يقوم علماء من جامعة تل أبيب بكشف سر التواصل بين البكتيريا ويأملون في استخدامه لتكاثرها من نوعها
بقلم ميخال بن يعقوب
في الحرب المستمرة منذ حوالي قرن بيننا وبين البكتيريا، تكون التحركات سريعة جدًا: فنحن نستثمر سنوات وملايين ونطور دواءً مضادًا حيويًا جديدًا وممتازًا، وهم، ردًا على ذلك، يفتشون في قواعد بياناتهم، ويحفزون أو تطوير جينات مناسبة، وتصبح مقاومًا وتركض لمشاركتها مع الرجال. وهكذا أصبحت مشكلة العدوى من البكتيريا المقاومة من أصعب مشاكلنا الصحية. لكن دراسة جديدة من جامعة تل أبيب قد تساعد مطوري الأدوية على توجيه ضربة حاسمة للبكتيريا.
المفتاح هو السلوك "أكل لحوم البشر" للبكتيريا في مستعمراتها - وهو السلوك الذي يساعد المستعمرات على التعامل مع المواقف العصيبة. يقول البروفيسور إيشيل بن يعقوب من كلية الفيزياء وعلم الفلك بجامعة تل أبيب: "يحدد بحثنا طريقة جديدة لمحاربة البكتيريا". "إذا عرّضنا المستعمرة بأكملها للمواد الكيميائية التي تفرزها البكتيريا لجعل جيرانها يقتلون بعضهم البعض، فسوف يقومون بهذه المهمة نيابةً عنا. وهذه استراتيجية واعدة، لأنه من غير المرجح أن تطور البكتيريا مقاومة للمادة التي تنتجها بنفسها".
ويوضح بن يعقوب أن أكل لحوم البشر بين البكتيريا هو سلوك تعاوني رائع تنخرط فيه المستعمرة في المواقف العصيبة، مثل نقص الطعام أو الحرارة الشديدة أو المواد الكيميائية الضارة. ردًا على الطاعون، تقوم المستعمرة بتقليل عدد السكان باستخدام آلية متطورة، حيث تقوم بإذابة بكتيريا في جارتها وتجعلها تهاجمها بسلاح كيميائي فتاك. يقول بن يعقوب: "مثل مخلوق متعدد الخلايا يقلل عدد الخلايا في جسمه أثناء الجوع". "تحافظ البكتيريا الموجودة في المستعمرة على حوار كيميائي دقيق بينها يضمن قتل بعض الخلايا لضمان استمرار وجود المستعمرة."
والدراسة حول كيفية عمل هذا الحوار، والتي نشرت هذا الشهر في "ملاحظات الأكاديمية الوطنية للعلوم"، أجريت بالتعاون مع مجموعة البروفيسور هاري سويني من جامعة تكساس وخاصة مع الدكتور الإسرائيلي أبراهام باير، من هو هناك للتدريب بعد الدكتوراه. ويعتقد بن يعقوب أن الاكتشافات تفتح الباب أمام مكافحة فعالة للعدوى البكتيرية، بما في ذلك البكتيريا المقاومة لجميع أنواع المضادات الحيوية المعروفة.
في الدراسة الحالية، فحص الباحثون ما يحدث عندما تنمو مستعمرتان شقيقتان من Penibacillus dendriticiformis (سلالة بكتيرية خاصة تتميز بسلوك اجتماعي متطور اكتشفها بن ياكوف منذ سنوات) جنبًا إلى جنب، على ركيزة صلبة مع القليل من الطعام. ولدهشتهم، وجدوا أن المستعمرتين لم تمنعا بعضهما البعض من النمو في المنطقة الحدودية بينهما فحسب، بل تسببتا أيضًا في موت جميع الخلايا القريبة من الحدود في المستعمرة المجاورة. وقد نشأ هذا الاستنتاج الأخير من حقيقة أن قتل الخلايا عبر الحدود توقف عندما تم منع نقل الرسائل الكيميائية بين المستعمرتين. "يبدو أن الإشارة القادمة من إحدى المستعمرات تؤدي إلى سلوك جامد في مستعمرة أخرى: فهي تبدأ في استنفاد سكانها. وهكذا نمت كل مستعمرة في اتجاه مختلف وتم تجنب الالتقاء بينهما"، يقول بن يعقوب.
