تعيش البكتيريا الباعثة للضوء في مياه المحيط، ولكن ليس هناك فقط: فهي تحافظ أيضًا على التعايش وتعيش في الحشرات والأعضاء الضوئية في الأسماك وغيرها من الكائنات البحرية. كيف وكيف يستخدمها الإنسان؟
درور بار نير
يشمل جنس Photorhabdus، من عائلة Enterobacteriaceae، عدة أنواع من البكتيريا المعوية التي تتعايش مع نيماتودا التربة، لكنها لا تتكاثر فيها. تصيب الديدان الحشرات خلال دورة حياتها عندما تدخل الجهاز الهضمي للحشرة عن طريق الفم. ومن الجهاز الهضمي تدخل الديدان إلى الجهاز الدملمفي للحشرة، ثم تفرز البكتيريا مع بيض الدودة وسموم البكتيريا (التي تقتل الحشرة خلال يوم أو يومين) وهناك، في الجهاز الدملمفي، تفرز تتضاعف.
لا تستطيع الديدان إكمال دورة حياتها بدون البكتيريا، لأن الأخيرة تمنع نمو البكتيريا الأخرى وتزود نسل الدودة بالغذاء وعوامل النمو الأساسية (بشكل رئيسي عن طريق منع تعفن الحشرة وتقسيمها إلى مكوناتها). تتوهج بكتيريا P. luminescens بعد حوالي 20 ساعة في الجهاز اللمفاوي للحشرة، لمدة أربع ساعات تقريبًا. وتخرج جميع نسل الدودة من الحشرة عندما تسكنها البكتيريا.
عندما تدخل البكتيريا إلى جروح الإنسان، عادة من التربة التي تحتوي على جثث الحشرات، تتوهج الجروح في الظلام بسبب نمو البكتيريا هناك أيضًا. إن زراعة هذه البكتيريا في الجرح لا يشكل مشكلة، بل إنه يسرع من شفاء الجرح بسبب إفراز المواد المضادة للمضادات الحيوية. التقارير الأولى التي نعرفها عن الجروح المتوهجة معروفة من الحرب الأهلية الأمريكية. ليس من الواضح ما هي الميزة البيولوجية التي يمنحها التحذير للبكتيريا و/أو مضيفيها. توجد بكتيريا أرضية أخرى في جثث الحيوانات المختلفة وفي المواد النباتية المتحللة.
الأعضاء الخفيفة في الأسماك والحبار
كل من زار المرصد تحت الماء في إيلات ودخل الغرفة المظلمة رأى نقاط ضوء تجري في أحواض السمك: "نقاط الضوء" هذه ليست سوى أسماك ومخلوقات بحرية أخرى لها أعضاء مضيئة. في هذه الأعضاء المضيئة توجد بكتيريا مضيئة، عادة من النوع Vibrio (Photobacterium) fischeri وهي تبعث الضوء.
كيف تصل البكتيريا إلى أعضاء الضوء هذه؟ ومن هذه الجيوب المضيئة، في نهاية اليوم، تفرز المواد الجاذبة للبكتيريا الموجودة في مياه البحر. وتتحرك البكتيريا الموجودة في مياه البحر نهارا ولا تضيء، وفقا لسلسلة تركيز المادة الجاذبة، وهي عملية تعرف بالانجذاب الكيميائي، وتدخل عضو الإضاءة، حيث تتراكم وتتكاثر.
في عام 1970، اكتشف كينيث نيلسون (نيلسون) وجون هاستينغز (هاستينغز) من جامعة هارفارد أن البكتيريا المعزولة من هذه الأعضاء المضيئة لا تتوهج بانتظام. في بداية نمو البكتيريا في أنبوب الاختبار (والعضو المضيء) لم تتوهج على الإطلاق، وفقط عندما تراكمت كمية كافية من البكتيريا، بدأت تتوهج دفعة واحدة.
كيف "تشعر" البكتيريا بوجودها بكمية كافية؟ اتضح أن نظام تحكم بسيط ولكنه متطور يعمل هنا: تفرز كل بكتيريا بانتظام مُحفزًا ذاتيًا في البيئة (محفز ذاتي: في حالة البكتيريا المضيئة، يكون مشتقًا من الحمض الأميني سيرين). وطالما أن البكتيريا قليلة، فإن المحفز الذاتي سيعمل في البيئة. ولكن في مكان مغلق (كما هو الحال في جيب الإضاءة أو في أنبوب الاختبار) وعندما يزيد عدد البكتيريا - يزداد تركيز المحفز الذاتي في المحلول حتى يخترق البكتيريا، ويتصل بالبروتين المنشط غير النشط للإضاءة يقوم بتنشيطه ويؤدي ذلك إلى تنشيط نظام الإضاءة.
