علاقات صداقة بين الكائنات الحية الدقيقة.. كيف تحمي بعضها؟

Green microalga Chlamydomonas reinhardtii, a model system for molecular biology and environmental studies.
الطحالب الخضراء كائنات ذاتية التغذية تقوم بعملية البناء الضوئي وتنتج الأكسجين (المجهر الإلكتروني لكلية دارتموث، لويزا هوارد)

الطحالب الخضراء كائنات ذاتية التغذية تقوم بعملية البناء الضوئي وتُنتج الأكسجين ومعظم أنواعها وحيد الخلية، وتعتبر مصدرا مهما للغذاء بالنسبة للأسماك والكائنات البحرية حيث تعد أساس الشبكات الغذائية.

وتنشأ بين بعض الكائنات الحية الدقيقة علاقات تكافلية وتبادلية تتبادل فيها المنفعة، ومنها علاقات تفاعلية بين الطحالب الدقيقة والبكتيريا، وأخرى بين الطحالب والفطريات، ولكن هل يمكن وصف هذه العلاقات بالصداقة؟

في هذه الدراسة التي قام بها باحثون من جامعة فريدريش الألمانية ومعهد لايبنتز لأبحاث المنتجات الطبيعية وبيولوجيا العدوى، ونشرت في أبريل/نيسان الماضي بموقع مجلة الأكاديمية الوطنية للعلوم، جرى تسليط الضوء على علاقة ثلاثية بين الأحياء الدقيقة، حيث تدعم طحالب كلاميدوموناس الدقيقة نمو بكتيريا المايستوكولا، وفي الوقت نفسه تعزز المايستوكولا نمو طحالب الكلاميدوموناس في علاقة تبادلية.

وبناء على هذه العلاقة، تحمي بكتيريا المايستوكولا الصديقة الطحالب من بكتيريا معادية وهي بكتيريا سيدوموناس أو الزائفة، حيث إن البكتيريا الزائفة تفرز مواد كيميائية تعمل على قتل وتحليل الطحالب الدقيقة وإزالة أسواط الخلايا الطحلبية.

أي أن بكتيريا المايستوكولا لها دور مزدوج بالنسبة للطحالب، فهي لا تدعم نمو طحالب كلاميدوموناس فحسب، بل تعمل أيضا على حمايتها من البكتيريا الزائفة.

 تفرز بكتيريا الزائفة مواد كيميائية تعمل على قتل وتحليل الطحالب الدقيقة وإزالة أسواط الخلايا الطحلبية.
البكتيريا الزائفة تفرز مواد كيميائية تعمل على قتل وتحليل الطحالب الدقيقة وإزالة أسواط الخلايا الطحلبية (ساينس دايركت)

كيف تستفيد الطحالب والبكتيريا غذائيا من بعضهما؟

تنشأ علاقة متبادلة بين بكتيريا المايستوكولا وطحالب الكلاميدوموناس. فبينما تفرز الطحالب فيتامينات بي 1 وبي 3 وبي 5 بالإضافة إلى الكبريت العضوي على شكل ميثيونين، فإن بكتيريا المايستوكولا تستفيد من هذه المواد التي تفرزها الطحالب حيث إنها ضرورية لنموها، وفي المقابل فإن المايستوكولا يعزز نمو الطحالب.

ولكن من غير المعروف حتى الآن كيف تحفز بكتيريا المايستوكولا نمو الطحالب، وأحد الاحتمالات أن ثاني أكسيد الكربون الناتج عن البكتيريا يحفز نمو الطحالب.

كيف تُعطل بكتيريا المايستوكولا السموم التي تفرزها الزائفة؟

وباستخدام وسائل علمية عديدة وجد الباحثون أن المايستوكولا تُنقذ الطحالب من البكتيريا المعادية عن طريق انقسام رابطة إستر الببتيد الدهني الحلقي السام الذي تفرزه البكتيريا المعادية وتحويله إلى شكل خطي، حيث إن هذا المركّب الناتج لا يؤدي إلى زيادة أيونات الكالسيوم الخلوية التي تؤدي عند زيادتها إلى تحلل الطحالب، وبالتالي تظل الطحالب متحركة، ويمكنها السباحة بعيدا عن البكتيريا المعادية والنجاة من الهجوم.

