نشر باحثون من التخنيون في مجلة Nature أنهم وجدوا إجابة لهذا السؤال القديم
كيف يمكن التعايش طويل الأمد بين البكتيريا الموجودة في البحر والفيروسات التي تصيبها؟ لقد أزعج هذا السؤال العلماء لسنوات عديدة. لقد وجد باحثون من كلية الأحياء في التخنيون الآن إجابة لهذا السؤال. هذا ما تكشفه مجلة "الطبيعة" العلمية المرموقة. وهذا التعايش ممكن بفضل الاختلاف في أعداد البكتيريا في محتوى الجينات التي تسمح للفيروسات بالالتصاق بالبكتيريا وإصابتها.
البكتيريا الزرقاء هي بكتيريا تقوم بعملية التمثيل الضوئي على غرار النباتات. وتكمن أهميتها البيئية في إنتاج السكريات التي تشكل أساس الشبكة الغذائية في البحر، وفي خلق الأكسجين الذي تتنفسه جميع المنتجات على الأرض. كما أن البكتيريا الزرقاء تمتص ثاني أكسيد الكربون (CO2)، وهو أحد الغازات الدفيئة المسؤولة عن تغير المناخ، وبالتالي تقلل كميته في الغلاف الجوي.
لقد استمر التعايش بين كميات كبيرة من البكتيريا الزرقاء والفيروسات التي تصيبها لملايين السنين، ويسمح للبكتيريا الزرقاء بمواصلة أداء دورها البيئي المهم. من الناحية النظرية، كان من المفترض أن تتسبب مثل هذه الكمية من الفيروسات في انهيار أعداد البكتيريا الزرقاء.
إحدى الآليات التي يمكن أن تفسر التعايش بين الفيروسات والبكتيريا الزرقاء هي أنه يوجد في مجموعة البكتيريا الزرقاء أفراد مقاومون للفيروسات بالإضافة إلى أفراد حساسين لها.
يقول الباحثون، الدكتورة ديبي ليندل وطالبة الدكتوراه ساريت أفراني: "لقد بحثنا عن البكتيريا الزرقاء المقاومة للفيروسات للتحقق مما يؤدي إلى هذه المقاومة". "لقد استخدمنا تقنية جديدة تتيح لنا إعادة تسلسل الجينوم، بتكلفة رخيصة نسبيًا، مما سمح لنا باختبار العديد من الأصناف والقيام بعمل متعمق."
لقد أخذوا سلالات من الفيروسات والبكتيريا الزرقاء، وخلطوها وزرعوها. يوضح ساريت: "تموت معظم البكتيريا الزرقاء لأن الفيروسات تقتلها". "إن القلة التي نجت هي في الواقع بكتيريا لم تتمكن الفيروسات من ذلك. لقد استخرجنا الجينوم الخاص بهم وقمنا بتسلسله ووجدنا الطفرات التي أدت إلى هذه المقاومة وموقعها في جينوم البكتيريا الزرقاء. وكانت معظم الطفرات في الجينات المسؤولة عن تكوين البروتينات التي تؤثر على البنية السطحية للبكتيريا الزرقاء. تمنع الطفرات الفيروس في الواقع من دخول المحتوى.
عمل الباحثون بالتعاون مع الدكتور إيتاي شارون، طالب ما بعد الدكتوراه من التخنيون، ومع الدكتور روتم شورك وطالب الدكتوراه عمري فورتزل من معهد وايزمان.
ووجد الباحثون أن معظم الطفرات وجدت في منطقة محددة من الجينوم تسمى "الجزيرة الجينومية". هذه واحدة من خمس "جزر جينومية" معروفة في هذه المجموعة من البكتيريا الزرقاء. هذه الجزر هي مناطق يختلف فيها محتوى الجينات بين الأفراد المختلفين في المجموعات البرية. ليلة الجينات هذه لا تنبع من أسلافهم، بل من مخلوقات مختلفة تمامًا. في المقابل، يحتوي معظم الجينوم على نفس الجينات المنظمة بنفس الترتيب في جميع الأفراد في المجتمع.
