ماذا تفعل البكتيريا عندما تمرض؟

الفيروسات التي تصيب البكتيريا

هلتعلمأنالبكتيريايمكنأنتصاببالمرض،تمامًامثلنا؟إذاأصبتذاتمرةبنزلةبردٍأوإنفلونزا،فأنتتعلمأنالإصابةالفيروسيةليستأمرًايسيرًا。حسنًا،اكتشفالعلماءأنمعظمالفيروساتفيالعالمتصيبالبكتيريابدلًامنالبشر。ويطلقالعلماءعلىهذهالفيروسات”العاثيات”(والتيتعنيحرفيًا”آكلاتالبكتيريا”)。يوجدحوالي^30.10 (واحد يليه 30 صفرًا) فيروس في المحيط。يفوقعددالفيروساتالموجودةفيالمحيطأعدادالنجومالموجودةفيكوننا!وتصيب معظم فيروسات المحيط البكتيريا [1］．

وربماتكونكلهذهالمعلوماتجديدةبالنسبةلك،ولكنالبكتيرياوالفيروساتتعيشمنحولنامنذزمنبعيد。وقدبدأكلمنالبكتيرياوالفيروساترحلةالتطور——ولاتزالفيه——مانذنشأةالحياة。حيثانخرطتهذهالكائناتالمجهريةفيمعركةاستمرتلمايزيدعن3ملياراتسنة[2］．وبعدكلهذهالفترةمنالزمان،طورتالبكتيرياالعديدمنأساليبالخداعلحمايةنفسهامنالفيروسات。

البكتيريا تدافع عن نفسها، تمامًا مثل البشر!

يمتلكجسمالإنسانآلياتكثيرةتبقيهصحيحًاأوتساعدهعلىالتعافيبسرعةإذامرض。وخطالدفاعالأولفيجسمالإنسانهوالجلدوالأغشيةداخلالجسد،إذتُبقيهذهالحواجزالبكتيرياالضارةبعيدًاتمامًاعنالجسممثلمايفعلالحائط。فلماذايجبعلىالإنسانأنيعتنيبجراحهويبقيهانظيفة؟حتى لا يصاب بالعدوى。

إلاأنهفيبعضالحالاتقدلايكونالجلدوحدهكافيًالحمايتكمنالإصابة،ومنثميمرضالإنسان。فإذاأصيبالمرءبالحمى،فإنهذايعنيأنالجسميحاولأنيحاربالشيءالذيسببلكالمرض。وهناكبعضالطرقالذكيةالتييوظفهاالجسملمحاربةالعدوى[3.］．وبعدأنيحاربالجسمالعدوىالفيروسيةللمرةالأولى،فيمكنهحينهاأنيكوّنذاكرةتحتفظبشكلالفيروس。وبهذهالطريقة،لنتصاببالمرضوالإعياءجراءهذاالفيروسمجددًا。إذ سيتعرف جسمك على هذا“الفيروس الشرير”ويقاومه。ونطلق على هذه الذاكرة”المناعةالتكيفي،ة”وهذاهوالسببوراءإصابةالإنسانبالجدريمرةواحدةفيالعمر،فضلًاعنأنذلكيفسرآليةعملاللقاحات。إذيعرّضاللقاحجسمالإنسانلجزءضئيلمنفيروسميتأوضعيف،وهومايجعلالجسمقادرًاعلىتذكره،ومنثميحاربالنسخةالحيةمنهمستقبلًا。إلاأنبعضالفيروساتتتغيرمعمرورالزمن،ومنثمفلايمكنلهذهالذاكرةأنتعملللأبد。هل أصبت بنزلة برد أو إنفلونزا أكثر من مرة؟السبب في هذا هو أن الفيروس يتغير أو يتحور بسرعة。فكلمرةتمرضفيهاتعنيأنفيروسًايختلفاختلافًاطفيفًاعنسابقهقددخلالجسم。

تبدو البكتيريا أبسط كثيرًا مقارنة بالبشر。فهيكائناتدقيقةفيالحقيقةوتتكونمنخليةواحدة。وليس للبكتيريا دماغ أو أعضاء。حتىإنالخليةالواحدةالتيتكونهاتبدوأكثربساطةمنخلاياناالبشرية。ومعذلك،يمكنللبكتيرياأنتدافععننفسهاضدالفيروساتعلىنحويشبهكثيرًامانقومبه。

