بوني باسليرعن كيف تتواصل البكتيريا

البكتيريا هي أقدم الكائنات الحية على وجه الارض وجودها يعود لبلايين السنين و هي عبارة عن كائنات مجهرية وحيدة الخلية فإذاً هي وحيدة الخلية ولها خاصية مميزة فهي تحتوي على جزيئ "دي ان ايه" واحد وهي أيضاً تحتوي على جينات ومعلومات جينية قليلة جداً للقيام بكل الخصائص التي تنفذها و تستمر البكتيريا في الحياه عن طريق استهلاكها للمواد المغذيه من البيئة المحيطة بها تنمو البكتيريا الى ضعف حجمها ثم تقوم بالانقسام من النصف مكونه خليتين من الخلية الاصل، ثم تستمر هذه العمليه بالتكرار هي تنمو وتنقسم، تنمو وتنقسم -- حياه مملة نوعاً ما بإستثناء اني سوف أجادل و أقول بأن لديكم تفاعل مذهل مع هذه الكائنات

انا أدرك أنكم تنظرون لأنفسكم كبشر، وهذا تقريباً كيف أفكر بكم هذا الرجل يُفترض أن يمثل كائن بشري بصفة عامة وكل الدوائر في هذا الرجل هي عبارة عن الخلايا التي تتركب منها أجسامنا هناك ما يقارب التريليون خلية بشرية تدخل في تركيب كل واحد منا تحدد من نحن و كيف نقوم بكل ما نقوم به ولكن لديك عشره تريليونات خلية بكتيرية عليك أو داخل جسمك في ايه لحظة في حياتك هذا يعني وجود خلايا بكتيرية أكثر بعشرة أضعاف عن الخلايا البشرية على الانسان و بالطبع تعود الاهمية لل "دي ان ايه" فهنا توجد أجزائها التي تكوّن شفرتك الجينية، و تعطيك كل مواصفاتك الفاتنة عندك ما يقارب الثلاثين ألف جين حسناً هذا يعني ان لديك مائة مرة أكثر من الجينات البكتيرية تلعب دوراً في جسمك او عليك طيلة حياتك في أفضل الأحوال، أنتم عشره بالمائه بشر ولكن الأرجح حوالي واحد بالمائه بشر اعتماداً على المقياس الذي تستخدمونه انا ادرك إنكم تنظرون لانفسكم كبشر ولكن انا اراكم تسعون او تسعه و تسعون بالمائه بكتريا

(ضحك)

هذه البكتيريا ليست من النوع غير الفعال هي مهمه بشكل لا يصدق، وتساهم في بقائنا على قيد الحياة تغطيني بدرع جسدي خفي وتمنع عنى أذى البيئة المحيطة بي كي نبقى بصحة جيدة هي التي تقوم بهضم طعامنا وانتاج الفيتامينات هي في الواقع من يثقف نظام المناعة لدينا كي تبقى الميكروبات السيئة خارج اجسامنا اذاً هي تقوم بكل هذه الأمور المذهلة التي تساعدنا وايضا أساسيه للبقاء على قيد الحياه ولا تحصل على الشهرة لقيامها بكل هذا ولكن تحصل على الشهرة للقيام بكثير من الأمور الفظيعه. هناك الكثير من أنواع البكتيريا في العالم التي لايستحسن وجودها داخل اجسامنا او علينا في اي وقت وان كانت موجودة فستجعلنا مرضى بشكل لايصدق

وبالتالي، السؤال من مختبرنا هو اذا ماكنتم تريدون التفكير في الموضوع ككل الامور الحسنة التي تقوم بها البكتيريا، او الامور السيئة السؤال الذي طرحناه هو كيف بآستطاعتها القيام بأي شي على الاطلاق ما اقصده هو انها صغيره بشكل لا يصدق يجب عليك استخدام المجهر لتراها إنها تعيش حياة مملة الى حد ما حيث تقوم بالنمو والانقسام ودائما ما إعتبرت كائنات منعزلة و منحازة لنفسها ولهذا بدا بأنها على درجه من الصغر تمنعها من ترك اي اثر على البيئة إذا ببساطة تصرفت بشكل فردي ولهاذا شآنا ان نفكر اذا ماكانت هناك طريقة أخرى تعيش فيها البكتيريا