موقع الطفرات في جزيرة جينومية يعني أن جزءًا صغيرًا من السكان يحتوي على الجينات التي تسمح لفيروس معين بإصابتهم، وجزء آخر من السكان يحتوي على جينات مختلفة تسمح لفيروس آخر بإصابتهم، وهكذا. بحيث تتكون مجموعة البكتيريا الزرقاء من العديد من المجموعات الفرعية، كل منها مصابة بجزء مختلف من مجموعة الفيروس. في مثل هذه الحالة، هناك احتمال ضئيل جدًا أن يتمكن الفيروس من العثور على البكتيريا الزرقاء المناسبة وإصابتها خلال حياته. وبهذه الطريقة، يتم تجنب انهيار مجتمع البكتيريا الزرقاء ويتم إنشاء تعايش طويل الأمد.
الآثار الإضافية لهذه النتائج هي أنه من خلال هذه الآلية، "تشجع" الفيروسات وجود تباين كبير في محتوى الجينات في الجزر الجينومية لمجموعات البكتيريا الزرقاء، وبهذه الطريقة تؤثر على تطور جينوماتها. قد يسمح هذا الاختلاف للبكتيريا الزرقاء بالبقاء على قيد الحياة في الظروف البيئية المتغيرة.
تعليقات 6
مثير جدا. شكرا.
إلى 2: نعم، لقد فهمت بشكل صحيح. من المعروف أن هناك تباينًا جينيًا كبيرًا في تجمعات البكتيريا، لذلك هناك العديد من البكتيريا ذات الحساسية/المقاومة المختلفة للعديد من الفيروسات في البحر، ولا يوجد فيروس واحد يمكن أن يتسبب في انهيار المجموعة بأكملها. بالإضافة إلى ذلك، سيكون من الصعب على فيروس معين العثور على بكتيريا مناسبة للعدوى بين جميع البكتيريا الأخرى. لذلك ليس هناك احتمال أن يتسبب تعدد الفيروسات المختلفة في انهيار أعداد البكتيريا.
الحديث عن التعايش وليس التعاون. على الرغم من أن الزيادة في التنوع الدفاعي عن طريق الانتقاء الطبيعي يمكن اعتبارها أمرًا إيجابيًا مع إمكانية السماح بالتكيف مع الظروف البيئية المختلفة. بالإضافة إلى ذلك (ولكن ليس موضوع هذه المقالة) يمكن للفيروسات نقل جينات جديدة من بكتيريا إلى بكتيريا يمكن أن تمنحها خصائص جديدة. لكن هذا ممكن في ظل ظروف يدخل فيها الفيروس إلى الخلية لكنه لا يقتلها.
وشيء آخر - لم أفهم ما هو التعاون بين البكتيريا والفيروسات - بعد كل شيء، الفيروسات تدمر البكتيريا التي تخترقها...
هناك هذه الجملة التي تجعل من الصعب فهم المقال:
"في مثل هذه الحالة، هناك احتمال ضئيل جدًا أن يتمكن الفيروس من العثور على البكتيريا الزرقاء المناسبة وإصابتها خلال حياته. وبهذه الطريقة، يتم تجنب انهيار أعداد البكتيريا الزرقاء ويتم خلق تعايش طويل الأمد."
على ما أفهم، نعم بعض البكتيريا تصاب وتموت، لكن ليس كلها بسبب الاختلاف الجيني - أي أن كل بكتيريا لديها مقاومة لفيروسات معينة وحساسية لبعض الفيروسات - فهل هذا صحيح؟
بالإضافة إلى كل الأشياء المهمة المذكورة هنا فيما يتعلق بما تفعله البكتيريا الزرقاء، يمكن إضافة شيء آخر مهم - تعمل البكتيريا الزرقاء على تثبيت النيتروجين الجوي، وبالتالي إدخاله في الشبكة الغذائية البحرية.