التواصل بين خلايا الاحياء المجهرية

تتواصل الخلايا المجهرية ومنها البكتريا بطرق مختلفة، فالبكتريا مثلا تستعمل ظاهرة تلامس الخلايا مع بعضها ضمن ظاهرة تحسن الزحام Quorum sensing لغرض تنظيم انتاج الجينات المشاركة في العديد من الفعاليات الحيوية مثل :

•        الوميض الحيوي Bioluminescence.

•        نقل البلازميدات بالاقتران.

•        انتاج محددات الضراوة.

ان تحسن النصاب او الزحام يعتمد على انتاج واحد او أكثر من جزيئات الاشارة التي تسمى بالحاثات الذاتية Autoinducers او الفرمونات Pheromones التي تساعد الخلايا في تسجيل كثافة الخلايا، لتبدأ بحث العديد من الجينات التي لم تكن مستحثه في حالة عدم الزحام.

والمظهر الاخر هو انتاج السايتوكينات Cytokines والمعروف ان هذه تعمل في السيطرة على تنشيط وتكاثر الخلايا حقيقية النواة خاصة التابعة للجهاز المناعي. وهي جزيئات بروتينية تعمل في مجال الاشارات الخلوية Cell – signaling وتشمل عددا من عوامل النمو وهي منتشرة في الفقريات واللافقاريات.

وقد وجدت هذه الجزيئات المنظمة في الاحياء وحيدات الخلايا مثل الهدبيات Ciliata وكذلك في البكتريا. فالخلايا بدائية النواة تتواصل فيما بينها باستعمال مواد أيضا صغيرة الحجم او بيتيدات صغيرة الحجم (AHLs) N – acyl homoserine lactones . وتساعد السايتوكينات في انقاذ العديد من الخلايا، ففي البيئة لا يمكن لكل الاحياء الموجودة في النموذج النمو أي انها غير قابلة للزرع ولا يعرف هل هي ميتة ام حية، ام هي في حالة سبات، وان كانت الاخيرة فيمكن انقاذها باستعمال عوامل النمو. فمثلا بعض الانواع البكتيرية مثل Micrococcus luteus وهي بكتريا غير مكونة للأبواغ تكون خلاياها حية 100% عند استعمال طريقة العد العيوشي Viable count مقارنة بالعدد الكلي Total count وعندما تصل طور الاستقرار تدخل حالة سبات والتي يمكن ان تبقى حية فيها عدة اشهر وتصل اعدادها الى 4-10 ولا يمكن ولا يمكن ان تقاس الا باستعمال (Most probable number) MPN. ولكن عند اضافة وسط غذائي لمزروع بكتريا نمت الى نهاية الطور اللوغاريتمي النهائي بطريقة المزارع المغلقة بعد تعقيمه بالترشيح فان هذا يؤدي الى انقاذ البكتريا السابتة وزيادة اعدادها الحية لتقارب الاعداد الكلية. وقد وجد ان البكتريا واحياء اخرى تنتج مواد فرمونية منقذة (Rpf) Pheromonal resuscitation promoting factor وهو بروتين بوزن جزيئي 12- 17 كيلو دالتون. وجين البروتين منتشر في البكتريا ذات GC العالية مثل Streptomyces , Mycobacteria , Corynebacteria.

Rpf من البكتريا M. luteus يمكن ان يحفز نمو العديد من بكتريا Mycobacteria مثل Mb. tuberculosis و Rpf يسرع من نمو البكتريا Mb. smegmatis من 6 أيام الى 20 – 24 ساعة. والمركبات البروتينية او عوامل الانقاذ تكون حساسة للحرارة والتربسين وتعمل بتراكيز قليلة جدا تصل الى بيكومول (Pico mole). والجين المشفر له هو Rpf حجمه بحدود 1.4 كيلو قاعدة وفيه موقع انفلاق بالأنزيم SmaI. وتوجد هذه العوامل في Mycobacteria مثل Mb. tuberculosis و Mb. leprae وتحوي الجينات على تواليات مسئولة عن افراز البروتين.

العديد من المركبات الكيماوية (الفرمونات) يكون تأثيرها على النوع نفسه Autocrine وهي مركبات تؤدي الى استثارة وتنسيق عمليات التخصص والتمايز في الخلايا بدائية النواة مثلا أثناء عمليات التبوغ والاقتران وكذلك التعبير عن جينات الضراوة. ولذلك يمكن تلخيص بعض صفاتها :

•        تنتج من قبل الكائن نفسه الذي يتأثر بها.

