مقدمة عن تصنيف الاحياء المجهرية وعلاقاتها مع بعضها

عملية تصنيف الاحياء المجهرية وايجاد العلاقات التطورية بينها تكاد تكون عملية غير مجدية، وعملية التصنيف هي حالة متحركة – على الاقل بالنسبة للأحياء المجهرية – لذلك يلاحظ ان هناك تغييرا مستمرا في تسمية الاجناس والأنواع ونقلها من موقع الى اخر، والمراجع الخاصة مثل الدوريات وكتاب تصنيف البكتريا Bergey's Manual في كل طبعة يتم اعادة ترتيب الاحياء فيه. وأهمية الموضوع بالنسبة للتقنية الحيوية تنبع من مقولة انه من الأفضل اختيار الاحياء واجراء المسح بعد الرجوع الى القواعد التصنيفية والقواعد المعلوماتية لتوالي جينومات الاحياء، ولكن هذا التوجه قد يكون مصيبا في بعض الأحيان ومخطئا في الكثير من الأحيان. ويختلف العاملون في هذا المجال، فالشركات تريد اجراء عمليات المسح بمستوى مئات بل الآف الفحوص نظراً لتوفر الطرق الملائمة ولكن من وجهة نظر الباحث الذي قد يحصل على عزلة او سلالة ذات انتاج كبير لمادة ما وموافقة لأسس السلامة، هل يتركها؟ لأنها لا تعرف هويتها التصنيفية؟ وفي هذا المجال يمكن ان يتسع الجدال. وفيما يلي عرض لبعض جوانب الموضوع.

تعد عملية التصنيف غير مجدية الا في بعض المجالات، وذلك يعود الى عدة أسباب منها :

1-      الافتقار لبعض العلاقات التطورية بين الاحياء ولعل اكبر الفجوات هي عدم امكانية الربط بين تطور الاحياء حقيقية النواة من بدائية النواة. ومحاولة وضع شجرة الحياة تكاد تكون مهمة صعبة ومتغيرة، فوضع مثل هذه العلاقة التطورية يختلف من وقت لآخر وتزداد الاختلافات وعدم الوضوح كلما تطورت التقنيات والوسائل الدراسية وكما يتضح من الشكل التالي (شكل 1) الذي يوضح العلاقة بين أفرع الحياة والفرق في تشعباتها اثناء عقد من الزمن (1991 – 1999).

2-      يلاحظ ان مجتمعات الاحياء المجهرية تتداخل فيما بينها اضافة الى تداخلها مع الاحياء الراقية. وقد يكون التداخل مفيدا للأحياء كي تعيش, ومعظم هذه التداخلات تعود بالمنفعة على الاحياء كما هو الحال في امعاء الإنسان والذي يستفيد منه الطرفان، ولكن قد تكون العلاقة غير ذلك كما في حالة التطفل التي تكون مؤذية للمضيف. وفي الحالتين وبمرور الزمن تؤدي العلاقة الى فقدان الوظائف (وبشكل خاص للأحياء المجهرية) وتصبح غير قادرة للعيش لوحدها، فمثلا Mycoplasma وهي من الاحياء بدائية النواة، ادى تطفلها الى فقدانها قابلية تخليق الجدران الخلوية وكذلك أدى الى اندماج كميات من الكولسترول في أغشيتها الخلوية والصفتان لا توجد في الاحياء بدائية النواة. والحالة المشابه الاخرى الموجودة في مجموعة Chlamydiae و Rickettsiae وهي أحياء صغيرة جدا يصل قطرها الى 0.2 – 0.5 مايكرومتر تعتمد على الخلايا المضيفة في العديد من المواد الايضية ومتممات الانزيمات، وهذا انعكس على وجود جينومات صغيرة وجينات قلية.

شكل 1 : شجرة الحياة المقترحة للعلاقة التطورية بين الاحياء

ويمكن ان يذكر في هذا المجال حالة المايتوكوندريا والبلاستيدات وهي الاجهزة المزودة للطاقة في الخلايا حقيقية النواة والتي يعتقد – ونظرا لوجود شواهد كثيرة – انها جاءت من عملية تعايش Endosymbiosis لخلايا بدائية النواة داخل خلايا حقيقية النواة. والعملية التعايشية أدت الى فقدان الخلايا بدائية النواة لبعض من جيناتها وانتقالها الى جينوم الخلايا حقيقية النواة وبالتالي اصبح الاثنان غير قادران على العيش بحالة منفصلة.

3-      وجود حالات الانتقال الافقي للمواد الوراثية والجينات أدت في بعض الأحيان الى فقدان الكائن لهويته، وان كانت هذه العملية مقيدة بشروط.

