كيف تساهم البكتيريا المحبة للكبريت في الانخفاض السريع لتكاثر الطحالب في المحيط؟

اكتشف العلماء في معهد وايزمان للعلوم مؤخرًا أن الاختفاء السريع للأزهار المكونة من تريليونات من الطحالب وحيدة الخلية والتي تسمى العوالق النباتية أصبح ممكنًا بفضل "التعاون" المميت بين فيروس وبكتيريا

من السلسلة الغذائية البحرية إلى الأكسجين الذي نتنفسه، تؤثر حياة وموت الأزهار العملاقة في قلب المحيط بشكل كبير على الحياة على الأرض. اكتشف العلماء في معهد وايزمان للعلوم مؤخرًا أن الاختفاء السريع للأزهار، التي تتكون من تريليونات من الطحالب وحيدة الخلية تسمى العوالق النباتية، أصبح ممكنًا بفضل "التعاون" المميت بين فيروس وبكتيريا. وكما ورد في المجلة العلمية Science Advances، فإن الدراسة تثير احتمال أن تساهم الطحالب نفسها في القضاء عليها من خلال مادة كبريتية تنتجها.

وقد سبق للبروفيسور عساف فاردي من قسم علوم النبات والبيئة في المعهد وأعضاء مجموعته أن وصفوا بعمق موت الطحالب بعد الإصابة الفيروسية. ومع ذلك، مع مرور الوقت، يتوقع المرء أن تطور الطحالب مقاومة للفيروس. وبما أن اختفاء الطفح الجلدي يكون سريعًا وحادًا، فقد افترض العلماء وجود عوامل أخرى. قرر البروفيسور فيردي وطالبة البحث نا باراك غابيش البحث عن تلك العوامل في الميكروبيوم الخاص بالعوالق الحيوانية، التي تتغذى حصريًا على العوالق النباتية.

يمكن لسلالات مختلفة قليلاً من العوالق النباتية داخل الزهرة نفسها أن تستجيب بطرق متعاكسة لنفس مسببات الأمراض. ولذلك، فإن الهجوم المزدوج - الفيروسي والبكتيري - يمكن أن يقضي على الزهرة ويمنع حتى سلالات الطحالب من تطوير المقاومة مع مرور الوقت."

البروفيسور عساف فردي ونوعا باراك جافيش. هجوم ذو شقين

اكتشف باراك غافيش والدكتور ميغيل برادا، الذي كان في ذلك الوقت باحث ما بعد الدكتوراه في مجموعة البروفيسور فيردي، أن الميكروبيوم الموجود في العوالق الحيوانية يحتوي، بالإضافة إلى الفيروس، أيضًا على سلالة معينة من البكتيريا. عندما قامت باراك جافيش بتنمية العوالق النباتية والبكتيريا معًا في المختبر، رأت أن الاثنين ينموان بسرعة جنبًا إلى جنب، ولكن في مرحلة ما انطلقت المزرعة البكتيرية - بينما بدأت خلايا العوالق النباتية في الموت. ولاحظ الباحثون أيضًا أن العوالق النباتية التي كانت مقاومة للعدوى الفيروسية استسلمت للبكتيريا بسهولة أكبر، والعكس صحيح. يوضح البروفيسور فاردي: "يمكن لسلالات مختلفة قليلاً من العوالق النباتية الموجودة في نفس الزهرة أن تتفاعل بطرق معاكسة لتلك التي تسبب الأمراض. ولذلك، فإن الهجوم المزدوج - الفيروسي والبكتيري - يمكن أن يقضي على الزهرة، بل ويمنع أنواع الطحالب من تطوير المقاومة بمرور الوقت."

تنتمي هذه البكتيريا إلى عائلة Sulfitobacter، التي يتخصص العديد من أعضائها في استقلاب الكبريت. وليس من قبيل الصدفة أن تنتج العوالق النباتية مركب الكبريت DMSP. قام البروفيسور فاردي، بالتعاون مع البروفيسور دان توفيق من قسم العلوم الجزيئية الحيوية في المعهد وطالب البحث المشترك الدكتور أوريا الكولومباري، بعزل وتحديد الإنزيم الذي تستخدم به الطحالب DMSP لإنتاج المركب المتطاير DMS الذي يعطي البحر رائحته المميزة بل ويساهم في تكون السحب في الجو. المادتان، DMSP وDMS، مسؤولتان عن العديد من الوظائف في الخلايا المُسرّعة، من بين أشياء أخرى كنوع من "المواد الكيميائية المعلوماتية" - وهي جزيئات كيميائية تنقل الرسائل بين الخلايا الموجودة في البيئة المباشرة.

المراحل المختلفة للعدوى في صورة واحدة (يمين - قريب): من خلية طحالب سليمة (أعلى اليسار) مرورا بخلية التصقت بها بكتيريا (يمين) إلى خلية تالفة وميتة في النهاية (أسفل اليسار)

في الدراسة الحالية وجد أن DMSP يلعب دورا مركزيا في العلاقة بين البكتيريا والعوالق النباتية. كانت سلالات الطحالب التي أنتجت معظم DMSP هي الأكثر عرضة لخطر التلف بسبب العدوى البكتيرية. تطلق البكتيريا التي تتغذى على DMSP مادة أخرى، وهي ميثانيثيول، التي لها رائحة قوية تشبه رائحة الجبن الناضج. يقول باراك غابيش: "بدلاً من رائحة البحر النموذجية، ظهرت رائحة نفاذة تشير إلى الخصر القتالي للطحالب". "نحن نفترض أن هذه العلاقات المتبادلة لها عواقب ليس فقط على مصير ازدهار الطحالب، ولكن أيضًا على دورات الكبريت والكربون في المحيطات، لذلك نحن فضوليون لفهم العملية - من الآلية الخلوية إلى التأثيرات واسعة النطاق على البيئة البحرية". البيئة"، يقول باراك غابيش.

في هذه الأيام، يقوم الباحثون بوصف الآلية التي تقتل بها البكتيريا الطحالب وكيفية تورط DMSP في ذلك. يقول: "إن فهم الآلية الخلوية والجزيئية للتفاعل سيسمح لنا باكتشاف العلامات البيولوجية، والتي سيتم استخدامها بعد ذلك لتسليط الضوء على التأثير البيئي لهذه التفاعلات على ازدهار الطحالب في البيئة الطبيعية، وهو ما يهمنا أكثر". البروفيسور فاردي. ولهذا الغرض، انطلقت بعثة بحثية الصيف الماضي، ضمت علماء من أوروبا والولايات المتحدة بقيادة البروفيسور فيردي، لدراسة تأثير التفاعلات مع البكتيريا والفيروسات على ديناميكيات ازدهار الطحالب في المضايق في النرويج، الموطن الطبيعي لهذه الأزهار.

كما شارك في الدراسة الدكتور تشوان كو، والدكتور سيرغي ماليتسكي، والبروفيسور عساف أهروني من قسم علوم النبات والبيئة في المعهد، والدكتور ستيفن جرين من جامعة إلينوي في شيكاغو.