تجربة جريفيث في التحول البكتيري

: تجربة جريفيث هي العمليات التي يتم فيها أخذ المادة الوراثية الخارجية بواسطة خلية تشمل الاقتران، أي نقل الحمض النووي بين خليتين بكتيريتين متصلتين بشكل مباشر، ونقل حقن DNA الفيروسي بواسطة بكتيريا دموية في الخلية البكتيرية المضيفة، قد أثر وباء الإنفلونزا الإسبانية في فترة ما بعد الحرب العالمية الأولى على فريدريك جريفيث لدراسة علم الأوبئة وعلم الأمراض للالتهاب الرئوي الجرثومي من أجل محاولة إنتاج لقاح ناجح، ومن ثم قام بإجراء تجارب، حيث قام بحقن الفئران بذرات من العقدية الفيروسية، وأنتجت التجربة التي ذكرها في عام 1928 أول وصف لظاهرة التحول، حيث يمكن أن تتحول سلالة بكتيرية إلى سلالة أخرى، وكان هذا النشاط مرتبطا بعنصر غير محدد يسمى عامل التحويل أو مبدأ التحويل .

توقع الباحث الأمريكي أوزوالد تي أفيري، المتخصص في مجال المكورات الرئوية، أن تجربة جريفيث لم تكن تحتوي على السيطرة المناسبة. وعلى الرغم من ذلك، أكدت التجارب المماثلة التي أجريت في مختبر أفيري اكتشاف جريفيث، وأثبتت التجارب التي أجريت في وقت لاحق من قبل أفيري وماكليود ومكارتي وهيرشي وتشيس أن عامل التحويل كان الحمض النووي (DNA) وشرحت طبيعته بدقة .

بكتيريا العقدية الرئوية

استخدم جريفيث سلالتين من العقدية الرئوية التي أثرت على الفئران من النوع الثالث S السلس، والنوع الثاني R الخشن، ويتميز النموذج IIIS بالمظهر السلس بسبب وجود طبقة متعددة السكاريد على جدار الخلية الببتيدوجليكان للخلية البكتيرية، ويساعد هذا الطلاء الإضافي الخلية على التهرب من البلعمة التي تقوم بها الخلايا المناعية للمضيف، وبالتالي السماح بحدوث الالتهاب في المنطقة المصابة، وتتكاثر وتصبح الخلايا البكتيرية خبيثة. بالمقابل، يفتقر النموذج من النوع II R إلى هذا الطلاء، وبالتالي فإن مظهره خشن، ويؤدي غياب طبقة تعدد السكاريد إلى القضاء الفعال على الخلايا المناعية للمضيف، مما يجعل السلالة عديمة الفعالية .

ابتكر غريفيث أربع مجموعات من التلقيح وهي :

1- بكتيريا النوع IIIS

عند تلقيح الفئران، تم عرضها للفوعة البكتيرية، مما تسبب في الإصابة بالتهاب رئوي، وهذا أدى في النهاية إلى وفاة الفئران. وعند فحص دم الفئران الميتة، تم الحصول على سلالات الخلايا الملقحة .

2- بكتيريا النوع IIR

بعد حقن الفئران، نجح الجهاز المناعي في القضاء على الخلايا البكتيرية، مما أدى إلى بقاء الفئران على قيد الحياة، ولم يظهر وجود الخلايا المصابة بعد الحقن في الدم .

3- البكتيريا المميتة بالحرارة

عند تسخين وقتل السلالة الخبيثة وجعلها عتيقة، وحقنها في الفئران، لم تظهر السلالة أي انتشار، وتم القضاء عليها من قبل جهاز المناعة للفئران، وبالتالي نجا الفئران، ولم يظهر دمهم وجود الخلايا الملقحة .

4- البكتيريا من النوع IIR  و النوع IIIS والبكتيريا المميتة بالحرارة

تم حقن الفئران بمزيج متساو من خلايا سلالة R وسلالة IIIS المميتة بالحرارة، مما أدى إلى الإصابة بالتهاب رئوي ووفاة الفئران. تم عزل البكتيريا من دم هذه الفئران وأظهرت وجود خلايا بكتيرية من النوع الثالث، مما يشير إلى أن السلالة R استوعبت العنصر الضار من سلالة S التي قتلت بالحرارة، بهدف تحويل نفسها إلى سلالة S الضارة. استنتج جريفيث من هذا الملاحظة أن العنصر المتحول من سلالة قاتلة بالحرارة كان مسؤولا عن تحويل سلالة غير ضارة إلى سلالة فيروسية. أثبتت التجارب التالية التي قام بها أوزوالد أفيري وكولن ماكلويد وماكلين مكارتي في عام 1944 أن العنصر الذي استهلكته السلالة غير الضارة طبيعي ووراثي .