الدليل على هذا اتى من نوع آخر من البكتيريا البحريه وهذا النوع يدعى فيبريو فيشري الذي تنظرون اليه على الشاشه الآن هو شخص من مختبرنا يحمل زجاجه تحتوي على سائل البكتيريا المزروعة في المختبر انه نوع من البكتيريا الجميله غير المؤذيه التي تأتي من المحيط تسمى فيبريو فيشري هذه البكتيريا لديها خاصية مميزة وهي إنها مضيئة فهي تقوم بالإضاءة الحيوية بنفس الطريقه التي تقوم بها حشره سراج الليل نحن لم نقم بعمل اي شئ للخلايا لقد قمنا فقط بأخذ الصورة بعد إطفاء النور بالغرفة وهذا مانراه هنا.

في الحقيقة، الشيء الذي اثار انتباهنا لم يكن ان البكتيريا قادره على الاضاءة ولكن هو أنه متى ما تضيء البكتيريا ما لاحظناه هو انه عندما تكون خلايا البكتيريا منفردة اي عندما تكون بنسب ضئيلة و منعزلة عن بعضها لا تضيء ولكن عندما تزداد بالعدد و تتجمع الى حد معين كل البكتيريا تضيء في وقت واحد السؤال الذي يطرح نفسه هوكيف بإستطاعة هذه الكائنات البدائية أن تعرف الفرق بين وجودها في حالة منفردة وبين وجودها في جماعات والقيام بشيء بشكل جماعي والذي استنتجناه هو انه بإستطاعتها القيام بهذا عن طريق التحدث مع بعضها البعض وهذا الكلام هو عن طريق لغة كيميائية

سأفترض ان هذه خليتي البكتيرية وهي منفردة لاتقوم بعمل اي ضوء ولكن ما تقوم به هوعمل جزيئات صغيرة و سرية بإستطاعتكم ان تفكروا بها كهرمونات وهي المثلثات الحمراء وعندما تكون البكتيريا منفردة تنتشر هذه الجزيئات فلا يكون هناك أي ضوء ولكن حينما تنمو البكتيريا وتتضاعف وكلها تقوم بالمشاركة بعمل هذه الجزيئات الجزيئ - النسبة الخارجيه للجزيء تزداد بنسبه طردية لعدد الخلايا وعند وصول عدد الجزيئات إلى نسبة معينة هذا يوضح للبكتيريا كمية البكتيريا المجاورة باستطاعة البكتيريا فهم هذا الجزيء ثم تقوم البكتيريا بالاضاءة بطريقة منسقة هذه هي الطريقه التي تعمل بها الاضاءة الحيوية تتكلم مع بعضها عن طريق كلمات كيميائية

السبب وراء قيام الفيبريو فيشري بهذا يأتي من علم الاحياء للمره الثانيه دعايه اخرى للحيوانات البحرية الفيبريو فيشري تعيش داخل الحبار الذي تنظرون اليه هو الحبار ذو الذيل القصير من هاواي وهو مقلوب على ظهره وما آمل ان تروه هو هذان الجزئان المتوهجان هما الجزء الذي يحمل خلايا الفيبريو فيشري التي تعيش بكميات كبيره بالداخل الجزيئات موجوده وهي التي تقوم بالاضاءه وسبب تحمل الحبار لهذا التطفل هو حاجته لهذا الضوء الطريقه التي يعمل بها هذا التكافل هو ان هذا الحبار يعيش على سواحل هاواي في مياه ضحله تصل الى حد الركبة هذا الحبارهو من النوع الليلي ففي اثناء النهار يدفن نفسه في الرمل و ينام ولكن في الليل يجب عليه الخروج للصيد في الليالي المضيئه المليئة بنور القمر باستطاعة الضوء اختراق عمق الماء التي يعيش فيها الحبار بما أنها مجرد اقدام من الماء لقد قام الحبار بتطوير محبس ضوء بامكنه الفتح و الاغلاق على العضو المتخصص بالضوء الحامل للبكتيريا ثم يوجد على ظهره مجسات مما يعطيه القدره على الاحساس بكمية ضوء النجوم او القمر على ظهره ويقوم بفتح و اغلاق المحبس ولكي تكون نسبه الضوء الخارجه من الاسفل والتي تنتجها البكتيريا تعادل تماما نسبه الضوء التي تضرب ظهر الحبار وبهذه الطريقه يستطيع الحبار اخفاء ظله في الحقيقه هو يقوم باستخدام الضوء من البكتيريا ليعكس الضوء عن نفسه صانعا أداة تقيه من أن يُفترس لكي لاترى الحيوانات المفترسه ظله فتقوم بتحديد مسيرته و تلتهمه انه مثل قاذفة القنابل المتسللة لكن في البحر

