ارتباط باکتری ها

محققان کشف کرده‌اند جمعیت‌های باکتریایی از استراتژی‌های پیچیده‌ای برای برقراری ارتباطات دوربرد استفاده می‌کنند. این همان روشی است که از طریق آن، از یک مشت دانه‌ی قهوه، به یک فنجان نوشیدنی داغ می‌رسیم. همچنین این روشی است که به واسطه‌ی آن، سکوهای نفتی در اقیانوس‌ها، نفت را از ساختمان‌های سنگی متراکم، از زیرِ کف دریاها استخراج می‌کنند. این موضوع حتی به توضیح پیشرفت آتش‌سوزی در جنگل‌ها نیز کمک می‌کند.


هم‌اکنون، میکروبیولوژیست‌های دانشگاه کالیفرنیا در سن دیگو قصد دارند به کمک نظریه‌ای با عنوان «پرانشت» توضیح دهند که جمعیت‌های باکتری چگونه می‌توانند به شکلی مؤثر در فواصل طولانی، سیگنال‌ها را تقویت کنند. آن‌ها دریافته‌اند که جمعیت‌های باکتریایی –یا بیوفیلم‌ها– که زمانی به عنوان خوشه‌ای ساده از ریزجانداران تصور می‌شدند، برای برقراری ارتباطات الکتروشیمیایی از کانال‌های یونی استفاده می‌کنند. این کانال‌ها به رشد جمعیت و بقای آن در برابر تهدیدهایی مانند حملات شیمیایی از سمت آنتی‌بادی‌ها، کمک می‌کند.

جمعیت‌های بیوفیلم در تمام مکان‌های اطراف ما، از خاک تا لوله‌های تخلیه گرفته و حتی سطح دندان‌ها، ساکن‌اند. سلول‌هایی که در حاشیه‌ی این جمعیت‌ها قرار دارند، نسبت به همتایان مرکزی‌تر خود با شدت بیش‌تری رشد می‌کنند، زیرا به مواد مغذی بیش‌تری دسترسی دارند. به منظور تحت کنترل نگه داشتن این رشد حاشیه‌ای و تضمین این که کل جمعیت متعادل بوده و از سازگاری کافی برخوردار است، اعضای گرسنه‌ی ساکن در مرکز بیوفیلم، انواعی از سیگنال‌های الکتروشیمیایی را به اعضای مستقر در لبه‌های خارجی می‌فرستند. این سیگنال‌ها مصرف مواد غذایی را در نواحی حاشیه‌ای بیوفیلم کاهش می‌دهند. این امر به مواد مغذی اجازه می‌دهد به سمت سلول‌های داخلی‌تر جریان یابند تا از گرسنگی آن‌ها جلوگیری شود.

لارکین (Larkin)، پژوهشگر فوق دکتری در دانشکده‌ی علوم طبیعی دانشگاه کالیفرنیا، سن دیگو، در مورد مکانیسم فوق توضیح می‌دهد: «این باعث می‌شود اعضای داخلی به اندازه‌ی کافی تغذیه شوند. به این ترتیب، در صورت وقوع حمله‌ی شیمیایی و از بین رفتن تعدادی از سلول‌های حاشیه‌ای در نتیجه‌ی آن، اعضای داخلیِ محافظت شده قادر خواهند بود به حیات خود ادامه دهند و کل جمعیت می‌‎تواند زنده بماند. ضروری است که سیگنال الکتروشیمیایی بتواند همواره تا لبه‌ی خارجی بیوفیلم مخابره شود، زیرا این‌جا مکانی است که باید رشد در آن متوقف شود تا بتوانیم بگوییم که جمعیت مزبور بیش‌ترین بهره را از این فرآیند سیگنال‌دهی برده است.»

پژوهشگران در پیش‌برد مطالعه‌ی جدید خود، به دنبال توضیح این بودند که جمعیت‌های باکتریایی چگونه می‌توانند این سیگنال‌های ارتباطی الکتروشیمیایی را منتشر کنند. برخلاف نورون‌ها، که برای تقویت سیگنال‌های الکتروشیمیایی ساختارهایی تخصصی مانند آکسون دارند، جمعیت‌های باکتریایی فاقد چنین ساختارهای پیچیده‎ای هستند. با در نظر گرفتن این نکته، این سوال برای‌مان ایجاد می‌شود که باکتری‌ها چگونه می‌توانند سیگنال‌ها را در فواصل زیاد درون جمعیت، به چنین شکل مؤثری، تقویت کنند؟

محققین دانشگاه کالیفرنیا پس از وارسی مقدار زیادی از داده‌های باکتریایی، همکاری دوجانبه‌ای با اندرو ماگلر (Andrew Mugler) و شیائولینگ ژای (Xiaoling Zhai) از دانشگاه پردو، ترتیب دادند. این دو نفر قبلاً ایده‌‌ای را ارائه داده بودند مبنی بر این که نظریه‌ی پرانشت می‌تواند چگونگی انتشار سیگنال‌ها را از یک سلول به سلول دیگر، توضیح دهد.

نظریه‌ی پرانشت از دهه‌ی ۱۹۵۰ وجود داشته و به فیزیک‌دانان نیز کمک زیادی کرده تا بتوانند چگونگی انتقال سیگنال‌ها در یک محیط یا شبکه‌ای از اجزاء متنوع را توضیح دهند. در یک قهوه‌ساز، آب جوش با نفوذ به هر یک از دانه‌های قهوه، وارد یک لیوان می‌شود. در صنعت نفت، حفاران با استخراج نفت از شن‌های صافی، بازده خود را به حداکثر می‌رسانند. در این مناطق بستر اقیانوس به اندازه‌ی کافی متخلخل است که به نفت امکان می‌دهد در یک ناحیه‌ی وسیع جریان یابد.

در یک جمعیت باکتریایی، سیگنال‌ها در فاصله‌‌ای به طول صدها سلول، در یک مسیر پیوسته از یک سلول به سلول دیگر انتقال می‌یابند. پژوهشگران قادر بودند با استفاده از میکروسکوپ‌های فلئورسنت، هر یک از سلول‌های شلیک‌کننده (سلولی که یک سیگنال را مخابره می‌کند) را ردیابی نمایند.

ترجمه: آزاده داودی

منبع: Phys.org

بارگذاری نوشته های مرتبط بیشتر
مطالب بیشتر از این نویسنده علی چوپانی
بارگذاری بیشتر در بیوتکنولوژی پزشکی

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

بررسی کنید

معرفی برترین مقالات هفته ی اخیر زیست فناوران ایران: جمعه ۲۶ مرداد ۱۳۹۷

معرفی برترین مقالات زیست فناوری هر هفته در سایت زیست فن، مقالات بیوتکنولوژی پزشکی، بیوتکنو…