دراسة - تطور البكتيريا عبر الأجيال لتتحول إلى بكتيريا معدية وخطيرة

 في تجربة غير عادية ، تمكن العلماء من مراقبة تكيف البكتيريا مع مضيف (عائل) جديد وتطورها لتصبح أكثر عدوى عبر مئات الأجيال.

في 19 من أغسطس لعام 2020، تم نشر بحث علمي في مجلة PNAS يتحدث عن تجربة غير عادية قام  بها علماء من جامعة فيينا بقيادة ماتياس هورن في مركز علم الأحياء الدقيقة وعلوم النظم البيئية، لفهم أفضل طريقة تكيف للبكتيريا مع الخلية المضيفة مع مرور الوقت، وكيفية تحولها إلى بكتيريا معدية وخطيرة تحت ظروف معينة.

حيث تلجأ البكتيريا إلى غزو الخلايا الحيوانية من أجل التكاثر، وفي أثناء ذلك تتسبب في إصابة خلايا المضيف بالمرض، وتبدأ بالتحول إلى النوع الخطير عندما تطرأ التغيرات في الجينوم والتعبير الجيني، خاصة في الجينات التي تتحكم في تفاعل البكتيريا مع مضيفيها والجينات المسؤولة عن التمثيل الغذائي البكتيري. وقد وجد علماء جامعة فيينا استراتيجيتين في تطور البكتيريا مختلفتين للغاية، تظهران في البكتيريا التي تتعرض لظروف مختلفة.

تفاصيل الدراسة

تمت الدراسة على بكتيريا باراكلاميديا (Parachlamydia) حيث تعمل كنظام نموذجي لدراسة تكيف البكتيريا المعتمدة على مضيف في المختبر، وهو جنس من بكتيريا الكلاميديا البيئية التي تتواجد بشكل طبيعي في الماء أو التربة دون التسبب بالإصابة للإنسان، فهي تعيش في كائنات وحيدة الخلية (طفيل الأميبا)، وتعتمد على العناصر الغذائية التي تستمدها من خلايا المضيف. تم وضع بكتيريا الباراكلاميديا داخل مضيفات أحادية الخلية (الأميبا) في المختبر، وبعد مرور 14 شهرا على تطورها داخل هذه المضيفات، تضمن خلالها نشوء 500 جيل من هذه البكتيريا والتي تقارب 15000 سنة في إطار الزمن البشري، أصبحت لديها آليات مثالية لغزو الخلايا المضيفة والتكاثر داخلها.

تأكيد النظرية

للتحقق من النظرية المطروحة حول تطور البكتيريا من عادية إلى معدية، تم حفظ البكتيريا في المختبر تحت ظروف مختلفة. وقد أشارت النتائج أن البكتيريا أبدت طورين من السلوك: الأول كان باعتمادها على الإصابة المتكررة لخلايا العائل الجديدة لتبقى على قيد الحياة، بينما كان الثاني بالقدرة على التضاعف الدائم داخل ذات الخلية المضيفة.

تعني هذه النتائج أن البكتيريا تصبح معدية وخطيرة بشكل متزايد عندما تنتقل من خلية مضيفة إلى أخرى من أجل البقاء، بينما تكون العدوى في حال ثابت لا يتغير إن كانت قد أصابت الخلية المضيفة ومكثت بها وتضاعفت واستمرت في العيش بداخلها وبداخل الخلايا الناتجة عن انقسام الخلية المضيفة.

تكيف البكتيريا على المستوى الجينات والتعبير الجيني

للتأكد من أسباب اختلاف سلوكيات البكتيريا، قام الباحثون بفحص جينات البكتيريا في بداية التجربة، ومن ثم قارنوها بفحص الجينات بعد 500 جيل من التطور، ليجدوا أن هناك اختلافات كبيرة قد وقعت على 1161 موقع جيني. كما أظهرت تحاليل التعبير الجيني ل 2500 جين كشفت أن البكتيريا المعدية التي تنتقل بين الخلايا المضيفة تظهر تغيرات في التعبير الجيني للجينات الحاسمة لآلية العدوى ولمسارات أيضية معينة ومهمة للبقاء خارج الخلايا المضيفة.

ملخص

ملخص النتائج يظهر أن مسار الانتقال يلعب دورًا حاسمًا في تطور العدوى في البكتيريا المعتمدة على المضيف، كما تعتمد الزيادة الملحوظة في العدوى على مجموعة متنوعة من الاختلافات الجينية والتغيرات الرئيسية في التعبير الجيني. وتؤدي هذه التعديلات إلى إصابة الخلايا المضيفة بسهولة أكبر وإعطاء البكتيريا فرصة أفضل للبقاء على قيد الحياة خارج الخلية المضيفة.

وأن كل التغييرات الطارئة على البكتيريا ما هي إلا تكيف مع النظم البيئية الجديدة لتستطيع الحصول على الطعام والتكاثر.

للاستزادة والاستفادة أكثر.. ستجدون رابط المقال على مجلة PNAS هنا