مقدمة في علم الأحياء الدقيقة-1

الفضاء Space. الحدود النهائية final frontier! حقاً؟ الحدود النهائية؟ هناك ما يقدّر بـ 350 مليار مجرة galaxies كبيرة وأكثر مِنْ 10²² نجم stars في الكونِ المرئي visible universe. ومع ذلك، يَشْملُ الكون الميكروبي microbial universe أكثر مِنْ 10³¹ كائن حي دقيق منتشر وما يقدر من 2 إلى 3 مليار نوع species. لذلك، هل فهم هذه الكائنات الحية على الأرض كأهمية دراسة المجراتَ في الفضاءِ؟

في 1990, عالم الأحياء الدقيقة microbiologist ستيفن جيوفانوني Stephen Giovannoni من جامعةِ ولاية أوريغون عرّف في بحر سارجاسو Sargasso Sea جنوب شرق الولايات المتّحدةِ الأمريكية الكائن الحي الذي ربما هو الأكثر وفرة ونجاحاً على الكوكبِ. تم تعريف هذا الكائن الحي البكتيري، يسمى SAR11 (SAR من Sargasso)، والذي يعرف حالياً بالاسمَ العلمي بيلاجيباكتر يوبيكوي Pelagibacter ubique، عبر محيطاتِ العالمِ. الذي يَجْعلُه هامّ هو حجم أعداده. تقدر بأن تَكُونَ 2.4 × 10²⁸ خليةَ، SAR 11 لوحده يمثل 20 % من كُلّ الأنواع البكتيرية بالمحيطات — و50 % من الأنواع البكتيرية في المياهِ السطحيّةِ للمحيطاتِ المعتدلة temperate oceans في الصيفِ!

تَقترح قصة نجاح SAR11 بأن الكائن الحي يَجِبُ أَنْ يكونَ له تأثير هامّ على الكوكبِ. على الرغم من أن هذه الأدوارِ لا يزال يتعين تحديدها وفهمها، يعتقدُ جيوفانوني أن SAR11 مسؤول عن ما يصل إلى 10 % من كُلّ إعادة تدوير المواد الغذائية nutrient recyclin على الكوكبِ، مما يؤثّرُ على إعادة تدوير الكربون carbon ويؤثر حتى على التغير المناخي climate change. أيضاً أبحر كريج فينتر Craig Venter وفريقه في معهد جي. كريج فينتر في بحر سارجاسو بالقرب من برمودا. بعد نجاحِه مع جهود القطاعِ الخاص في تسلسل الجينوم البشري human genome، أبلغَ فريق فينتر في 2004 عن إكتشاف أكثر من 1.800 نوعِ ميكروبيِ جديدِ في مياه بحر سارجاسو ومنها عزل 1.2 مليون تسلسلات جينية جديدة (الجينوم: المجموعه الكامله من المعلومات الوراثية في الخلية, الكائن الحي, أو الفيروس).

بعد ذلك بين 2003 و 2007, أبحر فريق فينتر في محيطاتَ العالمَ لإخذ عينات من مياه البحر وتَقييم تنوع الأحياء الدقيقة في هذه المياهِ. للمجال الناشيء لعلم الأحياء الدقيقة الجزيئي البحري marine molecular microbiology، يَعتقد فينتير بأن تسلسل الأحياء الدقيقة البحريةِ سيوفر أمثلةَ على مسارات أيضية metabolic pathways مبتكرة، يحدد الأنواع التي تستخدم مصادر طاقة بديلة، وربما تُساعدُ على حلّ المشاكلَ البيئيةَ الحرجةَ، بما في ذلك التغير المناخي.

جيوفانوني وفينتر هما إثنان فقط من العديد من علماء الأحياء الدقيقة الذين يُحاولون فَهْم دورِ الأحياء الدقيقة في الأنظمة البيئية ecosystems للمحيطات ودورَها المهيمنَ على هذا الكوكبِ. ولكن الأهم من ذلك، الهدف الأساسي لجيوفانوني وفينتر هو رحلة الإكتشاف. بما أنه تم تعريف حوالي 1 % فقط من الأحياء الدقيقة البحرية marine microorganisms، الكون الميكروبي يمثل حدودَ نهائيةَ داخليةَ!

يغطي علم الأحياء الدقيقة microbiology مجموعة متنوّعة حيوياً biologically مِنْ أشكالِ الحياةِ الصغيرةِ عادة، تشمل أساساً الأحياء الدقيقة (البكتيريا bacteria، الفطريات fungi، الطحالب algae، والبروتوزوا protozoa) والفيروسات viruses.

