تُظهر صورة مجهرية إلكترونية ماسحة خلايا باتسكيباكتيريا أرجوانية صغيرة تنمو على سطح خلايا أكبر بكثير. يكشف بحث جديد أجراه مختبر جوزيف موجوس في جامعة ويسكونسن للطب في سياتل عن دورة حياتهم وجيناتهم وبعض الآليات الجزيئية التي قد تكون وراء أسلوب حياتهم غير المعتاد. هذه البكتيريا epibiotic هي Southlakia epibionticum. مصدر الصورة: ياكسي وانج، واي بانج تشان، وسكوت براسويل/جامعة واشنطن
يكتشف العلماء الجينات الأساسية لنمط الحياة غير العادي للبكتيريا الصغيرة التي تعيش على أسطح البكتيريا الأكبر حجمًا.
باتسيباكتريا هي مجموعة غامضة من الميكروبات الصغيرة ذات طرق البقاء بعيدة المنال. وعلى الرغم من أن العلماء لا يستطيعون زراعة سوى عدد قليل من هذه الأنواع، إلا أنها جزء من عائلة متنوعة موجودة في العديد من البيئات.
الأنواع القليلة من بكتيريا patescibacteria التي يمكن للباحثين زراعتها في المختبر تتواجد على سطح خلية ميكروب مضيف آخر أكبر حجمًا. تفتقر البكتيريا Patescibacteria عمومًا إلى الجينات اللازمة لتكوين العديد من الجزيئات الضرورية للحياة، مثل الأحماض الأمينية التي تشكل البروتينات والأحماض الدهنية التي تشكل الأغشية والنيوكليوتيدات الموجودة فيها الحمض النووي. وقد دفع هذا الباحثين إلى التكهن بأن الكثير منهم يعتمد على البكتيريا الأخرى في النمو.
وفي دراسة نشرت مؤخرا في خليةيقدم الباحثون أول نظرة ثاقبة للآليات الجزيئية وراء نمط الحياة غير المعتاد لبكتيريا باتسكيباكتيريا. أصبح هذا الإنجاز ممكنًا بفضل اكتشاف طريقة للتلاعب بهذه البكتيريا وراثيًا، وهو تقدم فتح عالمًا من الاتجاهات البحثية الجديدة المحتملة.
وقال نيتين س. باليجا من المعهد: “على الرغم من أن علم الميتاجينوميات يمكن أن يخبرنا عن الميكروبات التي تعيش في أجسامنا وفيها، إلا أن تسلسل الحمض النووي وحده لا يمنحنا نظرة ثاقبة على أنشطتها المفيدة أو الضارة، خاصة بالنسبة للكائنات الحية التي لم يتم وصفها من قبل”. لبيولوجيا النظام في سياتل، والذي ساهم بالعديد من التحليلات الحسابية والنظمية في الدراسة.
يقف باحث البكتيريا Epibiotic، لاري أ. غالاغر، أمام المجهر في مختبر علم الأحياء الدقيقة في كلية الطب بجامعة واشنطن. الائتمان: س. بروك بيترسون / جامعة واشنطن
“La capacité de perturber génétiquement les Patescibactéries ouvre la possibilité d’appliquer une puissante optique d’analyse systémique pour caractériser rapidement la biologie unique des épibiontes obligatoires”, a-t-il ajouté, en référence aux organismes qui doivent vivre sur un autre organisme من أجل البقاء.
والفرق التي تقف وراء الدراسة بقيادة مختبر جوزيف موقوس في قسم الأحياء الدقيقة بالجامعة جامعة واشنطن اهتمت كلية الطب ومعهد هوارد هيوز الطبي ببكتيريا باتسكيباكتريا لعدة أسباب.
وهي من بين العديد من البكتيريا غير المفهومة والتي تظهر تسلسلات الحمض النووي الخاصة بها في التحليلات الجينية واسعة النطاق للجينومات الموجودة في صِنف– المجتمعات الميكروبية الغنية من المصادر البيئية. تسمى هذه المادة الوراثية “المادة المظلمة الميكروبية” لأنه لا يُعرف سوى القليل عن الوظائف التي تشفرها.
ومن المرجح أن تحتوي المادة المظلمة الميكروبية على معلومات حول المسارات البيوكيميائية ذات التطبيقات المحتملة في التكنولوجيا الحيوية، وفقًا للدراسة. خلية ورق. ويحتوي أيضًا على أدلة حول الأنشطة الجزيئية التي تدعم النظام البيئي الميكروبي، بالإضافة إلى البيولوجيا الخلوية للأنواع الميكروبية المتنوعة المجمعة في هذا النظام.
تنتمي مجموعة بكتيريا Patescibacteria التي تم تحليلها في هذا البحث الأخير إلى بكتيريا Saccharibacteria. تعيش هذه الكائنات في بيئات برية ومائية مختلفة، لكنها تشتهر بسكنها في فم الإنسان. لقد كانت جزءًا من الميكروبيوم البشري عن طريق الفم على الأقل منذ العصر الحجري الأوسط وترتبط بصحة الفم البشرية.