:كأولًالالبكتيريامحاطة بغشاء خلوي وجدار خلوي。وتعملهذهالبنىبمثابةدروعتحميالبكتيريامنالعالمالخارجي،علىنحويشبهالدورالذييقومبهجلدالإنسانفيحمايته。تحتاجالفيروساتإلىالتعلقبالجزءالخارجيمنالخليةواختراقهللوصولإلىداخلالخلية。ولوغيرتالبكتيريامنشكلجدارهاالخلوي،فمنشأنذلكأنيمنعالفيروساتمنالالتصاقبها。ومن ثم، تحمي البكتيريا نفسها من العدوى。

ماذايحدثإذاعبرالفيروسجدارالخليةالبكتيريةإلىداخلها؟حسنًا،تمتلكبعضأنواعالبكتيرياأيضًاأجهزةمناعيةتكيفية،تمامًاكتلكالتينمتلكهانحنالبشر!وهومايعنيأنهاتستطيعأنتكونذاكرةعنالفيروسلمساعدتهافيحمايةنفسهامستقبلًامنه。وقد اكتشف العلماء هذا الأمر مؤخرًا [4，5］．وقبلهذا،لميعتقدأحدأنالبكتيرياكانتمعقدةبمايكفيلدرجةتجعلهاتمتلكجهازًامناعيًاتكيفيًا。وتواصلالطبيعةإثارةدهشةالإنسانبأشياءجديدةوغريبة。ونطلقعلىالجهازالذييوفرالمناعةالتكيفيةفيالبكتيريااسم“كريسبر”(CRISPR)。

وترمزكلمة”كريسبر”إلى”التكراراتالعنقوديةالمتناظرةالقصيرةمنتظمةالتباعد”،وهيطريقةمعقدةلوصفمظهرجهاز”كريسب”رالمناعي。وعندماتتبعالعلماءالشفرةالوراثيةلبعضأنواعالبكتيريا(الأحماضالنوويةالخاصةبها)،وجدوانمطًايدلعلىأننفسالتتابعالقصيرقدتكررمراتومراتمعوجودبعضالفجواتفيمابينها(منتظمةالتباعد)。وهذهالنقاطالقصيرةالمتكررةهيمايعرفبالتكراراتالمتناظرة(回文)،والتيتعنيأنلهانفسالشكلوالترتيب،سواءتقدمناللأمامأورجعناللخلف(مثلكلمة”خوخ”أوكلمة≪kayak≫“بالإنجليزية)。وفيالنهاية،اكتشفالباحثونأنجميعهذهالتكراراتمتراصةمعًافيصورةعناقيدوقريبةمنبعضهاالبعضفيالحمضالنوويللبكتيريا。ومن ثم، أتى العلماء بمصطلح“كريسبر”هذا。ونقربأنهذهالتسميةقدتثيراللبسإلىحدما،ولكنيلمأكنلأشعربالقلقإذاكنتمكانك。إذيقومالعلماءبعملرائعفيالتنقيبعنأسرارهذاالعالم،ولكننالانبليبلاءًحسنًافيالتوصلإلىأسماءبسيطةللأشياء。

كيف يعمل جهاز“كريسبر”المناعي؟

ماذانعنيبقولناإن”كريسبر”يساعدالبكتيرياعلى”تذك”رالفيروس؟حسنًا،لفهمهذا،عليكأولًاأنتفهمماهيةالفيروس。علىعكسكلمنالبشروالبكتيريا،لاتتكونالفيروساتمنخلايا،بلهيعبارةعنمجموعةمنالحمضالنووي(DNA)أوالحمضالنوويالريبي(RNA)(جزئمرتبطبالحمضالنووي)متراصةبإحكامفيعبوةمصنوعةمنالبروتين。يمكنكأنتفكرفيالحمضالنوويباعتبارهكتابًاطويلًايصفمايجبأنيكونعليهالكائنالحي。فعلىسبيلالمثال،يصفحمضكالنوويالكيفيةالتييجبأنيعملبهاجسمك،وتشكلهذه”الشفرة”معالعالممنحولككيفيةنموك。تخزنجميعالكائناتالحيةشفراتهاالوراثيةفيصورةحمضنووي،ولكنبعضالفيروساتتحويالحمضالنوويالريبي(RNA)بدلًامنالحمضالنوويDNA。يقومالحمضالنوويالريبيفيالفيروساتبالكثيرمنعملالحمضالنوويDNA،ولكنهيُبنىبطريقةمختلفةقليلًا(تخيلأنشفراتهذهالفيروساتقدكتبتعلىألواحمنالصخربدلًامنالورق)。

