التقيت بالدكتور روي فيدافسكي لأسأله عما يجري هناك في الجامعة.
روي هو طالب ما بعد الدكتوراه في قسم علم الأحياء الدقيقة الجزيئي والتكنولوجيا الحيوية في جامعة تل أبيب. يعمل في مختبر الدكتور أفيغدور إلدر واهتمامه الأساسي هو التواصل بين البكتيريا. يتشارك روي وزوجته منزلهما مع العديد من الحيوانات الأليفة، ويستمتعان في أوقات فراغهما بالرقص في صالة الرقص.
روي، إذن ماذا تفعل هناك؟
المواضيع الرئيسية التي يتناولها المختبر هي تطور وتطور التواصل بين البكتيريا. في الماضي، كان من الشائع الاعتقاد بأن البكتيريا هي خلية واحدة تعتني بنفسها ولا تتفاعل مع البكتيريا الأخرى، ولكن اليوم أصبح من الواضح أن البكتيريا "تتحدث" مع بعضها البعض. لغة البكتيريا هي لغة بسيطة جدًا تعتمد على إرسال واستقبال الجزيئات الصغيرة. تتيح لهم هذه اللغة التصرف بشكل اجتماعي، أي أن البكتيريا تعرف كيفية التعرف على بعضها البعض داخل المجموعة والعمل من أجل الصالح العام.
هل يوجد مثال معروف للسلوك الاجتماعي للبكتيريا؟
نعم، خذ على سبيل المثال الترسبات الموجودة في الأسنان والتي نعرفها جميعًا ولا نحبها (المعروفة أيضًا باسم carios وbactus). تعتبر اللوحة أحد الأمثلة على ما يسمى الأغشية الحيوية (انظر الشكل 2). هناك أنواع معينة من البكتيريا تلتصق بالأسطح، ثم بعد الاتصال بينها تتعرف على بعضها البعض وتتحد معًا لتشكل بنية متعددة الخلايا. في هذا الهيكل، تلعب البكتيريا المختلفة في مناطق مختلفة أدوارًا مختلفة. بعضها ينتج الغذاء، وبعضها يشكل قشرة تحميه من المواد المضادة للمضادات الحيوية وهناك وظائف أخرى أيضا. يمكن أيضًا العثور على الأغشية الحيوية في المرشحات، وفي مراوح السفن، وفي محطات معالجة مياه الصرف الصحي والمزيد.
المكورات العنقودية_المذهبة_البيوفيلم
.
من المهم أن تنظف أسنانك! الآن دعونا نعود إلى المختبر، وأخبرني عن العمل.
لدى المجموعة اتجاهان بحثيان رئيسيان: التطور والتطوير.
من المواضيع التي تهمنا على سبيل المثال في الجانب التطوري هي العلاقة المتبادلة بين "المنتجين" و"الغش". وهي مجموعة سكانية فرعية ضمن تجمعات البكتيريا. البكتيريا "المنتجة" هي تلك التي تفرز المواد الضرورية للحصول على الغذاء من البيئة. البكتيريا "الغش" هي تلك التي تستمتع بالمنتجات ولكنها لا تنتج المواد بنفسها. نحن مهتمون بفهم العلاقات المتبادلة بين هذين النوعين من السكان وأين توجد المزايا التطورية في النظام.
وفي موضوع التطور، نحاول توصيف أنظمة الاتصال وفهم كيفية عملها في المواقف المختلفة للسلوك الاجتماعي للبكتيريا.
يمكنك ان تعطي مثالا؟
نعم، دعونا نتحدث عن "احتشاد". عندما تكون البكتيريا، على سبيل المثال من النوع Bacillus subtilis (انظر الصورة 2) والتي نستخدمها كنموذج بحثي، موجودة على ركيزة شبه صلبة، دعنا نقول نوع من الهلام، وتشعر أنه لم يعد هناك وفرة من الطعام في بيئتهم، يتجمعون معًا وينتقلون إلى مكان أفضل. لا يمكن لبكتيريا واحدة أن تحسن المواقف بهذه الطريقة وحدها. وفي هذه العملية، يفرز عدد كبير من البكتيريا مادة تشحيم تساعد على الانزلاق. واليوم، لا يزال تقسيم الأدوار داخل التجمعات البكتيرية في هذه العملية غير واضح. كما أنه ليس من الواضح ما هي الجينات المشاركة في هذه العملية، وما هو دورها ومتى تعمل.
العصوية الرقيقة
من أجل مراقبة مستويات التعبير عن جينات معينة (كم عدد البروتينات التي يتم إنشاؤها) أثناء النشاط الاجتماعي، قمنا بتغييرها بحيث تنتج أيضًا أثناء نشاطها بروتينًا متألقًا يمكن رؤيته تحت المجهر المناسب. نقوم بزراعة البكتيريا على ركيزة من الطعام تحت العين الفاحصة بالمجهر. وبهذه الطريقة يمكننا رسم خريطة لكثافة التعبير الجيني في الزمان والمكان أثناء عملية الاحتشاد، ومعرفة أي البكتيريا وفي أي مرحلة من العملية يتم التعبير عن تلك الجينات.
