تحت البحر، يسيطر فيروس واحد على أكثر الكائنات الحية شيوعًا في العالم

يبحث العلماء في جامعة رايس في دور بروتينات FERREDOXIN التي تتشكل عندما تعطل الفيروسات التي تهاجم البكتيريا نقل الإلكترونات في البكتيريا البحرية التي تقوم بالتمثيل الضوئي والتي تنتج الأكسجين وتثبت الكربون. عندما يضرب الفيروس بكتيريا، فإنه يخلق بروتين FERREDOXIN الذي يرتبط بالبنية الكهربائية الموجودة في البكتيريا ويغير عملية التمثيل الغذائي.

بقلم جامعة رايس: ترجمة هانا روزنفيلدر

تحت البحر، يسيطر فيروس واحد على أكثر الكائنات الحية شيوعًا في العالم. وهذا قد يثير اهتمامنا، كأولئك الذين يعيشون ويتنفسون الأكسجين فوق مستوى سطح البحر. قام علماء جامعة رايس بالتحقيق في دور بروتينات FERREDOXIN التي تم إنشاؤها عندما تغير الفيروسات العدوانية قدرة بكتيريا PROCHLOROCOCCUS MARINUS على تثبيت الكربون والقضاء على تأثير الاحتباس الحراري الذي ينشأ عن استخدام الوقود الأحفوري (الوقود الأحفوري).
P MARINU عبارة عن كائن حي دقيق ينتج الأكسجين ويقوم بالتمثيل الضوئي، ويوجد غالبًا في المناطق الاستوائية وشبه الاستوائية، حيث يستخدم حوالي أوكتليون (10 أس 27) منها ضوء الشمس لإنتاج الأكسجين وتثبيت حوالي 4 جيجا طن من الكربون سنويًا. ويغذي بعض هذا الكربون الكائنات الحية الدقيقة البحرية الأخرى.

لكن هذه الفيروسات العدوانية ليست صديقة. ويستخدم الفيروس الطاقة التي تولدها البكتيريا من ضوء الشمس، من خلال إعادة برمجة جينوم البكتيريا الذي يسبب تغييرا في طريقة نقل الإلكترونات.
يقول إيان كامبل، باحث ما بعد الدكتوراه في جامعة رايس والمؤلف الرئيسي للدراسة: "إن P MARINUS وآليات تثبيت الكربون الخاصة به حساسة لدرجة الحرارة، وبالتالي من المفيد مراقبة التغيرات التي تعقب الاحتباس الحراري، مما سيزيد من مساحة معيشته". ، والذي تم نشره في مجلة الكيمياء البيولوجية.
وقال "إن الزيادة في مساحة الكائنات الحية الدقيقة في البحر يمكن أن تزيد من إجمالي الكربون الذي تثبته هذه البكتيريا". وبدلاً من ذلك، فإن الفيروسات التي تهاجم هذه البكتيريا قد تغير قدرتها على تثبيت الكربون وقد تمنع إزالة جيجا طن من الكربون من الهواء كل عام، وفقًا لتقدير جديد.

وقال كامبل إن الغرض من الدراسة هو فحص الطرق المتنوعة التي تتفاعل بها الفيروسات مع مضيفيها. خلال البحث، اكتشف العلماء أن الفيروس العدواني يتحكم في مرور الإلكترونات من البكتيريا، وبالتالي يعيد عملية التمثيل الغذائي للبكتيريا المضيفة. وقال: "عندما يصيب الفيروس البكتيريا، فإنه يوقف إنتاج بروتينات البكتيريا ويستبدلها بنسخه الخاصة". "أشبه ذلك بتثبيت نظام تشغيل جديد على جهاز كمبيوتر."

واستخدم الباحثون تقنيات البيولوجيا التركيبية للجمع بين الفيروسات والبروتينات المولدة للأكسجين ومعرفة كيفية تفاعلها. حدد جزء من البحث، بقيادة عالم الكيمياء الحيوية من جامعة رايس، جورج فيليبس، لأول مرة بنية بروتين FERREDOXIN الرئيسي.

وقال عالم الأحياء الاصطناعية جوناثان سيلبرغ، العالم الرئيسي في الدراسة ومدير برنامج الأنظمة والبيولوجيا التركيبية والفيزيائية بالجامعة: "يدخل الفيروس القاتل عادة إلى الخلية ويقتل كل شيء". وأضاف: "لكن نتائج إيان تشير إلى أن هذه الفيروسات القاتلة تنتج آلية تحكم معقدة". "لا أستطيع أن أقول إنهم حولوا مضيفيهم إلى زومبي، لأنهم سمحوا للخلايا بإدارة منازلهم. لكنها تربط بروتينات FEEREDOXIN الخاصة بها، مثل كابلات الطاقة، لتحويل تدفق الإلكترونات.

فبدلاً من العمل مباشرة مع الفيروسات الغازية والبكتيريا P. MARINUS، استخدم كامبل وفريقه أدوات البيولوجيا التركيبية لبرمجة خلايا E. Coli أكبر وأكثر شهرة للتعبير عن الجينات التي تحاكي التفاعلات بين الاثنين.
وقال سيلبيرج: "إن أخذ فيروس عدواني وبكتيريا منتجة للأكسجين من البحر، ومحاولة دراسة علم الأحياء، وخاصة نقل الإلكترونات، هي مهام معقدة للغاية يمكن تنفيذها باستخدام الكيمياء الحيوية الكلاسيكية". "أخذ إيان أزواجًا، من الفيروس والمضيف، وجمعهم معًا عن طريق تطعيم الحمض النووي الخاص بهم في نظام خلوي آخر، وأنتج نتائج مثيرة للاهتمام بسرعة.

وقال: "إنه تطبيق مثير للاهتمام للبيولوجيا التركيبية لفهم الأشياء المعقدة التي قد يكون من الصعب قياسها بطرق أخرى".

يفترض الباحثون أن البروتين المنتج في خلايا E. إن الإشريكية القولونية، والتي تسمى بروكلوروكوكوس P-SSM2 phage Ferredoxin، ليست كائنًا حيًا جديدًا. وقال سيلبيرج: "كان الناس يعرفون أن الفيروسات تزرع أشياء مختلفة تتولى نقل الإلكترونات، لكنهم لم يعرفوا كيفية توصيل الكابلات بين المهاجم والمضيف". كما أنهم لم يعرفوا الكثير عن تطور الفيروس المهاجم. يمكن أن تكون هذه الخطوة مرتبطة بالبروتينات القديمة المشاركة في عملية التمثيل الضوئي."

للمادة العلمية
لإشعار الباحثين