Mutant E. coli strain imaged by phase contrast microscopy (left) and scanning electron microscopy (right) at pH 7.0 (top) and pH 4.5 (bottom). Scanning electron microscopy images taken in collaboration with the Washington University Center for Cellular Imaging. Credit: Elizabeth Mueller.
صورة بكتيريا E. coli عند درجة حموضة 7 (متعادلة ) في الأعلى، أما الصور في الأسفل عند درجات حموضة منخفضة 4.5 (وسط حامضي مشابه لمجرى البول)، وقد تم تصوير الجزء الأيمن بالمجهر الضوئي ذي الأطوار المتباينة، أما الجزء الأيسر باستخدام المجهر الإلكتروني. تم التقاط الصورة بالتعاون مع جامعة واشنطن ومصدرها إليزابيث مولر.

لطالما احتار العلماء لماذا تحتوي البكتيريا على إنزيمات زائدة أو مكررة “redundant” enzymes؟ ولماذا تصنع العديد من الجزيئات التي تقوم بنفس الوظيفة بالتبادل، في الوقت الذي يمكنها أن تصنع واحدًا فقط ويكون أكثر كفاءة؟!
تشير الأبحاث الحديثة في جامعة واشنطن في سانت لويس إلى أن هذه الإنزيمات الزائدة “redundant” enzymes هي في الحقيقة متخصصة لتضمن أقصى نمو لهذه البكتيريا في البيئات المختلفة التي يمكن أن تتعرض لها، فضلًا عن أن هذه الإنزيمات المتخصصة تزيد من مقاومة بكتيريا E. coli للمضادات الحيوية عند درجات الحموضة المنخفضة low PH، الموجودة في المجرى البولي أو القناة الهضمية؛ مما يثير القلق بأن اختبارات حساسية المضادات الحيوية الحالية قد تكون غير مناسبة.
وقد تم نشرنتائج البحث الذي أجراه مختبر بيترا ليفين Petra Levin، أستاذ علم الأحياء في العلوم والآداب في 19 إبريل في مجلة eLife، وقالت إليزابيث مولر (طالبة الدكتوراه، والمؤلف الأول للدراسة الحديثة): “بعض الإنزيمات الموجودة في البكتيريا، والتي تظهر على أنها زائدة عن حاجة نمو البكتيريا وملاءمة الظروف القياسية في المعمل -هي متخصصة وضرورية لنمو البكتيريا في ظروف بيئية محددة”
وأضافت: “من المحتمل أننا نفتقد الكثير من الاهتمام بالبيولوجيا السريرية، فغالبًا ندرس الخلايا البكتيريّة أثناء نموها في الوسط media الغني بالمغذيات والهوائي وعند درجة حموضة متعادلة neutral PH ” (وهو أمر لا يشبه بيئة نمو تلك الكائنات الممرضة)
وقد وجدت مولر أثناء بحثها مجموعة فرعية من الإنزيمات المشاركة في صنع جدار خلية E. coli متخصصة عند درجات الحموضة المختلفة different PH؛ تعمل على التأكد من النمو النشط وتكامل الجدار الخلوي للبكتيريا.
وقد تمت الدراسة بالتعاون مع جامعة نيوكاسل في بريطانيا، وأوترخت في هولندا.
لماذا هذا العدد الكبير؟
إن الأمر يشبه فتح خزانة شخص ما والعثور على كومة من الأحذية، ومن ثم التساؤل: لماذا هذا العدد الكبير إذا كان بإمكان الشخص أن يعيش بزوج واحد فقط؟! ولا يهم أي واحد سيختار، لماذا يحتفظ بالبقية؟! ومع ذلك وعند الفحص الدقيق، ترى أن كومة الأحذية تتكون من أحذية الجري الرياضية وأحذية التنزه وأحذية المطر والأحذية الصوفية وأحذية الكعب العالي والصنادل، إنها جميعها أحذية ولكنها أساليب مختلفة لتلائم المناسبات المختلفة، يمكنك أن ترتدي حذاء المطر لجري ثلاثة أميال، ولكن بالتأكيد ستحصل على قروح أقل إذا ارتديت الحذاء الرياضي، وبالمثل بالنسبة للإنزيمات المتخصصة في الجدار الخلوي للـ E. coli عند درجات الحموضة المختلفة.
وقد قام مؤلفو هذه الدراسة بإنتاج خيوط بكتيرية من E. coli والتي كانت تفتقد للإنزيمات في جدارها الخلوي، ومن ثم إنماء هذه الخيوط البكتيرية عند درجات حموضة مشابهة كتلك التي في المجرى البولي وفي القناة الهضمية، فوجدوا أن هذه الإنزيمات تساعد بالفعل على نمو البكتيريا بشكل أفضل.
وقد ركزت الدراسة على نوعين من الإنزيمات المتخصصة عند درجتي حموضة مختلفتين (PBP1a) وهما: إنزيم متخصص للنمو المثالي للبكتيريا في الظروف القاعدية، وإنزيم PBP1b)) وهو إنزيم يعمل على أقصى نمو للبكتيريا في الظروف الحامضية.
فإذا فقدت الخلية أحد هذه الإنزيمات ونمت في الظروف التي كانت تتطلب هذا الإنزيم، فسوف ينخفض معدل نموها وحيويتها وبقاؤها.
ومن المثير للاهتمام، تظهر هذه الإنزيمات المكررة أو الزائدة المشاركة في صنع الجدار الخلوي للـ E.coli مقاومة للمضاد الحيوي، فنشاطية إنزيم PBP1b في الظروف الحامضية تزيد من مقاومة الخلية للمضادات الحيوية المتخصصة بيتا لاكتام beta-lactam antibiotics بمقدار 64 ضعفا مقارنة بإنمائها في الظروف القياسية في المعمل.
وقد علقت مولر “إن معظم المختبرات السريرية تختبر مدى حساسية الميكروبات للمضادات، من خلال إنمائها في وسط غني بالمغذيات وعند درجات حموضة متعادلة، ولكن هذه الظروف لا تعكس تجربة تلك الكائنات الممرضة في جسد الإنسان في الأماكن المختلفة”
وأضافت “دراستنا تدعم فكرة: الظروف البيئية في مكان الإصابة يمكن أن تؤثر على فاعلية المضاد الحيوي”
فالعمل المستقبلي لمعرفة الآليات التي يقوم بها PBP1b في حماية الخلية يمكن أن يساعد على استهدافات جديدة للمضادات الحيوية في الميكروبات، والذي يمكن تثبيطه أيضًا في ظروف الحموضة.
والباحثون في مختبر ليڤين يتوقعون أن الأبحاث المستقبلية ستتعرف على نفس تلك الإنزيمات المتخصصة في أنواع البكتيريا الأخرى، فيمكنهم بعد ذلك شرح المستويات العليا من التكرار في فئات الإنزيمات الأخرى، خصوصًا مثل تلك الإنزيمات التي تقع خارج الخلية وتتعرض للبيئة.
المصدر:
Specialist enzymes make E. coli antibiotic resistant at low pH | The Source | Washington University in St. Louis

إعداد:
آية مأمون