اكتشف العلماء طريقة جديدة بسيطة بشكل مدهش للميكروبات التي تنتقل دون الأسواط

تكشف دراستان جديدتان عن طرق غير متوقعة تتحرك بها الميكروبات، وتقدمان رؤى يمكن أن تؤثر على فهمنا لصحة الإنسان والأمراض.

كشف بحث جديد أجرته جامعة ولاية أريزونا عن استراتيجيات غير متوقعة تستخدمها البكتيريا للتحرك حتى عندما لا تعمل أسواطها، وهي الهياكل الرقيقة التي تشبه السوط والتي تدفعها عادة.

تعد القدرة على السفر عبر الأسطح أمرًا مهمًا للبكتيريا لأنها تتيح لها بناء مجتمعات أو الوصول إلى بيئات جديدة أو تجنب الظروف الضارة. إن تعلم كيفية قيام هذه الميكروبات بإنجاز ذلك يمكن أن يوجه أساليب جديدة للوقاية من العدوى وعلاجها.

اكتشاف حركة “الغسل”.

في الدراسة الأولى، وجد نافيش وادوا وفريقه أن السالمونيلا والإشريكية القولونية لا يزال بإمكانهما الانتشار عبر الأسطح الرطبة بعد تعطيل الأسواط. أثناء هضم السكريات، تنتج الميكروبات منتجات ثانوية حمضية تسحب الماء إلى الخارج على السطح. وهذا يخلق تيارات سائلة لطيفة تدفع البكتيريا للأمام، على غرار الأوراق العائمة على طول مجرى ضحل.

يشير الباحثون إلى هذه الحركة باسم “الغسل”. قد توضح هذه الآلية كيفية تمكن الميكروبات الضارة من السيطرة على الغرسات الطبية، أو الجروح المفتوحة، أو المعدات المستخدمة في إنتاج الغذاء. ونظرًا لأن هذا النوع من الحركة مدعوم بعملية التمثيل الغذائي، فإن تعديل العوامل مثل الرقم الهيدروجيني المحلي أو كمية السكر المتوفرة يمكن أن يوفر طرقًا جديدة لتقليل انتشار البكتيريا.

يقول وادوا: “لقد اندهشنا من قدرة هذه البكتيريا على الهجرة عبر الأسطح دون أسواط وظيفية. في الواقع، صمم متعاونونا هذه التجربة في الأصل باعتبارها “تحكمًا سلبيًا”، مما يعني أننا توقعنا (بمجرد تقديمها) بدون أسواط، ألا تتحرك الخلايا”. “لكن البكتيريا هاجرت بلا انقطاع، كما لو لم يكن هناك شيء خاطئ، مما دفعنا إلى رحلة تستغرق عدة سنوات لفهم كيفية قيامها بذلك.

“إن هذا يوضح أنه حتى عندما نعتقد أننا قد توصلنا إلى شيء ما، فغالبًا ما تكون هناك مفاجآت تنتظرنا تحت السطح، أو في هذه الحالة، فوقه.”

وادوا هو باحث في مركز التصميم الحيوي لآليات التطور وأستاذ مساعد في قسم الفيزياء بجامعة ولاية أريزونا.

تظهر الدراسة في مجلة علم البكتيريا. تم اختيار الورقة من قبل المجلة باعتبارها اختيار المحرر، مما يسلط الضوء على أهمية البحث.

آثار الحركة التي يحركها السكر

عندما تقوم البكتيريا بتكسير السكريات مثل الجلوكوز أو المالتوز أو الزيلوز، فإنها تطلق منتجات ثانوية حمضية مثل الأسيتات والفورمات. تقوم هذه المواد بسحب الرطوبة من السطح وتكوين تدفقات صغيرة من الماء تحمل البكتيريا إلى الخارج. ويعتمد هذا النوع من الحركة بشكل كامل على السكريات المتخمرة. وفي حالة غياب السكريات، لا تستطيع الميكروبات التحرك بهذه الطريقة. وبالتالي فإن بيئات الجسم التي تحتوي على الكثير من السكر، بما في ذلك المخاط، قد تجعل من السهل انتشار البكتيريا الضارة وتسبب العدوى.

