ليس من السهل قتل البكتيريا، ولكن هناك فيروسات متخصصة في ذلك. هل يمكن استخدامها في العلاج أو الوقاية من الأمراض التي تسببها البكتيريا؟
بقلم: درور بار نير
الفيروسات تهاجم البكتيريا
تتسبب العاثيات - الفيروسات التي تهاجم البكتيريا - في انفجار (تحلل) الخلايا البكتيرية التي تتكاثر فيها. تم نشر أول دليل على وجودها في عام 1896، عندما ادعى عالم البكتيريا الإنجليزي (الباحث في البكتيريا) الذي كان يعمل في الهند، إرنست هانكين، أن هناك عامل غامض في مياه نهري الغانج وجمنا تسبب في اختفاء بكتيريا الكوليرا من الأرض. الثقافات التي درسها.
وأدرك هينكين أن هذا العامل ليس بكتيريا، لأنه قام بتصفية الماء وإزالة البكتيريا منه. وبعد ذلك بعامين، لاحظ عالم البكتيريا الروسي نيكولاي جماليا ظاهرة مماثلة في بكتيريا Bacillus subtilis. ويتم الإبلاغ بين الحين والآخر عن مشاهدات إضافية للظاهرة الغريبة، لكن لم تكن هناك متابعة لها.
وبعد حوالي عقدين من الزمن، في عام 1915، قدم الباحث البريطاني فريدريك تورت تقريرا عن عزل الكائنات الحية الدقيقة التي يمكن أن تمر عبر المرشحات التي تمنع مرور البكتيريا (أي أصغر من 200 نانومتر)، والذي تمكن من إنشاء بؤر واضحة على حصيرة من البكتيريا في طبق.
بؤر البكتيريا
العاثيات البكتيرية، وكذلك الفيروسات الأخرى، صغيرة جدًا بحيث لا يمكن رؤيتها بالعين البشرية، حتى باستخدام أفضل المجاهر الضوئية (باستثناء بعض الاستثناءات، مثل فيروس الجدري)؛ ولرؤيتها يجب استخدام المجاهر الإلكترونية. لكن معظم علماء الفيروسات (الباحثين في الفيروسات) لا يستخدمون المجهر الإلكتروني في عملهم، بل يراقبون بؤر الفيروسات على حصائر كثيفة من الخلايا، ويستخدمون محتويات هذه البؤر.
ما هي النقطة المحورية؟
يتم تشكيل التركيز عندما يتم العثور على بكتيريا مصابة بالعاثية على حصيرة البكتيريا النامية (طبق بيتري). عندما تنتهي العاثيات من التكاثر، تنفجر البكتيريا، وتصيب العاثيات المنطلقة منها جميع البكتيريا المجاورة. وهذه أيضًا تنفجر بعد فترة وتصيب جيرانها، وهكذا. كان من الممكن أن يتسبب استمرار العملية في انفجار جميع البكتيريا الموجودة في اللوحة، لكن العاثيات لا يمكنها التكاثر إلا داخل البكتيريا المنقسمة - وعندما تتوقف هذه البكتيريا عن الانقسام، تتوقف دورات العدوى الخاصة بالعاثية.
ونتيجة لذلك، يتم تشكيل التركيز - دائرة واضحة، خالية من البكتيريا، على السجادة الغائمة من البكتيريا الكثيفة. بدأ كل تركيز من هذا القبيل ببكتيريا واحدة أصابت بكتيريا واحدة. ويحتوي كل مركز على ملايين العاثيات - جميعها من نسل نفس الفيروس الأول، وهي غير مرئية بالعين المجردة، ولكن يمكن جمعها ومواصلة عملها.
أكلة البكتيريا
وحتى قبل ذلك، في المكسيك، في عام 1910، واجه عالم البكتيريا الكندي الفرنسي فيليكس دي هيريل، الذي كان يدرس مرض الجراد القاتل، ظاهرة مماثلة - ظهور بؤر واضحة على الحصائر البكتيرية التي عزلها عن الحشرات. ولكن لم يكن الأمر كذلك حتى عام 1917، عندما انتقل إلى معهد باستور في باريس وحاول تطوير لقاح ضد بكتيريا الشيغيلا التي تسببت في الإسهال (الدوسنتاريا) بين الجنود الفرنسيين في الحرب العالمية الأولى، وصادف الظاهرة، أن داريل أدرك أن قبله فيروسات تهاجم البكتيريا، وهو الذي اخترع اسم "البكتيريا" - آكلة البكتيريا (phagus في اليونانية تعني "الطعام")، وصاغ اسم "اللويحات" للمراكز الخالية من البكتيريا.