فيبدايةالعدوى،يُحقنالحمضالنوويأوالحمضالنوويالريبيفيالخلية(خليةبشريةإذاأصابالفيروسالبشر،أوخليةبكتيريةإذاأصابالبكتيريا)。ثميعيدالفيروسبرمجةالخليةبحيثتصنعنسخًاكثيرةمنهذهالمادةالوراثيةالفيروسية。وفي النهاية، تُعبأ هذه النسخ في عبوات جديدة。ثمتنفجرالخليةوينطلقالكثيرمنالفيروساتالمتكونةحديثًافيالعالملإصابةخلاياجديدة. .يمكنك رؤية آلية عمل هذا الأمر فيالشكل1．

يؤديجهاز”كريسبر”عملهفيالخلاياالبكتيريةعلىخطوتين。أولًا:إذاكانللبكتيرياجهاز”كريسبر”،فيمكنهاتخزينقطعصغيرةمنالحمضالنوويالفيروسي。وكلواحدةمنهذهالقطعيمكنأنينظرإليهاباعتبارهاذاكرةمختلفة。

تعرّفالبكتيرياالآنجزءًامن”الشفرةالوراثية”للفيروس،ويمكنهاأنتتعرفعليهباعتبارهكائنًا”شريرً”الاحقًا。ولوحقنالفيروسنفسهداخلخليةماوتوافقهذاالفيروسمعإحدىوحداتالذاكرةالمناعيةالموجودةفيالبكتيريا،فستعرفالبكتيرياحينهاأنهناكشيئًاماغيرصحيح。وبمجردأنتعرفالبكتيرياأنهاقدأصيبتبالعدوى،ستبدأالخطوةالثانيةمنعملجهاز”كريسب”رالمناعي。تستخدمالبكتيرياجهازهاالمناعي”كريسبر”لتقطيعالفيروسقبلأنيأخذالأخيرفرصتهفينسخنفسه。وحينها، لا تحدث العدوى!نرى كيفية عمل هذا الأمر فيالشكل2．وبالطبع،فإنالبكتيريالا”تفكر”أو”تدرك”الأشياءمثلمانفعل،لأنهالاتملكأدمغة。إنماتحدثجميعالخطواتفيجهاز”كريسبر”تلقائيًا،ولكنمنالنافعأننفكرفيهباعتباره”ذاكرة”،عندمانحاولفهمكيفيةعمله。

لماذا يحظى“كريسبر”باهتمام كبير؟

تواترظهورجهاز”كريسب”رالمناعيفيالأخباروالأوساطالعلميةمؤخرًا。فالناستأخذهمالدهشةمنهذاالجهازالبسيطالعجيبالذيتستخدمهالبكتيرياللدفاععننفسها!وربما تتساءل عن السر وراء كل هذه الإثارة؟حسنًا،لقداتضحأننانحنالبشرجيدونبمايكفيلسرقةالأدواتالتيطورتهاالبكتيرياعبرملياراتالسنينواستخدامهالتحقيقأغراضناالخاصة。لقدتمكنالعلماءمنتحويل”كريسبر”إلىإحدىأدوات”تحرير الحمض النووي“(6，7］．حيثتستخدمالبكتيرياجهاز”كريسبر”لقطعالحمضالنوويالفيروسيبطريقةمعينة。وقداكتشفالعلماءكيفيةاستخدام”كريسبر”لقطعالحمضالنوويبدقةعاليةبأيطريقةنريدها!

