البكتيريا: تشكل الميكروبات هياكل معقدة مثل تلك الموجودة في الحيوانات

يمكن للأغشية الحيوية البكتيرية ، وهي مجموعات لزجة من الميكروبات ، تطوير حلقات متحدة المركز تحتوي على خلايا ذات سمات بيولوجية مختلفة

حياة


6 يناير 2022

Bacillus subtilise biofilm

يمكن لبكتيريا التربة Bacillus subtilis أن تخلق حلقات متحدة المركز عندما تشكل غشاءً حيويًا

كوانغ تاو تشو

تحتوي الأغشية الحيوية البكتيرية على مستوى من التنظيم الهيكلي اعتقدنا أنه فريد من نوعه بالنسبة للنباتات والحيوانات.

لطالما كان يُعتقد أن الأغشية الحيوية ، وهي كتل لزجة من الكائنات الحية الدقيقة مثل البكتيريا والفطريات ، بسيطة بيولوجيًا ، وليس لها أكثر من مستوى بدائي من التنظيم الهيكلي. يتناقض هذا مع العديد من الكائنات متعددة الخلايا ، بما في ذلك الحيوانات ، حيث يمكن للخلايا أن تنمو إلى أشكال مختلفة في أوقات وأماكن مختلفة أثناء نمو الجسم لإنتاج هياكل بيولوجية معقدة ومتنوعة.

الآن ، اكتشف Gürol Süel من جامعة كاليفورنيا ، سان دييغو ، وزملاؤه أن الأغشية الحيوية البكتيرية أقل بساطة مما كنا نعتقد. وجد الباحثون أن الأغشية الحيوية تشكل هياكل تشبه الحلقة أثناء نموها واستهلاكها للعناصر الغذائية في بيئتها. مع تناقص إمدادات المغذيات ، تتجمد بعض الخلايا بشكل أساسي بمرور الوقت من حيث الطريقة التي تعمل بها ، حيث تغسلها موجة من نضوب المغذيات. يُعرف هذا باسم “واجهة الساعة والموجة” ، وقد شوهد سابقًا فقط في الحيوانات والنباتات.

قام Süel وزملاؤه بهذا الاكتشاف خلال تجربة لاستكشاف استجابة a العصوية الرقيقة الغشاء الحيوي الرقيق للتجويع من النيتروجين الحيوي. يؤدي هذا عادةً إلى تغيير الخلايا البكتيرية وتصبح أكثر مرونة في حالة تكيف تسمى التبويض.

ولكن بدلاً من تكيف جميع الخلايا في الأغشية الحيوية بالطريقة نفسها ، يمكن للباحثين إثبات أن الجينات المخففة للضغط التي تنتجها الأغشية الحيوية تتسبب في تكيف بعض الخلايا فقط ، مما يؤدي إلى تكوين حلقات متحدة المركز من خلال الغشاء الحيوي الدائري تقريبًا. يتوافق هذا الهيكل الشبيه بحلقة الشجرة مع آلية “الساعة والجبهة الموجية” (انظر الصورة أعلاه).

“إذا فكرنا فقط في [biofilms] يقول سويل: “مثل كرات من الخلايا البكتيرية ، حتى لو كانت من نوع واحد ، فنحن مخطئون”. “إنهم منظمون للغاية ، وهم منظمون بطريقة غير تافهة للغاية. يبدو أن هذه المنظمة تذكرنا بما فعلته الفقاريات والنباتات أثناء التطور ، لذلك يجب أن يكون هناك اتصال هناك “.

على الرغم من أن البحث كان يركز فقط على مراقبة الأنماط ، يقترح سويل أن الزخرفة يمكن أن تكون هي الأغشية الحيوية التي تنوع خلاياها المرنة في محاولة لزيادة فرصها في البقاء على قيد الحياة.

بينما ثبت أن الأغشية الحيوية أكثر تعقيدًا في السنوات الأخيرة ، كونها قادرة على أشكال من الذاكرة والتواصل البعيد المدى ، فإن اكتشاف الهياكل المعقدة يمكن أن يتحدى الانقسام المفترض بين الكائنات البسيطة أحادية الخلية والكائنات المعقدة متعددة الخلايا.

يقول تانماي بهارات من جامعة أكسفورد: “ستتم إعادة إحياء هذا الجدل من خلال هذه الدراسة”. “من منظور بيولوجيا الخلية التطورية ، سيكون من المثير للاهتمام دراسة أين تكمن الاختلافات. ما الذي يميز الكائن الحقيقي متعدد الخلايا؟ “

الأغشية الحيوية مسؤولة أيضًا عن مجموعة واسعة من الظواهر الطبيعية ، سواء كانت جيدة أو سيئة. يمكن استخدامها في ترشيح المياه ومنع التآكل ، لكنها أيضًا السبب الرئيسي للعدوى السريرية ، فضلاً عن كونها شديدة التآكل في بعض السيناريوهات. يمكن أن يؤدي فهم البنية الأساسية الحقيقية لهذه الأغشية البكتيرية إلى تغيير طرق استخدامها والتخفيف من حدتها.

يقول سويل: “لا يمكنك أن تفترض أن أسلوبًا واحدًا أو عاملًا كيميائيًا واحدًا يكفي للقيام بهذه المهمة ، لأن الأغشية الحيوية عبارة عن مجتمع معقد”.

مرجع المجلة: خلية، DOI: 10.1016 / j.cell.2021.12.001

المزيد عن هذه المواضيع:

التعليقات

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني.