6.2: التأشير البكتيري

نظره عامه

في بعض الأحيان ، تتصرف مجموعة من البكتيريا كمجتمع. لتحقيق ذلك ، ينخرطون في استشعار النصاب ، إدراك كثافة الخلايا الأعلى التي تؤدي إلى تحول في التعبير الجيني. يتضمن استشعار النصاب كلاً من الإشارات خارج الخلية وداخلها. يبدأ تسلسل الإشارات بجزيء يسمى المحرض الذاتي (AI). تنتج البكتيريا الفردية المحرض الذاتي الذي ينتقل من غشاء الخلية البكتيرية إلى الفضاء خارج الخلية. يمكن لالمحرض الذاتي أن يتحرك بشكل سلبي على طول تدرج التركيز خارج الخلية ، أو أن يتم نقله بالنقل النشط عبر الغشاء البكتيري.

تركيز المحرض الذاتي خارج الخلية يعطي إشارات للبكتيريا

عندما تكون كثافة الخلايا في التجمعات البكتيرية منخفضة ، ينتشر المحرض الذاتي بعيداً عن البكتيريا ، مما يحافظ على التركيز البيئي للمحرض الذاتي منخفضاً. بينما تتكاثر البكتيريا وتستمر في إفراز المحرض الذاتي ، يزداد تركيز المحرض الذاتي ، ويصل في النهاية إلى عتبة التركيز. تسمح هذه العتبة للمحرض الذاتي بربط مستقبلات الغشاء بالبكتيريا ، مما يؤدي إلى حدوث تغييرات في التعبير الجيني عبر المجتمع البكتيري بأكمله.

صبغ جرام

تصنف العديد من البكتيريا على أنها موجبة الجرام أو سالبة الجرام. تشير هذه المصطلحات إلى اللون الذي تأخذه البكتيريا عند معالجتها بسلسلة من محاليل الصبغ التي طورها هانز كريستيان يواكيم جرام منذ أكثر من قرن. إذا التقطت البكتيريا اللون الأرجواني فهي موجبة الجرام. إذا كانت تبدو حمراء ، فهي سالبة الجرام. تلتقط البكتيريا ألوان البقع هذه بسبب اختلاف كيمياء جدرانها الخلوية. تحدد التركيبة المختلفة لجدران الخلايا البكتيرية الطرق التي تتفاعل بها البكتيريا مع بعضها البعض ومع بيئتها وغالباً ما تشارك بشكل مباشر في التسبب في المرض. على سبيل المثال ، تصنع جدران خلايا البكتيريا سالبة الجرام أساساً من عديدات السكريات الدهنية ، والتي تُعرف أيضاً باسم الذيفان الداخلي ، والتي تسبب الصدمة الإنتانية في دم المريض.

استشعار النصاب في البكتيريا الموجبة و السالبة الجرام

في البكتيريا موجبة الجرام ، غالباً ما يحدث استشعار النصاب في خطوتين. أولاً ، يرتبط المحرض الذاتي ، وهو ببتيد مستحث ذاتياً (AIP) ، بمستقبل الغشاء عندما يكون تركيزه الخارجي مرتفعاً بدرجة كافية. ينشط هذا الارتباط الإنزيمات الداخلية ، ما يسمى كينازات المرسال الثانية التي تعمل على فسفرة عوامل النسخ. ثم تنظم عوامل النسخ التعبير عن الجينات المختلفة.

ومع ذلك ، في حالة العديد من البكتيريا سالبة الجرام ، يتم استشعار النصاب في عملية من خطوة واحدة. عندما يصل التركيز الخارجي للمحرض الذاتي إلى العتبة ، يعبر المحرض الذاتي الغشاء (عبر ناقل) ويعيد دخول الخلية. بمجرد دخوله ، قد يتفاعل مباشرة مع عوامل النسخ لتنظيم التعبير الجيني. لا يتطلب هذا النوع من الإشارات وسيطاً أو رسولاً ثانياً. المحرض الذاتي نفسه هو المرسال. ومع ذلك ، حتى بدون رسول ثانٍ ، يمكن أن تكون الإشارات داخل الخلايا معقدة.