4-      وجود عوامل التطور مثل وجود التواليات قصيرة السلسلة SSR سواء في بدائية النواة او حقيقية النواة وما يمكن ان تقود إليه من تغيير تواليات المواد الوراثية، وتغير الجينات من خلال عمليات إدلاف الجينوم Genome shuffling أو Panmicticism.

5-      قصور عمليات تحديد توالي الجينوم DNA sequencing في المناطق المشفرة في تحديد الانماط المظهرية نظراً لوجود اختلافات في الشفرات، اذ ان العديد من الحوامض الامينية يشفر لها بأكثر من شفرة وراثية.

6-      قصور الطرق المستعملة في التصنيف فمثلا البكتريا يصعب تصنيفها اعتمادا على الشكل الخارجي او الصفات المورفولوجية لمحدوديتها ونظرا لبساطة الاختلافات ولذا فالاعتماد عليها يعد غير سليم او معلول.

ولكن لا تزال تستعمل صبغة كرام التي استعملت عام 1884 من قبل Christian Gram ولحد الآن لم يعترض احد على استعمالها، والحقيقة ان الاستجابة لصبغة كرام ليست دائماً مرضية وذلك لأنها تعتمد على الحالة الفسلجية للخلايا وسلامتها، كما انها تعتمد بشكل كبير – فقط – على تركيب الجدار الخلوي، ففي الخلايا الموجبة لصبغة كرام تمتلك جدار سميك يصل سمكه الى 20 – 80 نانومتر، مكون من الببتيدوكلايكان ذات الاتصالات العرضية الكثير ويشكل 40 – 90% من وزن الجدار ويحوي على حامض التيكوئيك و Teichouronic acid وسكريات مكوثرة، ووضعت هذه وفق تصنيف (1984) Bergey's ضمن مجموعة Firmicutes ووضعت معها البكتريا المتغايرة لصبغة كرام. اما البكتريا السالبة لصبغة كرام الحقيقية وضعت في مجموعة Gracilicutes وهي التي تحوي على طبقة رقيقة من الببتيدوكلايكان (2-3 نانومتر) وتحوي على غشاء خارجي حاوي على LPS. اما Mycoplasma فيكون الغشاء الخلوي هو الحاجز الخارجي وبذلك لا تعد صبغة كرام ملائمة.

ان ايجاد العلاقة التطورية بين الاحياء شغلت العاملين في مجال علوم الحياة قرون طويلة، وذلك لان كل الاحياء تحوي على جزيئات حيوية لها علاقة مع بعضها، كما ان الاحياء تتبع نمط معقد للتكاثر والنمو. وتشير الدراسات الحفرية ان الاحياء اللاهوائية ظهرت قبل ظهور الاوكسجين على الأرض، اما الهوائية فنشأت عندما أصبح الاوكسجين ثابتا ومتوفرا بكميات كبيرة على الأرض في وقت متأخر، ربما ان اغلب الاحياء حقيقية النواة تحتاج الاوكسجين وان الاحياء اللاهوائية تكاد تنحصر في الاحياء بدائية النواة لذلك يعتقد ان بدائية النواة وجدت قبل حقيقية النواة.

وبعد اكتشاف المجهر في القرن السابع عشر ودراسة الاحياء المجهرية من الناحية الشكلية قسمت الاحياء الى بدائية النواة وحقيقية النواة، والتي تختلف في عدة صفات :

•        وجود النواة المحاطة بغشاء كتركيب مميز في حقيقية النواة.

•        وجود العضيات الداخلية المفصولة عن بعضها بالأغشية في حقيقية النواة.

•        وجود الهيكل الخلوي في حقيقية النواة وانعدامه في بدائية النواة ما عدا بعض الاستثناءات التي تشير الى وجود نوع بدائي منه في بعض الاحياء بدائية النواة مثل الاركيا.

وعليه قسمت الاحياء الى بدائية النواة وتضم اي كائن لا يحوي على نواة محاطة بغشاء. اما الحقيقية النواة فقسمت الى عدة مجاميع هي Animalia , Plantae , Prototisa والفطريات اعتمادا على الصفات الشكلية وبمساعدة سجلات الحفريات. وفي عام 1977 تم عزل الاركيا في مجموعة مميزة والتي تمثل الشكل الثالث للحياة، وبذلك أصبحت الاحياء بدائية النواة تحوي على البكتريا والبكتريا القديمة Archaebacteria والتي غيرت الى Archaea والبكتريا الحقيقية Eubacteria.

المصادر

الخفاجي , زهرة محمود (2008) . التقنية الحيوية الميكروبية (توجهات جزيئية ) . معهد الهندسة الوراثية والتقنية الحيوية . جامعة بغداد .