طوّر الباحثون نموذجًا جديدًا يظهر كيفية تواصل البكتيريا

عندما تتفاعل البكتيريا مع بعضها، فإنها تعطي إشارات خلويّة يمكن أن تحرّض استجابة في الخلايا المجاورة تدفعها للتصرف بطرق مختلفة أو إنتاج مواد متنوعة. على سبيل المثال، يمكنها التواصل لتنسيق حركتها بعيدًا عن الخطر أو إرسال إشارة لصدّ المعتدي. وفي بحثٍ جديد نشرته Biophysical Reports، وضع باحثون من جامعة فلوريدا وجامعة كليفلاند نموذجًا حسابيًّا يشرح كيف تتواصل البكتيريا في نظامٍ بيئي أوسع ومن خلال فهم كيفية سير هذه العملية يستطيع العلماء توقّع السلوكيات التي يمكن أن تثير استجابات بيئية معينة في مجتمع بكتيري.

حيث قال بارغاف كرمشد الأستاذ المساعد في قسم FSU’s للإحصاء ومعهد الفيزياء الحيوية الجزيئية: “عادةً تتضمن نماذج البكتيريا في الأوساط الصنعيّة العديد من المعادلات التي تصف العديد من الأشياء ولكنها فعليًا لم تكن ملائمة في تطبيقات مختلفة”.

“قمت وزملائي بابتكار نموذج رياضي ملائم يمكن تطبيقه على مجموعة متنوعة من البيئات التجريبية”.

ومثل هذه النماذج التي تمّ تطويرها من قبل فريق كرمشد تساعد في توقع كيفية تناسق نشاط المجتمعات البكتيريّة وتسمح للمصمّمين تعديل عناصر المجتمع مثل حجم جماعات مختلفة من البكتيريا أو حلقات التلقيم الرّاجع وتفصيلها لأغراض متعدّدة. على سبيل المثال، في مجموعةٍ مؤلّفة من نوعين من البكتيريا فإن أحدها يمكن أن يشكّل خطرًا على الكائن المضيف بينما يحقّق النوع الآخر فائدةً له. وبالتالي الحصول على التهاجن الصحيح يعد أمرًا حاسمًا حيث تساعد النماذج الباحثين في تصميم وتحليل المجتمعات البكتيريّة التي يقومون بخلقها.

كما قال كرمشد: “ما ينقصنا حاليًا في البيولوجيا التركيبيّة هي هذه النماذج العامة والمرنة والجاهزة”، وأضاف: “هذا ربما لا يعطي تفاصيل كل ما يحدث في المجتمع البكتيريّ ولكنه لا يزال يظهر البنية العامة له. ويستطيع العلماء والمهندسون استخدامها للمقارنة مع أعمالهم التجريبية والمضيّ قدمًا”.

اختبر الباحثون أيضًا نماذجهم وقارنوها مع بحث تم نشره سابقًا يدرس كيف تتواصل البكتيريا في فجوات مكانيّة كبيرة. وأظهر البحث السابق أن البكتيريا تحتاج حلقات تلقيم راجع إيجابي لترسل الإشارة إلى بعضها البعض ولكن نموذج كرمشد وفريقه تنبّأ أنّ معدل إنتاج الجزيئات التي تصدر الإشارة يجب أن يكون ضمن نطاق محدّد لكي يحدث التنسيق.

“يضع هذا النموذج الحجر الأساس لمجموعة واسعة من التجارب المستقبليّة التي تختبر سلاسل مختلفة من التفاعلات والهيكلة التحليلية” على حد تعبير شون رايان، الأستاذ المساعد في قسم الرياضيات والإحصاء والمدير المساعد في مركز تحليل البيانات التطبيقيّة والنمذجة في جامعة كليفلاند.

المؤلف الرئيسي لهذه الورقة البحثيّة هو رايان جودن طالب سابق في جامعة كليفلاند وطالب دكتوراه حاليّ في جامعة آيوا في قسم الهندسة الكيميائية.