طوال حربه ضد البكتيريا، يقول بن يعقوب، نحن لا نقيم العدو بشكل صحيح. في عملية تطوير الأدوية، لا يدرك معظم الباحثين على الإطلاق أهمية السلوك التعاوني والذكاء الاجتماعي للبكتيريا. وبفضلهم، يمكن للمستعمرة أن تتعلم من التجارب السابقة كيفية حل المشاكل في الوقت الحاضر ونشر الحلول الجديدة بين أعضائها وفي المستعمرات الأخرى. وفي الوقت نفسه، يستمر المرضى في المطالبة بالمضادات الحيوية لكل التهاب في الحلق، ويستمر الأطباء في وصف المضادات الحيوية لكل من يحتاج إليها.
تعرف البكتيريا كيفية استخراج المعلومات من البيئة، والتحدث مع بعضها البعض، وتقسيم الأدوار وإنشاء ذاكرة جماعية. وباستخدام لغة كيميائية ذات معاني عديدة، تستطيع البكتيريا تحويل مستعمرتها إلى "دماغ" عملاق قادر على معالجة المعلومات واستخلاص النتائج. يقول بن يعقوب: "في رأيي، هذا هو الذكاء الاجتماعي".
ويختتم البروفيسور بن يعقوب حديثه قائلاً: "إذا أردنا هزيمة البكتيريا، يجب علينا أولاً أن ندرك أنها ليست مخلوقات بسيطة، طائشة، وغير كفؤة، كما كان ينظر إليها العلماء حتى وقت قريب". وهو وزملاؤه يتابعون أبحاثهم بقوة بالفعل لإيجاد تطبيقات عملية لهذه الاكتشافات.
تعليقات 12
ضوء:
الطفرة تحدث في الفرد وليس في المجموعة.
لذلك - بمجرد وجود بكتيريا لا تنتحر استجابة للتعليمات - فإنها تكتسب ميزة.
ويعني هذا النوع من المزايا أن نسبتها بين السكان تزداد حتى يتوقف تأثير تعليمات الانتحار.
فلماذا نجد في الطبيعة بكتيريا تطيع أمر الانتحار؟
ربما لأن هذه التعليمات محفورة في الجينوم بطريقة يصعب تغييرها.
ومن المحتمل أيضًا أن البكتيريا التي توقفت عن الانصياع للتعليمات تغلبت بالفعل على إخوانها ولكنها أضرت أيضًا بمضيفها وقتلته بسرعة كبيرة قبل أن يتاح له الوقت لإصابة الآخرين وبالتالي قطع الفرع الذي كانوا يجلسون عليه.
ينبغي أن يكون مفهوما أن حدوث طفرة تفاعلية مع مادة أخرى له احتمالية منخفضة للغاية لعدة أسباب:
الأول هو أنه عليك أن "تتعلم" شيئين على الأقل لكي تعمل - إنتاج المادة تحت ظروف الضغط وتعلم كيفية الرد عليها بالانتحار.
وهذا أمر مستبعد جدًا في حد ذاته.
والثاني هو أن هذه طفرة في الاتصال، وهي طفرة لا تأثير لها عندما تحدث في فرد واحد، لأن الأفراد من حوله لن يستجيبوا للإشارة التي يرسلها.
ليس مستحيلا لأن البكتيريا الواحدة التي ليست في حالة إجهاد تخلق حولها "عائلة" من البكتيريا التي تحمل الطفرة الجديدة وفي حالة الإجهاد قد تكون الأسرة التي تنشئها كبيرة بما يكفي لتعمل ولكن هذا لا يزال عاملاً آخر يقلل من احتمالية هذا التطور.
1. من الواضح أن أي مضاد حيوي جديد يمكن أن يكون مفيدا في المعركة.
2. الشيء السيئ في عدم الانتحار هو الضرر الذي يلحق بالمستعمرة كما هو موضح في المقال. الآن سيكون من المفيد تجاهل المادة، أو بدلا من ذلك الانتحار ردا على مادة أخرى. يزعمون في المقال أنه من غير المرجح أن تخضع البكتيريا لتطور يحميها من هذا المضاد الحيوي بسبب طبيعتها - فماذا عن الطبيعة والمقاومة؟ وما يمكن القول به هو أنه في بيئة غير مشبعة بهذه المادة هناك عيب لمن لا يتفاعل معها وليس ميزة، لكن المضادات الحيوية قد تصل إلى البيئة عن طريق الصرف الصحي وبالتالي قد يتم تطعيم البكتيريا فيها. بين الحين والآخر.
