剂研究抗氧化剂对老化的影响。

参考书目

壮族、DM、脚腕C & Senatorov VV。(2004)。Glyceraldehyde-3-phosphate脱氢酶、细胞凋亡和神经退行性疾病。药理学和毒理学的年度审查,45,269 - 90。

格兰特,厘米。(2008)。代谢重构是一个监管的氧化应激反应。生物学杂志》上,7(1)。

基斯,r .(2003年3月12日)。专家说:“糖,愚蠢”。从检索http://www.aces.edu/dept/extcomm/newspaper/mar12a03.html。

李,SJ,墨菲,CT, &凯尼恩(2009)。葡萄糖缩短秀丽隐杆线虫的寿命显示水通道蛋白基因的表达。细胞代谢,10(5),379 - 91。

,,X,布朗,K, Hirschey,医学博士,沃丁,E、d & Chen (2010)。限制卡路里的摄入,从而减少氧化应激sirt3-mediated sod2激活。细胞代谢,12(6),662 - 667。

Ralser, M, Wamelink兆瓦,Kowald, Gerisch, B & Heeren g (2007)。碳水化合物的动态重路由通量是抵消氧化压力的关键。生物学杂志》上,6(4),

Revyakin监禁,a(无日期)。秀丽隐杆线虫作为模式系统。从检索http://avery.rutgers.edu/WSSP/StudentScholars/project/introuction/worms.html。

沃伊特,舒尔茨,TJ Zarse K,城市,N, & Birringer m (2007)。葡萄糖限制延长线虫寿命通过诱导线粒体呼吸和增加氧化应激。细胞代谢,6(4),280 - 93。

Sulston J &霍奇金J . (1988)。线虫线虫。纽约冷泉港:冷泉港实验室出版社。

Wentzel J Ejdesjo, &埃里克森,UJ。(2003)。孕产妇体内糖尿病和高葡萄糖在老鼠胚胎体外降低GAPDH活动。糖尿病,52(5),1222 - 1228。