(ضحك)

ولكن اذا امعنت التفكيرستجد ان لدى الحبار مشكلة كبيرة لأن لديه مجموعة من البكتيريا تشارف على الموت وهو لايستطيع تحمل هذا الذي يحدث هو انه في كل صباح عند شروق الشمس يغمر الحبار نفسه بالرمل و يذهب للنوم ولديه مضخة متصلة بالإيقاع اليومي له وعند شروق الشمس تضخ خمس و تسعون بالمئة من البكتيريا للخارج الان البكتيريا بنسبة ضئيلة فبالتالي لا تقوم بافراز ذلك الهرمون وبالتالي لاتصنع الضوء ولكن بالطبع هذا لايهم الحبار. لانه نائم في الرمل وبخلال مرور اليوم تتضاعف البكتيريا وتفرز الهرمون، وتعود الإضاءه في الليل تماما عندما يحتاج الحبار لها.

أولا قمنا بفهم طريقة قيام البكتيريا بهذا ثم إستعنا بوسائل من البيولوجيا الجزيئية لكي نفهم حقا الاليه وراء هذه العملية. وما عثرنا عليه لنفترض مره اخرى ان هذه خلييتي البكتيريه ان الفيبريو فيشري لديه بروتين وهو الصندوق الاحمر - انا إنزيمة تقوم بصنع جزيء الهرمون الصغير - المثلث الاحمر واثناء نمو الخلايا، تقوم جميعها بافراز ذلك الجزيء في بيئتها المحيطة، فبالتالي يزداد عدد الجزيئات وللبكتيريا ايضا جهاز استقبال على سطح الخليه الذي يلائم ذلك الجزيئ كالمفتاح والقفل هؤلاء تماما مثل اجهزه الاستقبال الموجده على اسطح خلاياك عندما يزداد عدد الجزيئات الى حد معين مما يدل على شيء بالنسبه لعدد الخلايا فهي تثبت في اسفل جهاز الاستقبال فتصل المعلومات الى الخلايا وذلك يعلمها بوجوب الاضاءه وهوالسلوك الجماعي المتعلق بالإضاءة

وسبب إثاره هذا الموضوع للاهتمام هو انه خلال العقد الماضي اكتشفنا ان هذا ليس مجرد شذوذ من نوع بكتيريا تافهه تعيش في المحيط وتضيئ في الظلام كل انواع البكتيريا لديها نظام شبيه وبالتالي ادركنا الان أن باستطاعة البكتيريا التواصل مع بعضها عن طريق القاء كلمات كيميائية، بإستطاعتها فهمها وتقوم بتفعيل السلوك الجماعي وتنجح في هذا فقط عن طريق مشاركه كل الخلايا معا بانسجام اخترنا لهذه العمليه اسم ممتاز، سميناها إدراك النصاب تقوم بالتصويت عن طريق الاصوات الكيميائيه وتحصي الاصوات، وبعد ذلك تقوم جميعها بالرد على التصويت

المهم بالنسبه لمحاضره اليوم ان نعرف ان هناك مئات من السلوكيات التي تقوم بها البكتيريا بنفس الطريقه الجماعية ولكن من المحتمل انه اكثر ما يثير اهتمامكم هو النوع الخبيث منها اذا هذا لايعني بضعه من البكتيريا تدخل في جسمك و تبدا بافراز المواد السامه فيه انت هائل الحجم، وبالتالي هذا لن يؤثر الذي تقوم البكتيريا فعله كما ندرك الان هو انها تدخل في جسمك، و تنتظر، و تبدا بالتكاثر تقوم باحصاء عددها عن طريق تلك الجزيئات الصغيره وباستطاعتها ان تميز وقت بلوغ عدد خلايا كافي بانه اذا قامت كل البكتيريا بالهجوم الضار في آن واحد سوف تنجح بهزم الجسم المضيف لها مع ضخامة حجمه البكتيريا دائما تتحكم بالامراض عن طريق ادراك النصاب وهذه هي الطريقة التي تعمل بها.

