الأربعاء، 31 يناير 2018

التحول Transformation




التحول Transformation هو امتصاص قطعة حرة من DNA من البيئة environment المحيطة وتعبير expression المعلومات الوراثية genetic information في الخلية المستقبلة recipient cell؛ أي أنه، بدمج قطعة DNA، الخلية المستقبلة (المحولة transformant) اكتسبت بعض القدرة التي كان تفتقر لها سابقا. حاليا، التحول يمثل عملية نقل جينات gene transfer تنشئ تنوع وراثي genetic diversity.
وصف هذا الشكل من نقل الجينات الأفقي horizontal gene transfer (HGT) لأول مرة في عام 1928، عندما نشر عالم البكتيريا bacteriologist الإنجليزي فريدريك غريفيث Frederick Griffith نتائج مجموعة مثيرة للاهتمام من التجارب على S. ستربتوكوس نيموني Streptococcus pneumoniae. هذا النوع البكتيري، يشار إليه باسم المكورة الرئوية pneumococcus (المكورات الرئوية pneumococciهو مسبب رئيسي للالتهاب الرئوي pneumonia. توجد المكورات الرئوية في سلالتين strains مختلفتين: سلالة نمط بري مغلفة wildtype encapsulated strain، تسمى S، لأن الكائنات الحية تنمو في مستعمرات ناعمة smooth colonies وتسبب الالتهاب الرئوي؛ وسلالة طافرة غير مغلفة unencapsulated mutant strain، تسمى R، لأن المستعمرات تبدو خشنة rough وهي غير ضارة. أظهر غريفيث ان الفئران المحقونة بسلالة S حية تموت، بينما تنجو الفئران المحقونة بسلالة R حية أو سلالة S مقتولة بالحرارة heat-killed.
ما حدث تاليا فاجأ جريفيث. مزج خلايا سلالة S المقتولة بالحرارة مع خلايا سلالة R حية (كلاهما غير قاتلة non-lethal) وترك المزيج يحضن؛ ثم حقن المزيج في الفئران. ماتت الفئران! استغرب جريفيث كيف يمكن لخليط من خلايا سلالة R الحية وغير الضارة وبقايا من خلايا سلالة S الممرضة الميتة أن تقتل الفئران. جاء جوابه عندما شرح الحيوانات: أظهر الفحص المجهري Microscopic examination لدمائها وجود المكورات الرئوية من سلالة S الحية. بمعرفة أن التولد العفوي spontaneous generation لا يحدث، علل جريفيث أنه بطريقة ما تحولت خلايا سلالة R الحية إلى خلايا سلالة S الحية. في عام 1944 أوزوالد تي. أفيري Oswald T. Avery ومساعديه كولن إم. ماكليود Colin M. MacLeod وماكلين إن. ماكارتي Maclyn N. McCarty من معهد روكفلر Rockefeller Institute، نقوا وعرفوا المادة المحولة transforming substance؛ كانت DNA.
يعتبر علماء العصر الحديث التحول كطريقة مهمة من معاودة الإرتباط الوراثي genetic recombination على الرغم من أنه يحدث في أقل من 1٪ من عشائر الخلايا. يحدث التحول بشكل منتظم عند وجود الخلايا البكتيرية في ظروف مزدحمة crowded conditions، كما هو الحال في التربة الغنية rich soil أو المسالك المعوية البشرية human intestinal tract. تحت الظروف الطبيعية، حوالى 40 نوع بكتيري معروف هي قابلة للتحويل بشدة عندما يكون DNA الخاص بها مشابه جدا لـ DNA الذي يتم استقباله.