إن تنشيط نظام الإضاءة في حد ذاته يتضمن أيضًا إفرازًا زائدًا للمحث الذاتي، بحيث يستمر تركيزه في الارتفاع وتزداد الإضاءة. وتسمى هذه الظاهرة استشعار الحشود أو استشعار النصاب. إن استشعار الكثافة عن طريق محث ذاتي قد تم بالفعل تمييزه لأول مرة في هذه البكتيريا المضيئة، ولكن أعقب ذلك المزيد من الاكتشافات في العديد من البكتيريا الأخرى، وبعدها تم "الإعلان عن البكتيريا"، على عكس ما كان مقبولا حتى ذلك الحين. ، ككائنات متعددة الخلايا.
في الحيوانات البحرية يمكنك أن تجد مزايا حقيقية للجمع بين المضيف والبكتيريا. على سبيل المثال، بالنسبة لمغرفة الحبار Euprymna، وهو حيوان مفترس ليلي، فإن العضو المتوهج "يخفيه" عن فريسته المحتملة بالأسفل، وتكتسب البكتيريا مكانًا محميًا ومغذيات يوفرها الحبار. وتسبح أنواع أخرى من البكتيريا البحرية المضيئة بحرية وتبعث ضوءًا مستقلاً عن الحيوانات الأكبر حجمًا.
استخدامات نظام الإضاءة
تم إدخال الأنظمة الضوئية لـ Vibrio fischeri والبكتيريا الأخرى إلى الإشريكية القولونية والبكتيريا الأخرى وحتى خلايا الخميرة والكائنات حقيقية النواة الأعلى. تبعث هذه البكتيريا الضوء بشكل مستمر طالما يوجد الأكسجين والمواد الخام اللازمة لنظام الإضاءة. وباستخدام هذه البكتيريا المهندسة، يمكن التحقق من وجود الملوثات في مياه الشرب من خلال مقارنة درجة الإضاءة في المحلول النظيف مقارنة بالمحلول المختبر. يعد انخفاض شدة الإضاءة مؤشرًا على التلوث الذي يؤثر على إمداد الأكسجين و/أو حيوية البكتيريا.
والاحتمال الآخر، وهو العكس، هو أن تتسبب البكتيريا المهندسة، حيث تم تكييف نظام الإضاءة لذلك، في انبعاث الضوء بسبب وجود السموم والملوثات في الماء. تثير ظاهرة البكتيريا المضيئة أسئلة بيولوجية مثيرة للاهتمام ولها أيضًا استخدام عملي في مختبرات الأبحاث وكذلك في الكشف عن العدوى.
يقوم الدكتور درور بار نير بتدريس علم الأحياء الدقيقة وبيولوجيا الخلية في الجامعة المفتوحة. نُشر المقال في عدد يناير من مجلة "جاليليو".
تعليقات 5
مقالة مثيرة جدا للاهتمام. لا أعتقد أنه ينبغي رفض فكرة وجود نهر جليدي بشكل قاطع، ولكن يجب توخي الحذر في زراعة بكتيريا باعتبارها "حيوانًا" مزرعة مستأنسة، لأنها من الأنواع التي تفرز السموم. إذا كان من الممكن زرع نظام الإضاءة ببكتيريا آمنة للاستخدام، والتأكد من عدم تطور أي أمراض، فيمكن أن تكون الفكرة قابلة للتطبيق. مثلما يزرع الناس النباتات في المنزل، سيكون من الممكن إقناعهم بزراعة البكتيريا (خاصة إذا كانت مضاءة بشكل جيد). وهناك تحسين آخر للفكرة وهو إطعامهم بقايا الطعام والتخلص من النفايات العضوية بهذه الطريقة. علاوة على ذلك، إذا كان من الممكن تقليد النظام الذي يمنع التعفن، فيمكن استخدامه للحفاظ على الجثث (على سبيل المثال، في إنشاء الحيوانات المحنطة).
الجليدية، لا تزال بحاجة إلى تغيير سائلها لأنها تنتج مواد نفايات وتضيف العناصر الغذائية وفي هذه الأثناء عندما تفعل ذلك فإنك تخفف أيضًا تركيز البكتيريا...
لماذا لا تستخدمه كمصدر ضوء طبيعي ورخيص؟ لا أعرف ما هي المواد الخام التي تحتاجها، لكن استخدامها كمصدر للإضاءة لا يتطلب استثمارًا في الطاقة يبدو حلاً رخيصًا إلى حد ما.
مثير للاهتمام للغاية، لكن من المؤسف أنهم تمكنوا من التفكير في استخدام البكتيريا كمؤشر بسيط.
مثيرة للاهتمام.