كان دارلي أول من طرح فكرة استخدام العاثيات كوسيلة لعلاج الأمراض التي تسببها البكتيريا. في عام 1919، تمكنت مجموعة ديهرلي من علاج العديد من مرضى الزحار بنجاح بمعلق من الفيروسات، والتي قاموا بإعدادها عن طريق إضافة محتويات تركيز واضح إلى أنبوب اختبار يحتوي على معلق من البكتيريا النامية. وقام الباحثون أولاً بشرب المعلق بأنفسهم، للتحقق من سلامته. كما أجرى دارلي وزملاؤه تجارب ناجحة لعلاج مرضى الكوليرا وحمى الضنك بالفيروسات في الهند.
المجموعة الأخرى التي بدأت في علاج الالتهابات البكتيرية بنجاح، وخاصة الجروح الجراحية الملوثة بالمكورات العنقودية، كانت مجموعة ريتشارد بروينوغ وجوزيف مايسين. يبدو الاتجاه واعدًا - في الأربعينيات من القرن الماضي، أنتجت شركتان كبيرتان، لوريال في فرنسا وإيلي ليلي في الولايات المتحدة، ما مجموعه اثنتي عشرة مستحضرات تجارية من العاثيات المختلفة.
وما أوقف تطور هذا المجال، على الأقل فيما يعرف اليوم بـ"الغرب"، هو اكتشاف مواد المضادات الحيوية. تم تصوير مواد المضادات الحيوية في عيون الكثيرين على أنها الدواء المعجزة الذي سيحل مشكلة الأمراض البكتيرية، وتم تنحية الحاجة إلى العاثيات كدواء مضاد للبكتيريا جانبًا. وفي الوقت نفسه، بدأ استخدام العاثيات كأداة بحث رئيسية في البيولوجيا الجزيئية، ويعتبر دارلي أحد مؤسسيها.
في الاتحاد السوفييتي، استمرت النقائل السياسية وأحفادها في تطوير واستخدام العاثيات لعلاج الأمراض. قاد معهدان البحث في مجال الرعاية الإنسانية: معهد هيرزفيلد في بولندا، الذي تأسس عام 1952، ومعهد إليافا في جورجيا، الذي كان فيليكس داريل أحد مؤسسيه عام 1923، وكان من الممكن أن يستقر هناك لو كان المؤسس و لم يكن المخرج، عالم البكتيريا، قد تم حظره جورجي إليافا (إليافا)، في عام 1937 من قبل نظام ستالين.
أفضل من المضادات الحيوية
وبعد ظهور سلالات مقاومة للمضادات الحيوية للعديد من البكتيريا المسببة للأمراض، بدأ الغرب أيضًا بالعودة إلى الخيار الفيروسي. يتمتع الخيار الفيروسي بميزة على خيار المضاد الحيوي (البهت) أيضًا من حيث أن الضرر الفيروسي فريد جدًا ومن الممكن استهداف البكتيريا المسببة للأمراض فقط، في حين أن المضادات الحيوية تتلف بطريقة فريدة، وبالتالي تضر أيضًا بكتيريا الفيروس. النباتات الطبيعية والتي لها أهمية كبيرة لصحة المريض. قد يؤدي تلف هذه البكتيريا إلى مرض بكتيري ثانوي، على سبيل المثال التهاب الأمعاء الحاد (التهاب القولون الغشائي الكاذب) الذي تسببه بكتيريا المطثية العسيرة، والتي تزدهر نتيجة للضرر الذي يلحق بالنباتات البكتيرية الطبيعية في الأمعاء.
ولعلاج الفيروسات ميزة أخرى: عندما تطور البكتيريا المستهدفة مقاومة للعاثية (عادة نتيجة لطفرة في بروتين الغلاف المستخدم كمستقبل للفيروس)، فمن الممكن تحديد موقع فيروس آخر في وقت قصير نسبيًا. أو طفرة من نفس الفيروس تقتل البكتيريا. يعد العثور على مضادات حيوية جديدة عملية أطول وأكثر تكلفة.
عيب استخدام العاثيات هو، من بين أمور أخرى، صعوبة إتلاف البكتيريا التي هي طفيليات داخل الخلايا، على سبيل المثال الكلاميديا والريكتسيا. وبما أن هذه البكتيريا موجودة داخل خلايا المضيف، فليس من الواضح بعد كيف ستنجح في جلب العاثيات إليها.
