تكشف البكتيريا عن تفرُّد قوي أثناء تنقلها في متاهة.

تكشف البكتيريا عن تفرُّد قوي أثناء تنقلها في متاهة.

23 أكتوبر , 2019

أوضح الباحثون أن الخلايا المتطابقة جينياً تظهر استجابات مختلفة في قابلية حركتها نحو الجاذبات الكيميائية. القيم المتوسطة تخفي الصورة الكاملة عندما يتعلق الأمر بوصف سلوك البكتيريا.

كريديت: إي تي أتش زيوريخ:

تجارب سلوكية مع البكتيريا: متاهة تي مع تراكيز  متدرجة من الجاذبات الكيميائية تحدد خيارات الخلايا البكتيرية سواء بالاقتراب أو الابتعاد عن الجاذبات في كل فرع.

على الرغم من اعتبار الكائنات الدقيقة  أبسط أشكال الحياة ، إلا أنها  قادرة على استشعار بيئتها والتحرك فيها بفاعلية . هذا يسمح لها بالتعرف على كل من الطعام و المواد الضارة ومن ثم التحرك باتجاهها أو بعيدا عنها، يرشدها في ذلك  تدرج تركيز المواد في بيئتها. ونتيجة لذلك  يمكن النظر لرحلة العديد من الميكروبات على أنها سلسلة من القرارات  بناء على تدرج التراكيز الكيميائية.

وتدعى  قدرة الخلايا على استهداف أو تجنب مواد معينة  بالكيموتاكسيس (الانجذاب الكيميائي).وبشكل عام  يعتبر العلماء إلى الآن  أن الخواص الكيميائية للبكتيريا هي سمة مشتركة  في الفصائل أو التعداد البكتيري ، كما لو أن كل الخلايا  متطابقة تقريبا . في هذه الحالة، تكون القيم المتوسطة كافية لوصف سلوكها الحركي، وقد  لاحظ الباحثون حديثا  في المعهد الفدرالي السويسري للتكنولوجيا في زيوريخ ETH Zurich   أن  الانجذاب الكيميائي للبكتيريا في تجربة سلوكية.  وكما ذكرالمؤلفان الرئيسيان مهدي سالك  وفرانسيسكو كرارة   في دراسة نشرت مؤخرا في  مجلة نيتشر كوميونيكيشنز  : ” إذا استخدمت تكنولوجيا ملائمة فإنك  ستجد اختلافات سلوكية مذهلة حتى في تعداد الخلايا المتطابقة جينياً”.


الميكروبات في المتاهة تي
تضافرت جهود سالك وكرارة مع زملائهم في مجموعة البحث بقيادة البروفيسور رومان ستوكر في معهد الهندسة البيئية  لتطوير  نظام موائع دقيقة خاص يسمح لهم بملاحظة حركة الآلاف من افراد البكتيريا في سائل عند مقاييس متناهية في الصغر. يتكون النظام من سلسلة قنوات متقاربة تتفرع للخارج إلى طبق زجاجي رقيق لتشكيل  مايشبه  متاهة ميكروسكوبية حيث تسبح البكتيريا.


وتستخدم مثل هذه المتاهات عادة  في الدراسات التجريبية للتفضيلات السلوكية للكائنات الحية الأخرى مثل الحشرات أو الديدان ( و كذلك جذور النباتات). و تمكن باحثو ETH   لأول مرة  باستخدام  نظام الموائع الدقيقة  الذي طوروه  من استعمال هذه الأداة التقليدية لعلماء البيئة على مستوى مجهري . وتشبه متاهتهم شجرة العائلة التي تبدأ بقناة تتفرع  حيث تبدء بقنوات تتفرع  مرة تلو الأخرى باتجاه قاعدة الشجرة حيث يكون  أعلى تركيز للجاذبات الكيميائية .


القرارات عند مفترق الطرق

جميع البكتيريا تبدأ من نفس المكان- و بوضوح تنقسم داخل قنوات النظام حيث يكون تحديد التفرع الذي ستتخذه إجباريا ، فإما أن تقرر السباحة لأعلى أو لأسفل معدل تركيز الجاذبات. تدين البكتيريا في قدراتها الكيميائية للانجذاب  إلى مستقبلات متخصصة  تسمح لها بالتعرف على الجاذبات. بالإضافة إلى امتلاكها ما يقارب ستة أسواط تساعدها على الدوران إما باتجاه عقارب الساعة أو عكسها. وكما يوضح سالك و كرّراة “بناء على ذلك ، تغير البكتيريا اتجاهها أو تكمل السباحة في اتجاه واحد.”
حتى ضمن مجموعة من الخلايا المتطابقة جينياً- المستنسخة – وجد باحثو ETH أفرادًا قادرة على اتباع الجاذبات بشكل جيد ( عن طريق الحركة باتجاه التركيز الأعلى عند وصولها إلى تفرع), وأخرى أقل قدرة على المرور في المتاهة. ويعزو العلماء هذه الاختلافات السلوكية إلى التنوع في النشاط الجيني للجينات المتطابقة في الخلايا الشقيقة, وهذا يعني أن الخلايا لديها كمية مختلفة من البروتينات المكافئة. يقول الباحثون ” هناك ضجيج كيميائي حيوي في كل خلية, وهذا المكون الأساسي العشوائي يسبب التنوع في المظهر والسلوك”.


تفرد التعداد البكتيري الناجح :

تنوع أو تغاير الجاذبات الكيميائية قد يعطي ميزة  تطورية  للبكتيريا، لأنها و على الرغم من إمكانية الأنواع البارعة منها في  الانجذاب الكيماوي  على الاستقرار سريعا و استغلال مصادر الغذاء المحلية الثابتة،  فإن خلاياها الشقيقة الأقل تأثراً بالجاذبات الكيميائية تكون أكثر قابلية على المغامرة  بالانتقال إلى مناطق جديدة، حيث قد تصادف مصادر غذاء إضافية في بيئة مستمرة في التغير .
يقول ستوكر:” عرف التنوع غير الجيني  منذ زمن طويل في علوم الحياة الطبية الحيوية؛ فعلى سبيل المثال يعتقد انه يلعب دوراً في مقاومة المضادات الحيوية. ويوضح علماء البيئة الآن  أن هذا التنوع يؤثر كذلك على السلوك الأساسي للبكتيريا، مثل التنقل  و الانجذاب الكيميائي- مما يوسع  مفهوم فردية البكتيريا”. ويفترض ستوكر  أن تنوع السلوك الفردي للبكتيريا قد يساعدنا على فهم أفضل لعملية مثل العدوى المرضية للمرجانيات أو العلاج الحيوي لتسرب الزيت.

المصدر: https://www.sciencedaily.com

المترجم: نوران توفيق العميري

تويتر: @NuranTawfiq

المراجع:  ديمة حنون.

تويتر: @Dhanoon3

تدقيق لغوي: مدى الجميعه

تويتر:@_itzmada


اترك تعليقاً

القائمة البريدية

اشترك في قائمتنا البريدية ليصلك جديد مقالاتنا العلمية وكل ماهو حصري على مجموعة نون العلمية