بالإضافة إلى ذلك - هذه عائلة أخرى من الأدوية وإذا تطورت المقاومة سيتعين علينا التفكير في شيء آخر (في حالة أن تطور مثل هذه المقاومة لا يتسبب في تدمير البكتيريا لنفسها - فإن تطوير هذه الآلية يوضح أن لها ميزة)
وحتى بدون الضرائب، كان أولئك الذين لم ينتحروا يتمتعون بنفس الميزة تمامًا.
بعد كل شيء، عندما يتم تخصيص هذه المادة - تنتحر بعض البكتيريا، والبعض الآخر لا.
ما العيب في أن تكون في جزء ليس كذلك؟
لكن النية الآن هي مهاجمتهم بهذه المادة على نطاق واسع. أي أنه سيتم تغيير الظروف البيئية بحيث يتم الحصول على ميزة لمن "يتجاهلون" إشارة الانتحار.
ضوء:
لأنها مادة يفرزونها هم أنفسهم لتشجيع أبناء جنسهم على الانتحار.
هذا السلوك مهم لبقائهم وبالتالي تطور.
كما تفهم من القصة، كانت البكتيريا تستخدم "التشجيع على الانتحار" على مر العصور، وبالتالي كانت لديها بالفعل كل الفرص الممكنة لتطوير المقاومة ومع ذلك لم تفعل ذلك.
لماذا لا تخضع البكتيريا لتطور يحميها من المادة الجديدة؟
وسرعان ما سيجد أيضًا طريقة للتواصل مع البكتيريا وسيطالبون بالتحدث مع القائد... 🙂
ما يسمى النصر بالنقاط….
أين دان حالوتس عندما تحتاج إليه؟
ارييل،
ل - أ: نفس المشكلة يجب أن تكون موجودة على أية حال، حتى بدون الهندوسية. المادة الكيميائية التي تفرزها البكتيريا تجعل البكتيريا "الأخرى" تدمر بعضها البعض. الفكرة الهندوسية تتقن العملية فقط.
ل-ب: عندما يتعلق الأمر بالأحداث الطفرية، فكل شيء ممكن. ولا يمكن الحديث هنا عن النصر في «حرب»، بل في «معارك» قد لا تنتهي. ولكن أيضًا النصر في المعارك، كما تعلمون، مهم، وعندما تكون في منتصف المعركة - فهذا يكفي للمشاكل في ذلك الوقت. في المعركة القادمة هناك خدعة بقاء جديدة ضد العدو الديناميكي. إذا لم ننتصر في المعارك الآن، فبالتأكيد سنخسر الحرب. تبقينا المعارك في حالة من الميزة النسبية المستمرة، وهي ميزة البقاء الزائد، حتى لو لم نحصل على الضربة القاضية.
إيدي، فكرة رائعة ولكن إذا كان الأمر كذلك فهناك بعض الأسئلة التي تحتاج إلى معرفتها:
(أ) تشير المادة التي تفرزها البكتيريا المهندسة إلى موت البكتيريا. لماذا يجب أن تبقى البكتيريا المهندسة لديك حية وتزدهر وتستمر في إفراز الرسائل الكيميائية الصحيحة إذا كانت تقتلها أيضًا؟
(ب) من الواضح أنه على مدى أجيال عديدة، ستحدث العديد من الطفرات المختلفة في المعلومات الوراثية للبكتيريا المعدلة وراثيًا. في أحد هذه الأحداث، وبشكل عشوائي، ستتوقف البكتيريا عن إفراز المواد الكيميائية المذكورة أعلاه، وستكون هذه البكتيريا الأولى هي الأساس لمستعمرة كاملة من البكتيريا التي لن تعد تفرز المادة المذكورة أعلاه، وربما لم تعد كذلك. حساسون أنفسهم كيف تتأكد من أن المعلومات التي صممتها لا "تتوقف" طوال تطور البكتيريا؟
وخلاصة رأيي في الأمر، نحن لا نحارب كائنات ثابتة لا تتغير، بل كائنات تطورية تتلمس طريقها باستمرار في كل الاتجاهات بشكل عشوائي وتتغير بشكل عشوائي باستمرار. وستكون المخلوقات التي تتكيف بشكل أفضل من أجل البقاء قادرة على نقل معلوماتها الوراثية.
فكرة عظيمة.
خطرت لي فكرة لمزيد من البحث: هندسة البكتيريا وراثياً بحيث تفرز الرسائل الكيميائية "الصحيحة" في جميع الأوقات، بغض النظر عن حالات التوتر ودون الحاجة إلى تدخل خارجي لتفريق المادة الكيميائية المطلوبة.