البكتيريا بمثابة حاقن الحمض النووي
يجب على العاثيات، التي تشبه في معظم خصائصها الفيروسات الحيوانية (الفيروسات التي تهاجم الحيوانات)، أن تتغلب على مشكلة خاصة. خلايا معظم البكتيريا محاطة بجدار صلب لا يسمح للفيروسات بالاختراق. للتغلب على المشكلة، تم تجهيز بعض العاثيات ببنية خاصة: يتم ربط أنبوب مجوف بصندوق البروتين الذي يغلف المادة الوراثية للفيروس، ملفوفًا بذيل بروتيني يمكن أن ينكمش. وبعد أن يلتصق الفيروس ببروتين خاص في غلاف البكتيريا، يتقلص ذيل البروتين، ثم يخترق الأنبوب، مثل إبرة الحقنة، عبر الجدار والغشاء إلى داخل الخلية البكتيرية. ومن خلال الأنبوب يتم نقل المادة الوراثية إلى البكتيريا - ويبقى غلاف الفيروس خارج الخلية، كما ترون في الشكل.
مجموعة متنوعة من العاثيات وطريقة للتعرف على البكتيريا
وفي وقت لاحق من الدراسة، تم العثور على العديد من العاثيات، وتبين أن معظمها فريد للمضيف، وحتى لسلالات معينة من نفس المضيف، ولا يمكن إلا لأقلية منها أن تصيب مضيفين مختلفين. عادةً ما تتم الإشارة إلى الفيروسات الفريدة باسم مضيفها بالإضافة إلى بعض الأسماء المستعارة. Coliphage وcoliphage T4، على سبيل المثال، هما فيروسات من الإشريكية القولونية. العنقوديات هي فيروسات تصيب المكورات العنقودية.
إن تفرد العدوى يسمح للمختبرات، التي تحتوي على مجموعة كبيرة ومتنوعة من العاثيات، بالتعرف والتمييز بين السلالات المختلفة المشاركة في الأوبئة وتفشي الأمراض البكتيرية.
مساهمة البكتيريا في العنف البكتيري
لقد عرفنا حتى الآن العاثيات التي تقتل دائمًا البكتيريا التي تستضيفها. ومع ذلك، فإن بعض العاثيات لها ميزة أخرى - يمكنها البقاء في الخلية المضيفة في حالة نائمة، تُعرف باسم "العاثية"، في حين أنها في الواقع جزء من الجينوم البكتيري. ولكن عندما تتلف البكتيريا، يمكنها "الاستيقاظ" والتحول إلى الحالة "القاتلة" (الهليكوبتر)، والتكاثر، والهروب من البكتيريا والبحث عن مضيفين آخرين. وتبين أن مثل هذه العاثيات، في حالة النبي، تحمل معها أحيانًا جينات يتم التعبير عنها في البكتيريا.
هناك بكتيريا تشكل أنبيائها جزءًا كبيرًا (20-10٪) من الجينوم الخاص بها. على سبيل المثال، تحتوي السلالة المسببة للأمراض لبكتيريا E.coli، O157:H7، على 18 أنبياء مختلفين، والتي تشكل حوالي 16% من الجينوم. بعض هذه الجينات تمنح البكتيريا القدرة على التسبب في المرض: السموم البكتيرية المشتقة من جينات الأنبياء تعطي كلوستريديوم بوتيولينوم القدرة على التسبب في التسمم الغذائي، والوتدية الخناقية القدرة على التسبب في الخناق.
حتى بالنسبة للبكتيريا Streptococcus pyogenes، التي تسبب التهاب الحلق وأحيانًا أمراضًا أكثر خطورة، يتم أحيانًا إضافة العاثية التي ترمز إلى السم الذي يسبب الطفح الجلدي المميز للحمى القرمزية. يحدث الزحار أيضًا بسبب سلالات تحتوي على أنبياء مشفرة للسموم من الإشريكية القولونية والشيجيلا. تسمح الارتباطات البروتينية الناشئة عن الأنبياء لالتهاب المكورات العقدية (المعروف لدينا بأنه سبب التسوس) بالالتصاق بالصفائح الدموية ومن خلالها تصل إلى التامور وتسبب الالتهاب هناك. نظام النقل الناشئ من النبي هو المسؤول عن قدرة سلالات السالمونيلا على اختراق الخلايا.
לסיכום
العاثيات هي طفيليات من البكتيريا، والتي عادة ما تسبب موتها. وفي الفترة الحالية، ومع اقتراب نهاية عصر المضادات الحيوية، من الممكن أن تحل العاثيات محل المواد المضادة للمضادات الحيوية كعلاج للمرضى الذين يعانون من أمراض بكتيرية. الفيروسات في حالة "خاملة" لها مساهمة وراثية كبيرة في البكتيريا المضيفة، وبعضها يمنحها خصائص جديدة تساهم في قدرتها على التسبب في المرض.
والشيء الرئيسي هو أننا سنكون بصحة جيدة.
يقوم الدكتور درور بار نير بتدريس علم الأحياء الدقيقة وبيولوجيا الخلية في الجامعة المفتوحة