كيف يتم التواصل بين البكتيريا؟
تنتج البكتيريا العصوية التي نستخدمها بروتينات قصيرة تسمى الببتيدات والتي تفرزها. تمتلك البكتيريا أيضًا القدرة على استشعار وجود تلك الببتيدات من خلال المستقبلات التي ترتبط بها وتسبب تنشيط الجينات. بمعنى آخر، تحتوي البكتيريا على مكونات إرسال واستقبال. تلك "الغش" التي ذكرناها سابقًا على سبيل المثال هي البكتيريا القادرة على الإفراز ولكن لا يمكن امتصاصها بسبب وجود مستقبلات معيبة. إنهم في الواقع "صم" وبالتالي لا يتصرفون مثل بقية السكان.
أخبرني عن أحد المشاريع التي تعمل عليها
أنا مهتم بإنتاج نظام اتصالات اصطناعي من شأنه أن يخدمنا كأداة عمل وسيكون أكثر ملاءمة وأسهل في التشغيل ولكنه سيظل يسمح بالبحث في القضايا المتعلقة بالتواصل الحقيقي بين البكتيريا. والفكرة هي إنتاج ثلاثة أنواع من البكتيريا Bacillus subtilis نفسها التي ذكرتها سابقًا. واحد يرسل فقط، وواحدًا يستقبل فقط، وواحدًا يمكنه القيام بالعمليتين معًا.
لإنتاج المتغيرات الثلاثة دون الإضرار بالجينات الطبيعية للبكتيريا، استخدمت تقنيات الهندسة الوراثية لزرع نظام اتصال (جينات للمستقبلات وجينات لإنتاج الببتيد) من قريبها - Bacillus cereus. وهذا يعني أنني قمت بإنشاء مجموعة سكانية لديها جهاز إرسال فقط ومجموعة سكانية لديها جهاز استقبال فقط. وبما أن كلاً من المرسل والمستقبل مأخوذان من بكتيريا أخرى، فلا يوجد اختلاط للإشارات أو "تحدث" بين النظام الأصلي والنظام المزروع.
وإذا كنا قد زرعنا النظام بالفعل، فلماذا لا نقوم بإدخال بعض التحسينات عليه. وينتج النظام المزروع بروتينات فلورية أثناء الاستقبال، كما أنه يحتوي على زر للتحكم في مستوى الصوت لقوة الإرسال. لقد بنيناه حتى نتمكن من التحكم في معدل إنتاج الببتيد خارجيًا عن طريق إضافة سكريات معينة. البكتيريا والنظام الذي أنشأناه غير موجود في الطبيعة ولذلك يطلق عليه اسم "الاصطناعي".
وبعد إنشاء النظام، هل هو جاهز للعمل؟
مستحيل. نحن بحاجة إلى توصيف ومعايرة عناصرها المكانية بحيث تناسب التجارب التي نهتم بإجرائها، أو بدلاً من ذلك، نحتاج إلى فهم الأسئلة التي يمكن التحقيق فيها بمساعدتها.
ماذا تقصد؟
لنفترض على سبيل المثال أن لدي بكتيريا تفرز إشارة. تنتشر الجزيئات المفرزة من خلال عملية الانتشار. وإذا أردت إجراء بحث باستخدامها، يجب أن أعرف طبيعة انتشار الإشارة في الزمان والمكان، أي معرفة ما هي قوة الإشارة (تركيز الجزيئات) على مسافات مختلفة من جهاز الإرسال كدالة الوقت والبحث عن الظروف المناسبة للعمل (التي لن تكون سريعة جدًا، على سبيل المثال).
تحت المجهر نبحث عن ضوء الفلورسنت الناتج عندما يتم استقبال إشارة الإرسال (الببتيد) بواسطة بكتيريا المستقبلة. بهذه الطريقة يمكننا قياس وقت إنشاء الإضاءة ومدى قوتها ومدى بعدها عن البكتيريا الناقلة. كلما كان المستقبل بعيدًا عن جهاز الإرسال، لوحظ انخفاض شدة الإضاءة نظرًا لوصول كمية أقل من الببتيد إليه (انظر الشكل 3).
عندما تصبح أداة البحث جاهزة يمكننا استخدامها لطرح الأسئلة التي تهمنا. على سبيل المثال، يمكننا متابعة عمل الجينات المرتبطة بالسلوك الاجتماعي ومعرفة كيف تؤثر مستويات تعبيرها المختلفة على السكان (النمو)، أو اختبار تأثير تركزات الغشاشين في السكان (التطور).
----------------------
يسعدني أن ألتقي وأتحدث مع أي طالب بحث (ربما أنت؟) يرغب في المشاركة ويخبرني قليلاً عما يفعله (وكل ذلك مقابل محادثة ليست طويلة جدًا). يمكنك التواصل معي عبر نموذج الاتصال بنا.
حان الوقت لتخبر الجميع بما تفعله، ربما سيفهمون هذه المرة أيضًا 🙂