ولكنلماذايرغبالعلماءفيتعديلالحمضالنوويبأيطريقة؟حسنًا،منالصعبمعالجةبعضالأمراضالتيتصيبالبشرلأنهامشفرةفيحمضناالنووي،علمًابأنهذهالأمراضلايتسببفيهاالفيروساتأوالبكتيريا。وذلك مثل مرض فقر الدم المنجلي والتليف الكيسي。وتنتجهذهالأمراضمنتغيراتبسيطةتطرأعلىالشفرةالوراثية。تجعلهذهالتغييراتالجسممختلفًانسبيًاعنطبيعته。وبالاستعانةبـ”كريسبر”،يمكنناتعديلالحمضالنوويوتحريره،وربماإصلاحهذهالتغيراتالبسيطة。وهومايعنيأنهيمكناستخدام”كريسبر”للمساعدةفيشفاءبعضمنهذهالأمراضالوراثية。ولكن هذا ليس كل شيء。إذيستخدمالعلماء”كريسبر”أيضًالتصميممحاصيلذاتقدرةتحملعاليةلأغراضالغذاء،وأيضًافيمحاولةالتخلصمنالناموسالحاملللأمراض،وأكثرمنذلكبكثير。

ولازلنانتعلمكيفيمكنناالاستفادةمن”كريسبر”كأداةاستفادةكاملة。فمنالمهمأننتأكدأننانستخدم”كريسبر”لأسبابوجيهة。وقدذكرأحدالعلماءمؤخرًاأنهاستخدم”كريسبر”لتحريرالحمضالنوويلطفلتين،حيثكانيحاولأنيجعلهماحصينتينتجاهأمراضمعينة。ولقدانتابالمجتمعالعلميحولالعالمقلقكبيرفورمعرفتهمبهذاالأمر。

فلقدساورالخوفالعديدمنالعلماءبشأنالإجراءاتالعلميةالمستخدمة。بينماشككآخرونفيإذاماكانالباحثقدتصرفعلىنحوأخلاقيأملا。اعتقدالكثيرمنالعلماءأنالنفعالعائدعلىالطفلتينفيهذهالحالةلايفوقالضررالمحتمل،فالأمراضالتيستمنعهاهذهالتعديلاتالوراثيةمنالممكنتجنبهابسهولةبطرقأخرى。لميتقنالعلماءاستخدامتقنية”كريسبر”إتقانًاتامًاحتىالآن،وقديكوناستخدامهاضارًا。ويمكن——فيالغالب——أنتُدخلهذهالتقنيةتغييراتغيرمرغوبةعلىالحمضالنوويفيأماكنلانريدها。وقد يمثل استخدام هذه التقنية على البشر خطرًا。ومنالمهمأننتذكرأنقدرةالعلماءعلىفعلشيءمالاتعنيحتميةفعلهذاالشيء。يعقدالعلماءحولالعالماجتماعاتومؤتمراتضخمةلمناقشةهذهالقضايا،وللوصولإلىأفضلالطرقللسيرقدمًافيهذهالتقنية。وخلالهذهاللقاءات،يتساءلالعلماءفيمابينهم،وكذاالأفرادمنالجمهور،طارحينأسئلةمثل:“هلمنالمناسبدومًاتعديلالحمضالنوويللبشر؟ولو كان الأمر كذلك، متى يمكن أن يصبح مناسبًا؟ما رأيك؟ ماذا لو استخدمنا تقنية “كريسبر” لعلاج الأمراض؟ ماذا لو استخدمناها لأغراض أخرى، مثل إيجاد أشخاص أكثر ذكاءً أو قوة؟ ماذا لو كان بمقدور عدد قليل من العائلات فقط تحمل تكلفتها؟ من المهم أن نوجه هذه الأسئلة لبعضنا البعض وأن نشرك الأفراد المعنيين من كل أنحاء العالم فيها. ويمكننا بهذه الطريقة اختيار طريق يأخذ احتياجات ومخاوف كل الأطراف المعنية بعين الاعتبار.

