اكتشف العلماء جينًا ضروريًا لنمط الحياة غير المعتاد للبكتيريا الصغيرة التي تعيش على سطح البكتيريا الأكبر حجمًا. البكتيريا المصاحبة هي مجموعة غامضة من الكائنات الحية الدقيقة الصغيرة التي تعتبر أساليب حياتها بعيدة المنال. على الرغم من أن العلماء لا يستطيعون زراعة سوى عدد قليل من هذه الأنواع، إلا أنها جزء من عائلة متنوعة موجودة في العديد من البيئات.
تُظهر الصور المجهرية الإلكترونية ماسحًا لخلايا الوتدية الأرجوانية الصغيرة التي تنمو على سطح خلايا أكبر بكثير. يكشف بحث جديد أجراه مختبر جوزيف موجوس في المركز الطبي بجامعة ويسكونسن في سياتل عن دورة حياتهم وجيناتهم وبعض الآليات الجزيئية الكامنة وراء أسلوب حياتهم غير العادي. هذه البكتيريا النبتية هي Southlakia epibionticum. مصدر الصورة: YaxiWang وWaiPangChan وScottBraswell/جامعة واشنطن
تعيش الأنواع القليلة من البكتيريا الوتدية التي يمكن للباحثين زراعتها في المختبر على سطح خلية ميكروب مضيف آخر أكبر. تفتقر البكتيريا الوتدية عمومًا إلى الجينات اللازمة لتكوين العديد من الجزيئات الضرورية للحياة، مثل الأحماض الأمينية التي تشكل البروتينات، والأحماض الدهنية التي تشكل الأغشية، والنيوكليوتيدات في الحمض النووي. وتكهن الباحثون بأن العديد من اللافقاريات تعتمد على البكتيريا الأخرى في النمو.
في دراسة حديثة نشرت في مجلة Cell، كشف الباحثون لأول مرة عن الآليات الجزيئية الكامنة وراء نمط الحياة غير المعتاد للبكتيريا الوتدية. أصبح هذا الإنجاز ممكنًا بفضل اكتشاف طرق للتلاعب بهذه البكتيريا وراثيًا، وهو تقدم يفتح عالمًا من الاتجاهات البحثية الجديدة المحتملة.
وقال نيتين س. باليجا من معهد بيولوجيا الأنظمة في سياتل: "في حين أن علم الميتاجينوميات يمكن أن يخبرنا عن الميكروبات التي تعيش في أجسامنا وفيها، فإن تسلسل الحمض النووي وحده لا يمنحنا نظرة ثاقبة على أنشطتها المفيدة أو الضارة، خاصة بالنسبة للكائنات الحية التي لم يتم وصفها من قبل".
وأضاف: "إن القدرة على تعطيل البكتيريا الوتدية وراثيًا تفتح إمكانية تطبيق عدسة تحليلية قوية للأنظمة لتوصيف البيولوجيا الفريدة للبيريفيتون الملزم بسرعة".
ترأس الفريق الذي يقف وراء الدراسة مختبر جوزيف موجوس في قسم علم الأحياء الدقيقة في كلية الطب بجامعة واشنطن ومعهد هوارد هيوز الطبي.
إنها واحدة من العديد من البكتيريا غير المعروفة التي ظهر تسلسل الحمض النووي الخاص بها في التحليلات الجينية واسعة النطاق للجينومات المكتشفة في المجتمعات الميكروبية الغنية بالأنواع من مصادر بيئية. وقد أُطلق على هذه المادة الجينية اسم "المادة المظلمة الميكروبية" لأنه لا يُعرف سوى القليل عن الوظائف التي تشفرها.
تشير الورقة البحثية إلى أن المادة المظلمة الميكروبية قد تحتوي على معلومات حول المسارات البيوكيميائية ذات التطبيقات التكنولوجية الحيوية المحتملة. كما أنه يوفر أدلة على الأنشطة الجزيئية التي تدعم النظم البيئية الميكروبية وبيولوجيا الخلية لمختلف الأنواع الميكروبية التي تتجمع في هذا النظام.
تنتمي البكتيريا الوتدية التي تم تحليلها في هذه الدراسة الأخيرة إلى مجموعة البكتيريا السكرية. إنهم يعيشون في مجموعة متنوعة من البيئات الأرضية والمائية، ولكن من المعروف أنهم يسكنون الفم البشري. لقد كانت جزءًا من الميكروبيوم البشري عن طريق الفم منذ العصر الحجري الوسيط على الأقل وكانت متورطة في صحة الفم البشرية.
في تجويف الفم البشري، تتطلب البكتيريا السكرية صحبة الفطريات الشعاعية، التي تعمل كمضيف لها. لفهم كيفية تفاعل الخميرة مع مضيفها بشكل أفضل، استخدم الباحثون التلاعب الجيني لتحديد جميع الجينات اللازمة لنمو الخميرة.
وقال موجوس، أستاذ علم الأحياء الدقيقة: "نحن متحمسون للغاية للحصول على فهم أولي لوظيفة الجينات غير العادية التي تحملها هذه البكتيريا". "من خلال التركيز على هذه الجينات في المستقبل، نأمل في كشف لغز كيفية استخدام البكتيريا السكرية للبكتيريا المضيفة للنمو."
تشمل عوامل التفاعل المحتملة مع المضيف والتي تم تحديدها في الدراسة هياكل سطح الخلية التي قد تساعد البكتيريا السكرية على الالتصاق بالخلايا المضيفة، وأنظمة الإفراز المتخصصة التي يمكن استخدامها لنقل العناصر الغذائية.
أحد التطبيقات الأخرى لعمل المؤلفين هو توليد خلايا الخميرة التي تعبر عن بروتينات الفلورسنت. باستخدام هذه الخلايا، أجرى الباحثون تصويرًا مضيئًا دقيقًا بفاصل زمني لبكتيريا الساكاريباكتريوم التي تنمو جنبًا إلى جنب مع البكتيريا المضيفة.
وقال إس. بروك بيترسون، أحد كبار العلماء في مختبر موغرز: "إن التصوير بفواصل زمنية لمزارع الخلايا المضيفة لبكتيريا الساكاريباكتيريوم يكشف عن التعقيد المذهل لدورة حياة هذه البكتيريا غير العادية".
أفاد الباحثون أن بعض الخمائر تعمل كخلايا أم، حيث تلتصق بالخلايا المضيفة وتتبرعم بشكل متكرر لإنتاج ذرية صغيرة. يواصل هؤلاء الصغار البحث عن خلايا مضيفة جديدة. تصبح بعض النسل بدورها خلايا أم، بينما يبدو أن البعض الآخر يتفاعل بشكل غير مفيد مع مضيفيه.
ويعتقد الباحثون أن دراسات التلاعب الجيني الإضافية ستفتح الباب أمام فهم أوسع لدور ما يصفونه بـ "المستودع الغني للمادة المظلمة الميكروبية التي تؤويها هذه الكائنات" وربما تكشف عن آليات بيولوجية لم يتم تصورها بعد.