بعد ذلك ذهبنا بالنظر الى نوعية هذه الجزيئات تلك المثلثات الحمراء التي رأيتموها في شرائح العرض هذا هو جزيء الفيبريو فيشري هذه هي الكلمة التي تتكلم بها ومن ثم بدأنا بالبحث في انواع اخرى من البكتيريا وهذه فقط صوره سطحيّة عن الجزيئات التي وجدناها ما ارغب بان تشاهدوه هو ان هناك علاقه تربط الجزيئات ببعضها البعض الجزء الايسر من كل جزيء متطابق في كل صنف من انواع البكتيريا ولكن يوجد في الجزء الايمن من الجزيء اختلاف بسيط في كل الاصناف وهذا يقوم على منح الاصناف المميزه خصائص لهذه اللغات كل جزيء يلائم جهاز الاستقبال الموجود عند شريكه فقط لاغير اذا فهذه محادثات خاصة وسرية وهي محادثات للإتِّصَال بين جزيئات من صنف واحد كل بكتريا تستخدم جزيئاً محدداً ليكون لغه لها والذي يمكِّنها من احصاء عدد أقربائها

وعندما وصلنا الى هذه المرحلة ادركنا لقد بدأنا نفهم ان للبكتيريا هذا السلوك الاجتماعي ولكن ما كنا فعلا نفكر به هو انه في معظم الاوقات لاتعيش البكتيريا لوحدها، بل تعيش في تمازج هائل مع مئات بل آلاف الأصناف الأخرى من البكتيريا وهذا موضح في شريحه العرض. هذا هو جلد الانسان اذا هذه فقط مجرد صورة - هي ميكروجراف لجلدك كل مكان في جسمك، يشبه هذه الصورة وما اود ان تروه هو انه يوجد كل انواع البكتيريا هناك بدأنا نرى اذا ماكان هذا كله من اجل التواصل بين البكتيريا ومن اجل احصاء عدد الجيران لايكفي ان تكون فقط قادراً على الكلام ضمن نفس الصنف لابد من وجود وسيله لاخذ إحصاء رسمي لبقيه اصناف البكتيريا المتواجدة

ولهذا عدنا الى الاحياء الجزيئية وبدأنا بدراسة انواع اخرى من البكتيريا وتوصلنا الى انه في الحقيقه، البكتيريا متعددة اللغات لديها كلها نظام خاص بكل صنف اي لديها جزيء يدعى "أنا" ولكن هذا النظام يعمل بتواز مع نظام آخر اكتشفناه وهو نظام شامل. فاذا لديها إنزيمة اخرى تقوم بعمل إشاره اخرى ولديها جهازاستقبال خاص بها وهذا الجزيء هو لغه التعامُل بين البكتيريا تستخدم بين انواع البكتيريا المختلفة وهذه هي لغه الإتِّصَال بين صنف واحد الذي يحدث هو ان البكتيريا قادره على احصاء اعداد صنفها و الاصناف الاخرى منها تاخذ هذه المعلومات للداخل، و تقرر المهمه التي ستقوم بها اعتماداً على من لديه نسبه الاغلبيه ومن لديه نسبه الاقليه من اي تعداد سكاني

ثم نعود للكيمياء مره اخرى حيث قمنا باكتشاف ماهو هذا الجزيء الشامل وذلك هو الجسيم البيضوي الوردي في شريحة العرض السابقة هو عباره عن جزيء يتكون من خمس عناصر كربون و الشيء المهم الذي ادركناه هو ان كل بكتيريا لديها نفس الانزيم بالضبط و تقوم بعمل نفس الجزيء بالضبط اذا فجميعها يستخدم نفس هذا الجزيء للإتصال بين اصناف الجنس الواحد هذه هي لغه الاسبرانتو للبكتيريا

(ضحك)