الإشارة في البكتيريا التي تنتج الضوء

أحد الأمثلة على ذلك بكتيريا Photorhabdus luminescens ، وهي سالبة الجرام. ينتج المحفز الذاتي٢ (AI_2) كإشارة لاستشعار النصاب وكإشارة داخل الخلايا. تطلق البكتيريا المحفز الذاتي٢ في البيئة. عندما يصل المحفز الذاتي٢ إلى مستوى العتبة خارج الخلايا البكتيرية ، يرتبط المحفز الذاتي٢ بناقل كاسيت ربط أدينوسين ثلاثي الفوسفات (ABC) على الغشاء البكتيري ، ويعاد إدخاله بواسطة ناقل ABC. ثم يقوم كيناز داخل الخلايا(LsrK) بفسفرة المحفز الذاتي٢ نفسه. بمجرد تنشيطه بهذه الطريقة ، يمكن أن يؤدي المحفز الذاتي٢ نفسه كعامل نسخ ، وتنشيط للجينات التي تشفر إنزيم لوسيفيريز . ينتج انزيم لوسيفيريز الضوء عند تحفيز تفاعلات معينة. وبالتالي فقط عندما يصل عدد سكان Photorhabdus luminescens إلى كثافة حرجة ، يمكنك رؤية تلألؤهم البيولوجي. قيل أن هذه البكتيريا كانت مسؤولة عن الوهج الأخضر المزرق الذي شوهد في جروح بعض جنود الحرب الأهلية الأمريكية بعد معركة شيلوه.

إشارة النصاب و الالتهابات البكتيرية للأجهزة الطبية المزروعة

يحدث انتشار البكتيريا عبر سطح الغرسات الطبية من خلال إشارات النصاب ويمكن أن يسبب عدوى تهدد الحياة. هناك قدر كبير من الأبحاث جارية لإيجاد طرق لمنع تكون الأغشية الحيوية البكتيرية في الاعدادات الطبية. يركز الكثير من هذا البحث على تطوير مواد جديدة غير قابلة للنمو البكتيري. ومع ذلك ، يتم أيضاً فحص المركبات البيولوجية ، بما في ذلك المواد التي تنتجها بعض أنواع البكتيريا ، لخصائصها في تثبيط البكتيريا.

على غرار حقيقيات النوى،تنشأ الإشارات الكيميائية بين وداخل الخلايا. التواصل بين الخلايا،المعروف بالنصاب الحسّي،يشتمل على إنتاج وإطلاق،والكشف على نطاق الفصيلة لجزيئيات الإشارات الصغيرة،المسمّاة بالمورّدات الآلية. هذه الجزيئيات هي بيبتيدات طاردة للماء شبيهة بالهرمون لأنها تنتج إشارات كيميائية لنقل المعلومات بين الخلايا بعد بلوغ الحدّالأدنى من التركيز.

بوسع الخلايا الفردية الكشف عن كثافة المورّدات الآلية خارج الخلية،التي ينجم عنها إنتاج الإشارة لناقل ثانوي محدد،الـ di GMP الدوري،داخل الخلية لتنظيم إنتاج البروتينات المساهمة في التعبير الجيني للسلوكيات،التفسفر الأحيائي. تسمح هذه العمليات للخلايا البكتيرية بالعمل معاًكما لو أنها كائن طفيلي متعددة الخلايا،حتّى بين الأنواع المختلفة. هذا التواصل مهم لتشكيل الأغشية الحيوية،للخلايا البكتيرية للتجمّعات المركّبة التي تلتصق بالأسطح والتي تستطيع منها عادةًتلقّي حاجاتها الغذائية.

مثلاًقد تتكون الأغشية الحيوية على أسنانك كل صباح أو حتّى تغزو الأجزاء الطبية المزروعة.