قدرة خلية على أن تتحول يعتمد على كفاءتها competence، والذي يشير إلى قدرة الخلية المستقبلة على أخذ DNA الخارج خلوي extracellular DNA من البيئة. الكفاءة هي خاصية مثيرة للاهتمام ولكن متفاوتة بين الأنواع البكتيرية. على سبيل المثال، الخلايا النامية من ستربتوكوس نيموني S. pneumoniae تفرز عامل كفاءة competence factor لتستحث حالة الكفاءة، بينما تصبح خلايا هيموفيلوس إنفلونزا Haemophilus influenzae كفؤة competent عندما تتحول من بيئة النمو من بيئة غنية إلى بيئة محدودة الموارد. في كلتا الحالتين، تشفر العديد من الجينات genes البروتينات proteins لربط وامتصاص قطع DNA.
تحدث عملية التحول على النحو التالي. في البيئات الطبيعية، عندما تموت الخلايا البكتيرية وتتحلل، يتكسر الكروموسوم chromosome عادة إلى قطع من DNA تتكون من حوالي 10 إلى 20 جين. امتصاص قطع DNA (أو البلازميد plasmid) من قبل الخلايا المستقبلة يبدو أنه يحدث فقط في قطبي الخلية cell poles، لأنه المكان الذي توجد فيه عوامل الكفاءة ويلاحظ عنده الإمتصاص الفعلي لـ DNA.
تدمج الخلية الكفؤة competent cell عادة قطعة واحدة فقط أو على الأكثر بضعة قطع من DNA. ادخال (Internalization) DNA هي عملية تعتمد على أدينوسين ثلاثي الفوسفات ATP-dependent وتتطلب بروتينات مرتبطة بالحمض النووي DNA-binding proteins، بروتينات تحلل الجدار الخلوي cell wall degradation proteins، وبروتينات نقل عبر الغشاء الخلوي cell membrane transport proteins. الأنواع البكتيرية الموجبة لصبغة غرام Gram-positive، مثل ستربتوكوس نيموني S. pneumoniae وباسيلس ساتيلس Bacillus subtilis، تحلل شريط واحد من قطعة DNA بينما تأخذه إلى الخلية. هذا DNA مفرد الشريط single-stranded، إذا ارتبط بشكل ثابت مع منطقة مماثلة من كروموسوم الخلية المستقبلة، فإنه سيحل محل تسلسل مماثل في الكروموسوم. في هيموفيلوس إنفلونزا H. influenzae السالب لصبغة غرام gram-negative، تنقل قطعة DNA المزدوج الشريط double-stranded إلى المساحة المحيطة بالغشاء البلازمي periplasmic space، ولكن بعد ذلك يتم هضم شريط واحد بواسطة انزيم نيوكلييز nuclease قبل النقل إلى السيتوبلازم البكتيري bacterial cytoplasm..
نتيجة محتملة واحدة للتحويل هو زيادة قدرة الكائن الحي على أن يسبب المرض disease. في تجارب غريفيث على المكورات الرئوية، على سبيل المثال، اكتسبت خلايا سلالة R الحية جينات تشكيل الكبسولة capsule formation من سلالات S الميتة، مما سمح للكائن بتجنب دفاعات الجسم وبالتالي التسبب بالمرض. أثبت علماء الأحياء الدقيقة Microbiologists أيضاً أنه عندما تأخذ سلالات بكتيرية مسببة للأمراض بشكل معتدل DNA من سلالات أخرى مسببة للأمراض بشكل معتدل mildly، هناك تأثير تراكمي cumulative effect، وتصبح الخلية المستقبلة أكثر خطورة. مثل هذه الملاحظات قد تساعد في تفسير سبب ظهور سلالات بكتيرية شديدة الإمراض من وقت لآخر. قد تظهر الخلايا البكتيرية المتحولة أيضا مقاومة محسنة للأدوية من اكتساب بلازميدات R. بالتالي، يمكن أن يساهم التحويل في إنتشار جينات المقاومة للمضادات الحيوية antibiotic-resistance genes.

ليست هناك تعليقات:

إرسال تعليق

متلازمة الشرق الأوسط التنفسية Middle East Respiratory Syndrome (MERS)

متلازمة الشرق الأوسط التنفسية Middle East Respiratory Syndrome ( MERS ) هو مرض يسببه فيروس (على وجه التحديد، فيروس كورونا coronavirus...