عندما و صلنا الى هذه المرحلة، بدانا ندرك أن بإستطاعة البكتيريا التواصل مع بعضها البعض عن طريق اللغة الكيميائية ولكن مابدانا نفكر به هو احتمال وجود شيء عملي بامكاننا القيام به ايضاً لقد سبق ان قلت لكم ان للبكتريا سلوكيات اجتماعية متعددة تتصل عن طريق الجزيئات و بالطبع، قلت لكم ايضا انه من الامور المهمة التي تقوم بها انها تبدا عمليه العدوى بالامراض عن طريق ادراك النصاب فكرنا بان نقوم بجعل هذه البكتيريا غير قادره على الكلام او السمع فهل يمكن ان تكون هذه نوعية جديدة للمضاد الحيوي

بالطبع لقد سمعت للتو او كنت تعرف انه لم يعد لدينا الكثير من المضاد الحيوي البكتيريا الآن قادرة على مقاومة مختلف انواع الدواء بشكل فعال والسبب هو ان المضاد الحيوي الذي نستخدمه يقتل البكتيريا عن طريق فقع الغشاء البكتيري مما يمنع تكاثرال "دي ان ايه" في البكتيريا حاليا نقضي على البكتيريا باستخدام المضاد الحيوي التقليدي وذلك ينتقي بديل مقاوم ولذلك يوجد لدينا الان مشكلة عالمية متعلقة بالامراض المعدية فكرنا انه اذا نجحنا بتعديل سلوك البكتيريا نوعا ما اذا استطعنا ان نمنع البكتيريا من الكلام، فلن تستطيع إحصاء عددها وباتالي لن تستطيع إطلاق المرض

وهذا بالضبط ماقمنا بفعله، وذلك عن طريق اخذ ستراتيجيتين الاولى ركزنا فيها على نظام الاتصال بين صنف واحد فقمنا بعمل جزيئات شبيهه بالجزيئات الاصليه والتي رأيتموها سابقا ولكن مختلفة قليلا عنها وبالتالي تثبت الجزيئات على جهاز الاستقبال و تقوم بإعاقه التعرف على الجزيء الاصلي عن طريق استهداف النظام الاحمر لقد استطعنا ان ننتج جزيئات مضاده لادراك النصاب خاصة بصنف معين او مرض معين وقمنا بتطبيق نفس الشيئ على النظام الوردي قمنا بأخذ الجزيئ الشامل و عدّلنا عليه بعض الشيء بحيث اننا انتجنا خصماً لنظام الاتصال بين الأصناف نأمل على ان نستخدمه كطيف واسع من المضادات الحيوية ليكون مضاد لكل انواع البكتيريا

لكي انهي سوف اطلعكم على الاستراتيجية في هذه استخدم فقط الجزيء الذي يصل بين الأصناف ولكن النظرية هي نفسها. الذي تعرفونه هو عند دخول البكتيريا الى جسم حيوان في هذه الحاله فأر لاتقوم بنشر الوباء فوراً فهي تدخل الجسم وتبدأ بالتكاثر ثم تبدأ بأفراز الجزيء المسؤل عن ادراك النصاب وتدرك زمن وصلوها الى العدد الكافي من البكتيريا اي الوقت الذي ستقوم فيه بشن الهجوم فتتسبب بقتل الحيوان ماستطعنا ان نقوم به هو اعطاء هذه العدوى السامة ولكن قمنا بضمها مع الجزيئات المسؤلة عن ادراك النصاب وبالتالي هذه جزيئات تشبه تماما الجزيئات الاصلية ولكنها تختلف قليلا كما هو مصور في هذه الشريحة ما ندركه الان هو انه اذا قمنا بمعالجه الحيوان بالبكتريا المسببه للمرض اي البكتريا المعدية والمضادة للعديد من الادوية بنفس الوقت الذي نقوم به باعطاء الجزيئ المضاد لادراك النصاب في الحقيقه، يبقى الحيوان على قيد الحياه

نظن ان هذا هو الجيل الجديد من المضادات الحيوية وهذا ما سوف يساعدنا على تخطي المرحلة، على الاقل كبداية مشكله المقاومة الكبيرة ما أرجو ان تفكرو به، هو ان البكتيريا تتكلم مع بعضها البعض تستخدم مواد كيميائية ككلمات ولديها قاموس لغوي كيميائي معقد للغاية والذي بدأنا حاليا بدراسته و فهمه بالطبع هذا يمنح البكتيريا القدره على ان تكون متعددة الخلايا فبلتالي انطلاقا من روح تيد فهي تقوم بالعمل معاً لان ذلك يحدث فرقا فما يحدث هو أن البكتيريا تتمتع بسلوك جماعي كما يمكنهم القيام بمهام لن تستطيع انجازها اذا تصرفت ببساطه كأفراد