توجد الأحياء الدقيقة Microorganisms (أَو الميكروبات microbes للأختصار) في أعداد كبيرة في كُلّ بيئة environment وموطن habitat تقريباً على الأرضِ، ليس فقط في بحر سارجاسو. هي قادرة على الحياة في القارة القطبية الجنوبية Antarctica، على قمم الجبال mountains الشاهقة، قرْب الفتحات الحراريةِ thermal vents في أعمق أجزاء المحيطاتِ، في أظلمِ وأعمق الكهوف caves، وحتى أميال للأسفل داخل قشرة crust الأرض. تشكل الميكروبات في مجملها، أكثر مِنْ نِصْف الكتلة الحيوية biomass للأرضِ (الكتلة الحيوية biomass: الوزن الكلي للكائنات الحية ضمن بيئة محددة).

ينعكس التنوع الغنيَ للأحياء الدقيقة في تأثيرِها العميقِ على كُلّ جوانب الحياةِ. أكثرها غير مؤذية أَو في الحقيقة مفيدة. على سبيل المثال، هي ضرورية لإعادة تدوير المواد الغذائية التي تشكّل أجسامَ كُلّ الكائنات الحية وتدعم كُلّ الدورات الأيضية metabolic cycles في الحياةِ. تؤثر على مناخِنا، وكمجموعة، تنتج حوالي 50 % مِنْ غازِ الأكسجينَ الذي نتنفسه والذي تستخدمه العديد مِنْ الكائنات الحية الأخرى. أَثّرت على تطورِ الحياةِ على الأرضِ وفي الحقيقة تجاوزت تلك النباتات والحيوانات الأكثر ألفة.

تعيش الأحياء الدقيقة في، أَو توضع عن قصد في، العديد مِنْ الأغذية التي نَأْكلها. الأحياء الدقيقة والفيروسات أيضاً هي في الهواءِ الذي نَتنفّسه، وأحياناً، في الماءِ الذي نَشْربه. أقرب حتى إلى البيتِ، يستعمر حوالي 100 مليار كائن حي دقيق جلدَنا وتنْموَ في أفواهنا، آذاننا، أنوفنا، حناجرنا، وأجهزتنا الهضمية. لحسن الحظ، أغلبية هذه الميكروبات، تسمى الميكروبيوتا الطبيعية natural microbiota، هي مفيدة في الحقيقة في مُسَاعَدَتنا على مقاومة الأمراض، وتَنظيم النمو والتغذية. لِكي تكُونَ انساناً، يجب أَن ”تصاب infected“.

ومع ذلك عندما يسمع معظمنا كلمة "بكتيريا" أَو "فيروسَ"، فإننا نُفكّرُ في العدوى infection أَو المرض disease. بالرغم من أن هذه الممرضات pathogens (العوامل المسببة للمرض disease-causing agents) نادرة، إلا أنها قَطعت عينات كبيرة من البشرية غي غترات منتظمة مع مرور الأوبئة على الأرض. أَصْبَحت بَعْض الأمراضِ — مثل الطاعون plague، الكوليرا cholera، والجدري smallpox —معروفة من الناحية التاريخية بأنها “slate-wipers,” اشارة إلى المدن القاحلةِ التي تَركتها في إعقابها. حتى اليوم، مع المضادات الحيوية antibiotics واللقاحات vaccines لعلاج ومنع العديد مِنْ الأمراضِ المعديةِ، ما زالت الممرضات تَجْلبُ القلقَ وأحياناً الذعر. فقط فكّر بشأن المخاوفِ التي يسببها الأيدز AIDS، متلازمة الإلتهاب الرئوي الحاد severe acquired respiratory syndrome (سارس SARS)، ومؤخراً إنفلونزا الطيور والخنازير avian and swine influenzas التي تسببت بها في جميع أنحاء العالم.

ومع ذلك، إذا كانت الميكروبات مجرد عوامل مرضية، لا أحد منّا سَيَكُونُ هنا اليوم. "العدوى" بالأحرى هي طريقة حياة — نحن، كُلّ الحياة، وكوكبنا نعتمد على الميكروبات!

بالرغم من أن دراسةِ الأحياء الدقيقة بَدأتْ بجدّية بعمل باستير Pasteur وكوخ Koch، إلا أنهما لم يكونا الأوائل في الإبْلاغ عن الأحياء الدقيقة.