آلية الدفاع المكتشفة في البكتيريا قد تجعل من الممكن تحسين مقاومة المحاصيل الزراعية للآفات
ظهور بقع بنية على أوراق الوعاء المفضل؟ وهذا دليل على العمل الشاق الذي يقوم به جهازه المناعي: ففي مواجهة الآفات المختلفة، سواء كانت بكتيريا أو فيروسات أو فطريات، يتم تنشيط آلية دفاعية في النبات تقوم بتدمير الخلايا المصابة، وبعض الخلايا الأخرى الموجودة في بيئتها، من أجل القضاء على الخلايا المصابة. منع انتشار العدوى إلى النبات بأكمله. في مجال البحوث المنشورة في المجلة العلمية الطبيعة يكشف علماء معهد وايزمان للعلوم عن الأصول التطورية لهذه الآلية: نظام دفاع للبكتيريا ضد الفيروسات. وقد تلقي النتائج التي توصلوا إليها ضوءًا جديدًا على عمل آليات الدفاع في النباتات وتجعل من الممكن تعزيز مقاومتها للآفات التي تسبب سنويًا خسائر في المحاصيل تقدر بمليارات الدولارات.
منذ فجر التطور، تشن البكتيريا حملة مستمرة ضد فيروسات تسمى العاثيات، والتي تبدو وكأنها نسخ مصغرة من المركبات القمرية. تقوم العاثيات بإدخال الجينوم الخاص بها في الخلية البكتيرية وتجعلها تنتج المزيد والمزيد من النسخ من نفسها حتى تنفجر الخلية وتموت - وتنتشر العدوى إلى بقية المستعمرة. مختبر البروفيسور صفارات روتيم وفي قسم الوراثة الجزيئية في المعهد، يتخصص في بحث الأنظمة الدفاعية للبكتيريا. وفي دراسة جديدة قادها الطالب الباحث في ذلك الوقت الدكتور جال أوفير، اكتشفوا في مختبره أن بروتينًا يحتوي على شريحة تسمى TIR يلعب دورًا مهمًا في مكافحة البكتيريا ضد العاثيات. والمثير للدهشة أن العلماء في الولايات المتحدة وأستراليا اكتشفوا منذ حوالي عامين وجود بروتين مماثل مع شريحة TIR في النباتات التي تدافع ضد الآفات، ولكن لم يتم فك رموز هذه الآلية.
وكجزء من البحث الجديد، كشف أوفير وشركاؤه عن آلية عمل البروتين في البكتيريا، وأظهروا لاحقًا أن تأثيره في البكتيريا يشبه تأثيره في النباتات. أولاً، رسم الباحثون خريطة لسلسلة التفاعلات الجزيئية التي ينشطها البروتين في البكتيريا: عندما تخترق العاثيات الخلية البكتيرية، يستشعر البروتين الغزو وينتج إشارة جزيئية تؤدي إلى تنشيط بروتين آخر، والذي بدوره يدمر بروتينًا آخر. جزيء ضروري لعملية التمثيل الغذائي للبكتيريا. وفي غيابها، تحرم البكتيريا نفسها من حياتها قبل أن يكتسب البرنامج التكاثري للعاثية زخمًا، ويتم حظر العدوى.
وسجلت المفاجأة الكبرى عندما نقل الباحثون الإشارة الجزيئية التي تنتج البروتين من النباتات إلى البكتيريا، ووصلت الرسالة وتم إطلاق خطة الانتحار. على الرغم من أن آلية TIR في النباتات لا تزال تتطلب رسم خرائط دقيقة، إلا أن الأبحاث تظهر أن الآلية مشابهة تمامًا لتلك المكتشفة في البكتيريا: في كلتا الحالتين، يتعرف البروتين الذي يحتوي على جزء TIR على الغازي وينتج تفاعلًا متسلسلًا يؤدي إلى انتحار الكائنات الحية. الخلية - البكتيريا أو إحدى الخلايا النباتية.
يقول البروفيسور سوريك: "تثبت النتائج التي توصلنا إليها وجود صلة تطورية مباشرة بين أجهزة المناعة لدى النباتات والبكتيريا". "علاوة على ذلك، تشكل دراستنا أساسًا للدراسات المستقبلية التي ستدرس كيفية عمل نظام الدفاع المركزي هذا في النباتات." وقد تؤدي هذه الدراسات إلى طرق جديدة لتقوية الجهاز المناعي للنباتات لجعلها أكثر مقاومة للآفات - وهي قضية ملحة بالنظر إلى مدى فقدان المنتجات الزراعية كل عام وعدم وجود حلول فعالة. على سبيل المثال، تهدد عدوى بكتيرية هذه الأيام بالقضاء على بساتين الحمضيات في جميع أنحاء العالم: ففي فلوريدا، تم مؤخراً قطع محصول الحمضيات إلى النصف، وحتى الآن لم يتم العثور على حل لهذا المرض. ربما تساعد الأفكار الجديدة حول آليات الدفاع عن النباتات في المستقبل على حماية البساتين والمزارع الأخرى بشكل أفضل.
وشارك في الدراسة الدكتور إيهود هيربست، ومايا براوز، ودانيال كوهين، وعدي ميلمان، ود. شاني دورون، ونيتسان تال، ود. جيل أميتي من قسم الوراثة الجزيئية بالمعهد؛ دانييل مالهيرو من MS-Omics، الدنمارك؛ والدكتور سيرجي ماليتسكي من قسم البنى التحتية لأبحاث علوم الحياة بالمعهد.
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