أين توجد هذه الأنواع الثلاثة من الميكروبات؟

توجد الأجناس الثلاثة الكلاميدوموناس والزائفة والمايستوكولا في الطبيعة، فقد عُزل هذا النوع من  الكلاميدوموناس لأول مرة في حقل البطاطس، وتشتمل الكائنات الحية الدقيقة الموجودة في جذور البطاطس في جبال الأنديز العليا أيضا على الزائفة وكذلك أجناس المايستوكولا جنبا إلى جنب مع الكلاميدوموناس.

ومن اللافت للنظر أن الأنواع الأخرى من الزائفة تعمل أيضا بشكل عدائي ضد الكلاميدوموناس، كما تعمل الأنواع الأخرى من المايستوكولا أيضا كبكتيريا مساعدة للكلاميدوموناس.

كيف تحمي الفطريات الطحالب؟

وفي حالات أخرى يمكن حماية الطحالب من البكتيريا المعادية عن طريق إدخال فطر، حيث يعمل على تغيير نوع التفاعل بين الكائنين.

وعلى سبيل المثال تُحدث بكتيريا التربة (ستريبتومايسيس إيرانيسيس) تأثيرا قاتلا على الطحالب الخضراء الدقيقة من نوع كلاميدوموناس رينهاردتي، ولكن يمكن تحييد هذا التأثير القاتل عن طريق إدخال فطر الرشاشية المعششة الذي يحمي الطحالب من الهجوم البكتيري.

وفي مثال مختلف يحدث العكس، حيث تحمي البكتيريا الفطريات. فكما تقوم بكتيريا المايستوكولا بحماية الطحالب من البكتيريا الزائفة المعادية، فإنها كذلك تعمل على حماية فطر غاريقون ثنائي البوغ من نوع آخر من أنواع البكتيريا الزائفة.

Emericella fungus, SEM Credit EYE OF SCIENCE / SCIENCE PHOTO LIBRARY
فِطر الرشاشية المعششة يحمي طحالب الكلاميدوموناس من الهجوم البكتيري (ساينس سورس)

ماذا تُفيد مثل هذه الأبحاث في المستقبل؟

يُعد البحث في التفاعلات الميكروبية الثلاثية خطوة أولى مهمة لمعرفة أسرار التفاعلات الميكروبية، على الرغم من أنه لم تُدرس التفاعلات الثلاثية بين الكائنات الحية الدقيقة حتى الآن إلا في حالات قليلة.

فعلى سبيل المثال تشير التفاعلات بين ثلاثة أنواع بكتيرية مختلفة إلى أن تفاعلات الميكروبيوم تشكل تنظيم المستقلبات الثانوية التي تفرزها الميكروبات، ومجال المستقلبات الثانوية مجال ناشئ في أبحاث المنتجات الطبيعية.

وفي مثال آخر للتفاعلات الميكروبية فإن الطحالب الكبيرة (أولفا) التي تشارك في ما يسمى بازدهار الطحالب الخضراء، لا يمكنها أن تنمو وتتطور بكفاءة إلا في وجود نوعين مختلفين من البكتيريا، كما يمكن استخدام التفاعلات بين المرجان والطحالب والميكروبات للتعامل مع ظاهرة تحمّض المحيطات.

وفي المستقبل، سيكون من الضروري فهم مثل هذه التفاعلات الميكروبية متعددة الشركاء إلى جانب التغيرات في المستقلبات الثانوية لفهم الكائنات الحية الدقيقة بشكل أفضل وأهميتها للحياة على الأرض. وينطبق هذا أيضا بشكل خاص على التفاعلات بين الطحالب والميكروبات ودورها في حماية الطحالب، حيث إن الطحالب هي المتتج الأساسي الرئيسي، وتوفر الأكسجين وتثبّت ثاني أكسيد الكربون.

المصدر : الجزيرة