•        تكون فعالة بتراكيز قليلة جدا.

•        تختلف طبيعتها الكيماوية بشكل كبير باختلاف الاحياء.

ففي البكتريا السالبة لصبغة كرام يكون وزنها الجزيئي قليل جدا وبشكل خاص مشتقات AHL ، والبكتريا الموجبة لصبغة كرام تستعمل بروتينات وبيبتيدات متعددة. ومن جهة ثانية فان بعض عوامل النمو مثل هرمونات اللبائن يمكن ان تحفز نمو الاحياء وحيدات الخلايا مثل الهدبيات وكذلك تحفز النمو البكتيري. وتوجد أنواع منها تؤثر على انواع بعيدة عنها Paracrine، والمركبات او البروتينات لها صفات السايتوكاين لأنه يؤدي الى تحفيز نمو الخلايا  الحية ويمكن ان يكون عاملا في السيطرة على نمو وتضاعف الخلايا الطبيعية. ولذلك فالخلايا في البيئة والتي تكون غير قابلة للزرع Unculturable يمكن ان تنمو عند اضافة هذه المواد.

والبكتريا المهمة في هذا المجال Mb. tuberculosis خاصة السلالات الجديدة التي ظهرت وهي مقاومة للعديد من المضادات الحيوية وكذلك Mb. leprae التي تظهر نوعا من السبات داخل الجسم الحي، يمكن تحفيز نموها بمواد من عائلة Rpf والتي تعمل بشكل Autocrine او Paracrine ، وجزيئات الاشارة هذه يمكن ان تفرز تحت ظروف مختلفة او تفرز لأغراض خاصة وترتبط على سطوح الخلايا وقد تستعمل هذه الجزيئات لإيجاد ستراتيجيات علاجية او تستعمل في تحضير لقاحات لمنع نمو الكائنات داخل الجسم.

لذا فمن الواضح ان البكتريا تتواصل مع بعضها بواسطة افراز وارتباط بعض الجزيئات لغرض التنسيق والتعبير المظهري على مستوى المجتمعات وهذا النوع من التنظيم يهيأ إمكانية التنافس في البيئة التي تعيش فيها. فالمعروف ان فعاليات الاحياء المجهرية في البيئة ترتبط بشكل أساسي بسطوحها الخارجية وهي الوسيلة التي تواجه بها البيئة المحيطة. لذلك فان قابلية البكتريا لتنظيم فعالياتها بين التراكيب او الاشكال التي تنتظم فيها مثل الأغشية الحيوية او الحصائر وتوزيع الفعاليات الحيوية بين افراد الجوقة المختلفة تعتمد على بروتين AHL synthetase وهو من عائلة بروتينات Lux I ، والبروتين الاخر هو مستلم AHL الذي يعود الى عائلة منظمات الانتساخ Lux R . فعند التراكيز الواطئة من عدد الخلايا تنتج الخلايا مستوى واطئ وأساسي من الجزيئات وعند زيادة أعداد الخلايا تزداد عدد جزئيات AHLs ضمن دائرة تنظيم خاصة.

والدائرة من تسلسل الفعاليات في البكتريا السالبة لصبغة كرام تنظم عددا من الفعاليات مثل الحركة والاقتران بالبلازميدات ونقلها، والتعبير عن الامراضية والوميض الحيوية (في البكتريا البحرية بشكل خاص)، كما انها تعمل في نقل الاشارات بين الخلايا التي تسيطر على عدد من الاستجابات الفسلجية وتشارك في انشاء العلاقات التعايشية مع الاحياء الاخرى مثل Rhizobium ، وهناك علاقات تعتمد على هذه الاشارات مثلا بعض الخلايا حقيقية النواة في البيئة البحرية تفرز مواد اشارة تنافس الاشارات البكتيرية وتشوش عليها عمليات تنظيم النمط المظهري التي تتم بهذه الجزيئات. والحقيقة ان AHLs لا تمثل الآلية الوحيدة التي تستعملها البكتريا وانما هناك دوائر ووسائل الاتصال اخرى، كما ان الخلايا تستعمل أكثر من طريقة لتنظيم النمط المظهري على مستوى الخلية وعلى مستوى المجموع.

المصادر

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