مسردللمصطلحات

الفيروس(病毒)：↑هوكميةصغيرةمنالحمضالنوويDNAأوالحمضالنوويالريبي(RNA)المحاطةبغطاءبروتيني。ويعملالفيروس،أساسًا،بمثابةدليلتعليماتلبناءالمزيدمنالفيروسات。فعندمايدخلالفيروسإلىخليةحية(خليةبشريةإذاأصابالفيروسالبشر،أوخليةبكتيريةإذاأصابالبكتيريا)،فإنهيعيدبرمجةهذهالخلية،ومنثميحولالخليةإلىمصنعلخلايافيروسيةجديدة。

المناعة التكيفية(适应性免疫)：↑تمتلكجميعالكائناتالحيةأنواعًامختلفةًمنالمناعةوالتيتحميهاضدالأنواعالمختلفةمنالعدوى。تتيحالمناعةالتكيفيةللكائناتالحيةتَذكرالأنواعالمختلفةمنالعدوىالتيتعرضتلهافيالماضي،ومنثمتمكنهامنمحاربتهاعلىنحوأفضلفيالمستقبل。

البكتيريا(细菌)：↑كائن حي مجهري مكون من خلية واحدة。وتكونخلاياالبكتيرياأبسطكثيرًامنخلاياالإنسان。تستطيعبعضأنواعالبكتيرياأنتصيبالإنسانبالمرض،علمًابأنغالبيتهالايفعلذلك。وفيالحقيقة،نعتمد——نحنالبشر——علىالبكتيريافيأمعائناكينظلأصحاء!

جهاز“كريسبر”(Crispr)：↑كريسبر”هوجهازالمناعةالتكيفيالذيتستخدمهالبكتيريالمحاربةوصدالأنواعالمختلفةمنالعدوىالفيروسية。ويتيحهذاالجهازللبكتيرياأنتتذكرالفيروساتالتيتعرضتلهافيالماضيحتىتتعرفعليهاوتحاربهافيالمستقبل。

تحرير الحمض النووي (DNA编辑)：↑اكتشفالعلماءكيفيةاستخدامتقنية”كريسبر”لتحريرالحمضالنووي。وهومايعنيأنهقدغدابمقدورهمإعادةكتابة”دليلالتعليمات”الذييخبركلكائنحيبكيفيةعيشهونموه。ونطلق على هذه العملية“تحرير الحمض النووي”。

إقرار تضارب المصالح

يعلنالمؤلفونأنالبحثقدأُجريفيغيابأيعلاقاتتجاريةأوماليةيمكنتفسيرهاعلىأنهاتضاربمحتملفيالمصالح。

---

المراجع

[1]↑萨特尔，C. A. 2005。海洋中的病毒。自然437:356。doi: 10.1038 / nature04160

[２]↑Forterre, P. 2006。病毒的起源及其在重大进化转变中的可能作用。病毒Res。117:5-16。doi: 10.1016 / j.virusres.2006.01.010

[3]↑卓别林，2010年。免疫反应概述。J.过敏临床。Immunol。125: S3-23。doi: 10.1016 / j.jaci.2009.12.980

[4]↑莫吉卡，Díez-Villaseñor, C.， García-Martínez, J.和索里亚，E. 2005。规则间隔的原核重复序列来源于外来遗传元件。J. Mol. Evol60:174 - 82。doi: 10.1007 / s00239 - 004 - 0046 - 3

［5］↑巴兰古，R.，弗雷莫，C.，德沃，H.，理查兹，M.，博亚瓦尔，P.，莫尼奥，S.等，2007。CRISPR为原核生物提供了获得性抗病毒能力。科学315:1709-12。doi: 10.1126 / science.1138140

[6]↑Jinek, M.， Chylinski, K.， Fonfara, I.， Hauer, M.， Doudna, J. A.， and Charpentier, E. 2012。可编程双rna引导的DNA内切酶在适应性细菌免疫。科学337:816-21。doi: 10.1126 / science.1225829

[7]↑Gasiunas, G.， Barrangou, R.， Horvath, P.， and Siksnys, V. 2012。Cas9-crRNA核糖核蛋白复合物介导细菌适应性免疫的特异性DNA切割。Proc。国家的。学会科学。美国109: e2579 - 86。