اختبر الباحثون أيضًا كيفية تأثير المركبات الشبيهة بالمنظفات والتي تسمى المواد الخافضة للتوتر السطحي على هذه الحركة. عندما تمت إضافة المواد الخافضة للتوتر السطحي إلى المستعمرات، توقفت البكتيريا عن الغسل. ومع ذلك، لم يكن للمركبات نفسها أي تأثير على الاحتشاد، وهو نوع سريع ومنسق من الحركة مدعوم بالسوط الذي يسمح للبكتيريا بالسفر بسرعة عبر الأسطح الرطبة. تشير هذه النتائج إلى أن الغسل والاحتشاد يعتمدان على عمليات فيزيائية مختلفة وأنه من المحتمل استخدام المواد الخافضة للتوتر السطحي لتقليل (أو زيادة) الحركة البكتيرية اعتمادًا على الوضع الذي تستخدمه.

إن حقيقة قدرة البكتيريا على استعمار الأسطح حتى عندما تكون آلات السباحة العادية معطلة لها آثار مهمة على صحة الإنسان. قد تنتشر بعض الميكروبات عن طريق الغسل عبر القسطرة الطبية والمزروعات ومعدات المستشفى. قد لا يكون صد الأسواط وحده كافيًا لإيقافها. وبدلاً من ذلك، قد نحتاج إلى التدخل في العمليات الكيميائية التي يستخدمونها لتشغيل هذه الحركة.

يمكن أن يتسبب كل من الإشريكية القولونية والسالمونيلا في الإصابة بالأمراض المنقولة بالغذاء. إن معرفة أنها يمكن أن تنتشر على الأسطح من خلال تدفقات السوائل السلبية قد يساعد في تحسين كيفية تصميم مصانع تجهيز الأغذية لبروتوكولات التنظيف. ولأن الغسل يعتمد على التخمر والمنتجات الثانوية الحمضية، فإن الاستراتيجيات التي تغير درجة الحموضة السطحية أو توافر السكر يمكن أن تقلل من الاستعمار البكتيري. وأظهرت الدراسة أن التغيرات البسيطة في الحموضة كانت كافية لتغيير كيفية تحرك البكتيريا.

قد يحدث شيء مماثل أيضًا داخل الجسم، حيث تخلق الأسطح الرطبة مثل مخاط الأمعاء أو سوائل الجروح أو المسالك البولية ظروفًا مناسبة للبكتيريا. في هذه الأماكن، يمكن للبكتيريا استخدام الغسل للانتشار حتى عندما لا تعمل أسواطها بشكل جيد.

“تبديل التروس” الجزيئي في الفلافوبكتريا

وفي دراسة ثانية، نظر المؤلف أبهيشيك شريفاستافا وزملاؤه في نوع من البكتيريا المعروفة باسم فلافوباكتيريا. وعلى عكس الإشريكية القولونية، فإن هذه البكتيريا لا تسبح؛ وبدلاً من ذلك، فإنهم يتنقلون عبر الأسطح البيئية والمرتبطة بالمضيف باستخدام آلة تسمى نظام إفراز النوع 9، أو T9SS، والتي تدفع الحزام الناقل الجزيئي.

عادةً، يساعد T9SS هذه البكتيريا على الانزلاق عبر الأسطح. وتقوم بذلك عن طريق تحريك حزام مغلف بمادة لاصقة حول جسم الخلية، وسحب البكتيريا إلى الأمام مثل عربة الثلج المجهرية. اكتشف الباحثون أن بروتين الحزام الناقل المسمى GldJ يعمل مثل ناقل الحركة، ويتحكم في اتجاه هذا المحرك الدوار.

إذا تم حذف جزء صغير من GldJ، فإن المحرك يقلب دورانه من عكس اتجاه عقارب الساعة إلى اتجاه عقارب الساعة، مما يغير كيفية تحرك البكتيريا. تصف الدراسة مجموعة التروس الجزيئية هذه بالتفصيل وتظهر كيف تسمح للبكتيريا بضبط اتجاه حركتها، مما يمنحها ميزة تطورية في التنقل في البيئات المعقدة.

إلى جانب تمكين الحركة البكتيرية، فإن T9SS له أيضًا آثار كبيرة على صحة الإنسان، حيث يؤدي أدوارًا ضارة ومفيدة اعتمادًا على المجتمع الميكروبي. في الميكروبيوم الفموي البشري، ترتبط البكتيريا المحتوية على T9SS بأمراض اللثة، حيث تعمل بروتيناتها المفرزة على تعزيز الالتهاب في الفم والدماغ، مما يساهم في اضطرابات مثل مرض قلبي و مرض الزهايمر. على العكس من ذلك، في ميكروبيوم الأمعاء، يمكن للبروتينات التي تفرز T9SS حماية الأجسام المضادة من التحلل، وبالتالي تقوية المناعة. وتحسين فعالية اللقاحات عن طريق الفم.