في فم الإنسان، تحتاج البكتيريا السكرية إلى بكتيريا الأكتينوباكتريا، التي تعمل كمضيف. لفهم الآليات التي تستخدمها البكتيريا السكرية بشكل أفضل لإقامة علاقات مع مضيفيها، استخدم الباحثون التلاعب الجيني لتحديد جميع الجينات الأساسية لنمو البكتيريا السكرية.
ياكسي وانغ، باحث البكتيريا اللاحيوية، في محطة عمل لاهوائية في مختبر علم الأحياء الدقيقة في كلية الطب بجامعة واشنطن في سياتل. الائتمان: س. بروك بيترسون / جامعة واشنطن
وقال موجوس، أستاذ علم الأحياء الدقيقة: “نحن متحمسون للغاية لإلقاء هذه اللمحة الأولى على وظائف الجينات غير العادية التي تؤويها هذه البكتيريا”. “من خلال تركيز دراساتنا المستقبلية على هذه الجينات، نأمل في كشف لغز كيفية استغلال البكتيريا السكرية للبكتيريا المضيفة للنمو.” »
تشمل عوامل التفاعل المحتملة للمضيف التي تم اكتشافها في الدراسة هياكل سطح الخلية التي قد تساعد البكتيريا السكرية على الارتباط بالخلايا المضيفة ونظام إفراز متخصص يمكن استخدامه لنقل العناصر الغذائية.
أحد التطبيقات الأخرى لعمل المؤلفين هو توليد خلايا ساكاريباكتريا التي تعبر عن البروتينات الفلورية. باستخدام هذه الخلايا، أجرى الباحثون تصويرًا مجهريًا فلورسنتًا بفاصل زمني لبكتيريا السكريات التي تنمو مع البكتيريا المضيفة لها.
وأشار إس. بروك بيترسون، كبير العلماء في مختبر موجوس: “كشف التصوير المتقطع لمزارع الخلايا المضيفة لبكتيريا السكرية عن تعقيد مدهش في دورة حياة هذه البكتيريا غير العادية”.
أفاد الباحثون أن بعض البكتيريا السكرية تعمل كخلايا أم من خلال الالتصاق بالخلية المضيفة والتبرعم بشكل متكرر لتوليد ذرية سرب صغيرة. يذهب هؤلاء الصغار للبحث عن خلايا مضيفة جديدة. وأصبحت بعض النسل بدورها خلايا أم، في حين بدا أن البعض الآخر يتفاعل بشكل غير منتج مع المضيف.
ويعتقد الباحثون أن الدراسات الإضافية للتلاعب الجيني ستفتح الباب أمام فهم أوسع لأدوار ما وصفوه بـ”المخازن الغنية بالمادة المظلمة الميكروبية التي تحتويها هذه الكائنات” ويمكن أن تكشف عن المزيد من الآليات البيولوجية التي لا يمكن تصورها.
المرجع: “يوفر التلاعب الجيني للبكتيريا Patescibacteria رؤى ميكانيكية للمادة المظلمة الميكروبية ونمط الحياة اللاحيوي” بقلم Yaxi Wang، Larry A. Gallagher، Pia A. Andrade، Andi Liu، Ian R. Humphreys، Serdar Turkarslan، Kevin J. Cutler، Mario L. . أريتا أورتيز، ياكياو لي، ماثيو سي رادي، جيفري إس ماكلين، تشيان كونغ، ديفيد بيكر، نيتين س. باليجا، إس. بروك بيترسون، وجوزيف د. موجوس، 7 سبتمبر 2023، خلية.
دوى: 10.1016/j.cell.2023.08.017
وقد فضل الجديد هذه الدراسة متعددة التخصصات والتعاونية مركز التفاعلات الميكروبية والميكروبيوم (يُطلق عليها اختصارها mim_c)، والتي يديرها Mougous. تتمثل مهمة mim_c في تقليل العوائق التي تعترض الدراسات البحثية للميكروبيوم وتعزيز التعاون من خلال الاتصالات بين الباحثين ذوي التفكير المماثل عبر التخصصات. هنا، كان mim_c هو المحفز الذي انضم إلى مختبر موجو مع خبير الميكروبيوم الفموي جيفري ماكلين من قسم أمراض اللثة بكلية طب الأسنان بجامعة ويسكونسن.
المؤلفون الرئيسيون لهذه الدراسة هم Yaxi Wang وLarry A. Gallagher من قسم علم الأحياء الدقيقة بجامعة ويسكونسن. المؤلفون الرئيسيون هم باليجا وبيترسون وموجوس. كما ساهم في هذا العمل علماء الكيمياء الحيوية تشيان كونغ من جامعة تكساس ساوثويست، وديفيد بيكر وباحثون آخرون في معهد الطب بجامعة ويسكونسن لتصميم البروتين، إلى جانب ماكلين.
موجوس وبيكر محققان في معهد هوارد هيوز الطبي. يشغل موجوس كرسي لين إم ومايكل دي جارفي بجامعة واشنطن.
تم تمويل الدراسة من المنح المقدمة من المعاهد الوطنية للصحةالمؤسسة الوطنية للعلوم، ووكالة الحد من التهديدات الدفاعية التابعة لوزارة الدفاع، ومؤسسة بيل وميليندا جيتس، ومؤسسة ويلش.