ما أرجوه هو أن أتمكن من اقناعكم هو هذا الإكتشاف عن العمل بتعدد الخلايا. تتواجد البكتيريا على الارض منذ مليارات السنين اما الانسان بضعه مئات الألوف تقريبا ونعتقد ان البكتيريا وضعت القوانين عن كيفيه عمل الجماعات متعدده الخلية نعتقد عن طريق دراستنا للبكتيريا سوف نكون قادرين على تشكيل رؤيه حول عمل تعدد الخلية في جسم الانسان نحن على علم بالمبادئ و القوانين واذا استطعنا ان نفهمها في هذه الكائنات البدائية الامل هو ان نطبقها أمراض الإنسان الأخرى وكذلك التصرفات البشرية وآمل ان نكون تعلمنا ان البكتريا قادره على أن تميز نفسها من البكتيريا الأخرى عن طريق استخدام جزيئين باستطاعتهما قول "انا" او قول "انت" ومرة أخرى بالطبع هذا ما نقوم به سواء في طريقة جزيئية او كما في طريقة الخارج ولكن عندما افكر في الامور الجزيئية

فهذا تماما مايحدث في جسم الانسان هذا لايعني ان خلايا القلب و خلايا الكلى تختلط ببعضها كل يوم، وهذا بسبب وجود كل هذه الكيمياء التي تؤدي عملها هذه الجزيئات التي تقول كل منها ماهي مجموعة الخلايا التي تنتمي اليها وما الوظيفة التي يجب ان تقوم بها مرة أخرى، نعتقد ان البكتيريا هي التي قامت بابتكارها وقد تطورنا نحن عن هذه الخصائص بعض الشئ ولكن كل الافكار موجودة في هذا النظام البسيط الذي يمكن دراسته

في النهايه اود ان اكرر ان هنالك الجزء العملي فقد قمنا بعمل هذه الجزيئات المضاده لادراك النصاب والتي يجرى تطويرها كنوع جديد من الادويه ولكن ايضا، كي ننهي بفائده للبكتيريا ذات الدور الفعال المساعده للانسان والتي تعيش على الارض لقد قمنا بعمل جزيء يدعم عمليه ادراك النصاب ولقد استهدفنا هذه الأنظمة كي نجعل الجزيئات تعمل بصوره افضل تذكرو ان لديكم عشره اضعاف اكثر من الخلايا البكتيريه عليكم او داخل اجسامكم، وتبقيكم بصحة جيدة ونحاول ايضا على ان نقوي المحادثة بين البكتيريا التي تتعايش معنا في تكافل على امل ان تؤثر ايجابيا في صحتنا العمل على تقويه هذه المحادثات كي تقوم البكتيريا بعمل مانريدها ان تقوم به بصوره احسن من لوكانت تقوم بهذه الاعمال لوحدها

في النهاية أود ان أريكم هذه هي عصابتي من جامعه برينستون، نيوجيرسي كل شيء تحدثت عنه هو ناتج عن اكتشاف من احد افراد هذه الصورة آمل أنكم تعلمتم أشياءاً متل كيفيه عمل عالم الطبيعه كنت اود ان اقول انه عندما نقرأ شيئاً في الجريدة او نسمع احداً يتكلم عن شيئ سخيف في عالم الطبيعة انه أُنجزعلى يد طفل العلم قائم على تلك الفئة كل هؤلاء الاشخاص تتراوح أعمارهم بين العشرون و الثلاثون وهم المحرك الذي يقود الاكتشافات العلميه في هذا البلد في الحقيقه هو من حسن حظي العمل مع هذه الديموغرافيه مازلت اتقدم في السن اكبر فاكبر وهم يبقون دوما شبابا. انه عمل جنوني و مبهج في آن واحد. اود ان اشكركم على دعوتي للحضور هنا. انها متعه كبيره بالنسبه لي ان احضر هذه المحاضره.

(تصفيق)

شكرا.

(تصفيق)