ما هو مفهوم التحول

التحول” يعني تغيير وراثي مستقر الذي يحدث نتيجة لامتصاص الحمض النووي العاري، وتسمى القدرة على امتصاص الحمض النووي الخارجي، وهناك نوعان من التحول، الطبيعي والمصطنع .

1- التحول الطبيعي للبكتيريا

تناول الحمض النووي يمكنه فقط 1٪ من الأنواع البكتيرية، وتتم عملية تبادل المادة الوراثية بين البكتيريا من خلال عملية تسمى “نقل الجينات الأفقي”، حيث تقوم الخلايا البكتيرية بالمقارنة وتشكل جسرا يتم من خلاله نقل المادة الجينية من خلية إلى أخرى، وهناك عدد قليل من الأنواع البكتيرية التي تطلق الحمض النووي الخاص بها عن طريق “الإفراز الخارجي”، وتتم تناول هذا الحمض النووي في وقت لاحق من قبل الخلايا البكتيرية الموجودة في المنطقة المجاورة. وفي حين أن التحول يمكن أن يحدث بين أنواع بكتيرية مختلفة، إلا أنه يكون أكثر فعالية عندما يحدث بين الأنواع ذات الصلة الوثيقة، وتمتلك هذه الخلايا جينات محددة ترمز للكفاءة الطبيعية، مما يسمح لها بنقل الحمض النووي عبر الغشاء الخلوي وإلى الخلية. كما يتضمن هذا النقل البروتينات المرتبطة بـ “النوع IV pili” ونظام الإفراز من “النوع II”، بالإضافة إلى مجمع “DNA translocase” في الغشاء السيتوبلازمي .

تختلف هذه العملية قليلا بسبب اختلاف بنية غشاء الخلايا في البكتيريا. وتصنف البكتيريا على نطاق واسع إلى نوعين بناء على هذا الاختلاف، وهما سالبة الجرام وإيجابية الجرام. وعلى الرغم من التشابه العام في العملية، يتم كشف الحمض النووي الخارجي من قبل الخلية ويتم تحفيز الكفاءة الطبيعية. وتظهر البكتيريا سالبة الجرام وجود غشاء إضافي، وبالتالي، يتم تشكيل قناة على الغشاء الخارجي من قبل البروتينات المفرزة، لنقل الحمض النووي، ولا يكون امتصاص جزء الحمض النووي محددا بشكل عام في تسلسله .

2- تحول البكتيريا في المختبرات : المصطنع “

تتم إجراء دراسات التعبير الجيني في المختبرات لنقل الكفاءة. يتم تحضين الخلايا في محلول يحتوي على كلوريد الكالسيوم، وهو كاتيون ثنائي التكافؤ، في ظروف باردة. ثم يتعرض المحلول لنبضات حرارية متقطعة. يعتمد تركيز المحلول على محتوى البروتين والسكروز في الغشاء، وتختلف شدة نبضات الحرارة بناء على مدة النبضات. فالنبضات عالية الكثافة يجب أن تكون قصيرة جدا، بينما يمكن أن تكون النبضات ذات كثافة منخفضة لفترات أطول .

تعمل الكاتيونات ذات التكافؤ الثنائي على تضعيف بنية الجزيئات في غشاء الخلية، مما يزيد من نفاذيته، وتسبب نبضات الحرارة التالية على خلق خلل في التوازن الحراري. وفي عملية استعادة التوازن، تدخل جزيئات الدنا في الخلية عبر الغشاء الضعيف، ويمكن تعزيز الكفاءة الاصطناعية والترويج لها باستخدام تقنية تسمى “الكهرباء النابضة”، وهي تتضمن تطبيق تيار كهربائي لتعليق الخلية، وهذا يسبب تشكيل المسام في غشاء الخلية، ويتم استخراج الحمض النووي الخارجي عبر هذه المسام، والتي يتم عزلها باستخدام آلية إصلاح الغشاء الخلوي .