ربط ميكانيكا الحركة بتأثيرات الميكروبيوم

إن فهم كيفية عمل علبة التروس هذه يمكن أن يساعد العلماء على تصميم طرق لمنع البكتيريا من تكوين مجتمعات بكتيرية لزجة تعرف باسم الأغشية الحيوية، مما يسبب العدوى وتلويث الأجهزة الطبية، ولكن أيضًا تسخير خصائصها المفيدة لتعزيز الصحة وتطوير علاجات الميكروبيوم المستهدفة.

يقول شريفاستافا: “نحن متحمسون جدًا لاكتشاف نظام نانوي استثنائي مزدوج الدور يدمج آلية التغذية الراجعة، ويكشف عن عربة ثلجية بيولوجية يمكن التحكم فيها، ويُظهر كيف تقوم البكتيريا بضبط الحركة والإفراز بدقة في البيئات الديناميكية”. “بناءً على هذا الإنجاز، نهدف الآن إلى تحديد الهياكل عالية الدقة لهذا الناقل الجزيئي الرائع لتصور، بدقة ذرية، كيف تتشابك أجزائه المتحركة، وتنقل القوة، وتستجيب للتغذية الراجعة الميكانيكية. إن كشف هذا التصميم المعقد لن يؤدي فقط إلى تعميق فهمنا للتطور الميكروبي، بل سيلهم أيضًا تطوير الجيل التالي من الآلات النانوية والتقنيات العلاجية ذات الهندسة الحيوية.

شريفاستافا هو باحث في مركز التصميم الحيوي للميكروبيوميات الأساسية والتطبيقية، ومركز التصميم الحيوي لآليات التطور، وأستاذ مساعد في كلية علوم الحياة بجامعة ولاية أريزونا. يظهر البحث في المجلة mBio.

كيف يرتبط الاكتشافان

للوهلة الأولى، يبدو الاكتشافان – تصفح السوائل وتحويل التروس الجزيئي – منفصلين عن العالم. لكنهم يشتركون في موضوع مشترك: لقد طورت البكتيريا طرقًا متعددة ومدهشة للانتشار. كلما زادت الاستراتيجيات التي تمتلكها البكتيريا، أصبح من الصعب احتواؤها.

تؤكد النتائج الجديدة أيضًا على الحاجة إلى تفكير جديد في مكافحة الأمراض البكتيرية. غالبًا ما ركزت العديد من الأساليب التقليدية على استهداف الأسواط. ولكن كما تظهر هذه الدراسات، يمكن للبكتيريا أن تتغلب على هذا القيد.

ويشير البحث إلى أن التحكم في البيئة البكتيرية، بما في ذلك عوامل مثل مستويات السكر ودرجة الحموضة وكيمياء السطح، قد يكون بنفس أهمية استهداف الجينات البكتيرية. كما أن تعطيل الآلات الجزيئية الرئيسية مثل علبة التروس T9SS يمكن أن يمنع البكتيريا ليس من الحركة فحسب، بل أيضًا من إفراز البروتينات التي تجعلها خطيرة.

مراجع:

“الغسل: شكل مستقل عن الدفع للهجرة السطحية البكتيرية” بقلم جوستين بانيتش وإريك إم دوديبوت وديفيد إف بلير ونافيش وادوا، 3 نوفمبر 2025، مجلة علم البكتيريا.
دوى: 10.1128/jb.00323-25

“يتحكم البروتين المرتبط بالحزام الناقل الجزيئي في الاتجاه الدوراني لنظام إفراز النوع البكتيري 9” بقلم أبهيشيك تريفيدي، وجاكوب أ. ميراتسكي، وإيما سي. هندرسون، وأبهيشيك سينغاروي، وأبهيشيك شريفاستافا، 13 يونيو 2025، mBio.
DOI: 10.1128/race.01125-25

ويدعم NW المعهد الوطني للعلوم الطبية العامة التابع للمعاهد الوطنية للصحة (منحة R00GM134124) وجائزة المحقق الجديد من مركز أبحاث الطب الحيوي في أريزونا (منحة RFGA2023-008-14). تم دعم العمل أيضًا بتمويل حصل عليه DB (من مصادر داخلية).

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.