كيف تتحرك البكتيريا

تؤثر البكتيريا الصغيرة بشكل كبير على حياتنا، حيث يمكنها التنقل بحرية وتحرك في بيئات مختلفة، بما في ذلك أجسامنا لتحصل على الطعام أو تشكل عدوى، ويمكن أن تكون النتائج إيجابية أو سلبية بشكل كبير .

طرق تحرك البكتيريا

السوط

إحدى الطرق الأكثر شيوعا لنقل البكتيريا هي عبر المساعدة الرفيعة المشابهة للسوط التي تنمو من جدران الخلايا لأنواع مختلفة من البكتيريا. بعض البكتيريا تحتوي على سوط واحد يشبه الذيل أو مجموعة صغيرة من الأساطير، وتدور بطريقة منسقة مثل مروحة لدفع الكائن الحي نحو الأمام .

الخطاف

تستخدم العديد من البكتيريا أيضا الزوائد المسماة الأقراص الصغيرة للتحرك على طول السطح، وتلك الهياكل الصغيرة التي يمكن أن تغطي سطح البكتيريا ترتبط بالمستقبلات وتجرها للأمام عند التراجع، وتنقل البكتيريا المسببة للأمراض مثل السالمونيلا بواسطة هذه الطريقة عندما تتحرك على طول سطح الخلية البشرية بحثا عن مكان للاختراق فيه .

الحصول على الدفء

مع عدم وجود الدماغ لتوفير الدافع يجب على البكتيريا بدلا من ذلك الاعتماد على الإشارات الكيميائية من بيئتها لتوفير قوة دافعة للتحرك هذه العملية، والمعروفة باسم الكيميائي وليست إجبارية تماما، وتستجيب البكتيريا ببساطة إلى الجرار وتسحب بيئتها لنقلها إلى أماكن مفيدة، وتتحرك بكتريا تتبع منبها كيميائيا (مثل المغذيات) بطريقة تعرف باسم “المشي العشوائي” مرة واحدة كل ثلاث ثواني تقريبا، وستتعثر البكتيريا المتحركة فجأة وهي فترة توقف قصيرة تسمح للكائن الحي بإعادة توجيه نفسه، وإذا كانت الإشارات الكيميائية على حق في المتابعة فستبدأ البكتيريا في التحرك على نفس المسار، وإذا لم يكن الأمر كذلك فسيغير المسار مما يؤدي إلى إنشاء مسار متعرج باتجاه وجهته .

الانضمام إلى الحشد

بعض البكتيريا لا تبحث فقط عن العناصر الغذائية إنها تسعى أيضا إلى البحث عن بعضها البعض، مثل الراقصات في الأداء حيث تتجمع هذه السلالات معا لإنشاء أنماط دوارة للحركة المنسقة، ويمكن أن تتجمع البكتيريا المجمعة أيضا لتشكيل غشاء حيوي ومصفوفة رقيقة من البكتيريا عالقة معا على السطح، ويمكن أن يكون للخلايا البكتيرية في الغشاء الحيوي خصائص غير موجودة عندما تتطور من تلقاء نفسها، ويعتقد أن تكوين الغشاء الحيوي قد يلعب دورا في العديد من الالتهابات البكتيرية التي تصيب البشر، ولقد غير اكتشاف واستكشاف هذه الأشكال من التعاون البكتيري كيف ينظر العلماء إلى هذه الكائنات، والتي يبدو أننا نعرفها أكثر شيئا بسيطا .

الانزيمات والبكتيريا

تحسن الآلاف من الإنزيمات العديد من ردود الفعل في جسم الإنسان، وتساعد في دعم الحياة. وتعمل الإنزيمات على مواد كيميائية أخرى تسمى الركائز وتسريع التفاعلات الكيميائية التي تحول الركائز إلى منتجات. ولتحقيق ذلك، يجب أن تجتمع الإنزيمات والركائز. وفي البداية، كان العلماء يعتقدون أن الإنزيمات والركائز المتعلقة بها تتلاشى عرضا في بعضها البعض. وتشير الكتب المدرسية القياسية إلى أن الإنزيمات والركائز يتفاعلان بطريقة ما، وهذا يحدث لتفاعلات التفاعل. وحاول العلماء بحث هذه العملية، وبعد جمع الآلاف من الأحداث، توصلوا إلى أن حركة الإنزيمات متحيزة بشكل عشوائي، مثل البكتيريا، ويفسر ذلك Ah-Young Jee، أول مؤلف لهذه الدراسة .

الفرق بين حركة الانزيمات والبكتيريا

تعرف حركة بكتيريا السباحة بأسماء مثل `الجري والسقطة`، `الجري والدوران والتكرار`، حيث تتقدم في اتجاه واحد ثم تغير اتجاهها بشكل عشوائي وتكرر ذلك. وعلى الرغم من أن البكتيريا تتجه نحو مصدر الغذاء، إلا أن الإنزيمات تتحرك في اتجاه تركيز الركيزة الأقل. وعلى الرغم من أن الجزيئات ليست لديها قدرة على اتخاذ القرارات، إلا أنه من المدهش أنها تتحرك نحو المناطق ذات الركيزة الأقل. في الواقع، يتوجه التركيز بتحيز نحو الركيزة، وكلما زاد تركيز الركيزة التي استخدمناها في التجربة، زاد هذا التوجه بقوة. ونفترض أن ذلك يمكن أن يكون وسيلة، ويقول البروفيسور تسفي تلاستي، الذي قدم النظرية النظرية لهذا البحث، `يجب أن يكون تركيز المنتج متجانسا حول الوسط، حتى عندما لا يكون تركيز الركيزة .

ونظرا لأن طول كل إنزيم يبلغ طوله حوالي 50 نانومترا فقط ، هناك حاجة إلى أجهزة دقيقة للغاية لقياس سرعتها واتجاهها، ونظر فريق البحث بقيادة ستيف جرانيك في الحركة الأنزيمية باستخدام تقنية الفحص المجهري فائقة الدقة، والمعروفة باسم التحليل الطيفي لارتباط مضان استنفاد الانبعاثات أو STED-FCS لفترة قصيرة .

تزيين الانزيمات

في طريقة FCS، تم تزيين الإنزيمات بجزيئات الفلورسنت ويتم اكتشاف مرورها عبر نقطة صغيرة بواسطة شعاع الليزر. تم جمع المعلومات الإحصائية مثل عدد الإنزيمات التي تمر عبر النقطة وسرعتها (معدل الانتشار). استخدم الفريق تقنية STED في إكمال العمل، وهي واحدة من نقاط القوة في مركز البحوث هذا. يركز STED شعاع الليزر في منطقة صغيرة جدا مما يسمح بقياس موضع الإنزيمات بدقة أكبر. يغطي شعاع الليزر FCS مساحة قطرها حوالي 250 نانومتر، أي ما يقرب من 25 ضعف قطر الإنزيم (10 نانومتر). يكون القياس أكثر دقة لأنه يقلل من قطر الشعاع إلى 50 نانومتر، وهو ما يشبه المسافة بين خطوتي الإنزيم .