E. coli ‘هي واحدة من أكثر الكائنات الحية التي تمت دراستها على نطاق واسع – وقد يمثل ذلك مشكلة لكل من العلم والطب

في عام 1857 ، اكتشف طبيب أطفال شاب اسمه تيودور إيشيريش ما قد يكون أكثر الكائنات الحية التي تمت دراستها جيدًا اليوم. تم تسمية البكتيريا على شكل قضيب الإشريكية القولونية، المعروف باسم بكتريا قولونية، هو ميكروب شائع جدًا يقيم في أمعائك. إنه أيضًا العمود الفقري للبيولوجيا الجزيئية المبكرة.

من المحتمل أن يكون للحظ دور في ارتفاع شعبيته بين العلماء. حتى في ظل ظروف المختبر في القرن التاسع عشر ، حيث لم تكن تقنيات التعقيم مثالية ولم يُعرف الكثير عن ما تحتاجه بكتيريا الطعام للبقاء على قيد الحياة ، كان من السهل زراعة هذا الميكروب والنمو بسرعة. يمكن أن يتكاثر في أقل من 20 دقيقة ويمكنه استخدام مجموعة متنوعة من مصادر الكربون للطاقة.

كأول الأنواع التي تم استكشاف علم وظائف الأعضاء الخاص بها بدقة ، بكتريا قولونية ساهم بمعرفة أساسية في مجالات علم الأحياء الدقيقة وعلم الوراثة الجزيئي والكيمياء الحيوية ، بما في ذلك كيفية تكرار الحمض النووي ، وكيف تخلق الجينات البروتينات وكيف تشارك البكتيريا المادة الجينية فيما بينها – وهو سبب كبير لمقاومة المضادات الحيوية.

ومع ذلك ، يفضل استخدام بكتريا قولونية في المختبر أدى أيضًا إلى المبالغة في التبسيط في عالم علم الأحياء الدقيقة ، مما أدى إلى تشتيت انتباه الباحثين عن آلاف الأنواع البكتيرية الأخرى التي لا تزال غير مدروسة.

نظرًا لأن علماء الأحياء المجهرية يدرسون الآليات الداخلية لتحمل المضادات الحيوية ، نقوم نحن وزملاؤنا في مختبرنا بفحص الأنواع البكتيرية التي تختلف من الناحية الفسيولوجية عنها. بكتريا قولونية على أمل توسيع قاعدة المعرفة الموجودة في علم الأحياء الدقيقة. على سبيل المثال ، تندرج الأدوية مثل البنسلين ضمن فئة من المضادات الحيوية التي تستهدف الدفاعات الخارجية للبكتيريا. وجدنا ذلك في حين بكتريا قولونية يستسلم لهذا الهجوم ، مثل الأنواع فيبريو أو كليبسيلا يمكن أن يتسامح معها والبقاء على قيد الحياة.

ربما نجح نهج واحد يناسب الجميع في الماضي ، لكن احتضان التنوع الحقيقي للميكروبات يمكن أن يساعد العلماء على محاربة ظهور مقاومة المضادات الحيوية بشكل أفضل.

الصالح العلمي بكتريا قولونية

توصل الباحثون إلى أسس الحياة باستخدام بكتريا قولونية. ربما يكون أفضل ما يمكن فهمه من أهمية هذه البكتيريا في مجال البيولوجيا هو عالم الكيمياء الحيوية جاك مونود ، الذي قال بشكل مشهور ، “ما هو صحيح بالنسبة بكتريا قولونية هذا صحيح بالنسبة للفيل “.

لأن الباحثين كانوا قادرين على مشاهدة مناطق بكتريا قولونيةأصبح الحمض النووي الخاص بـ DNA متحركًا ، مما يسمح للبكتيريا بنقل الحمض النووي فيما بينها في عملية تسمى الاقتران ، تعلم العلماء التلاعب بهذه العملية لتغيير الكائنات الحية وراثيًا ودراسة تأثيرات الجينات المختلفة.

بكتريا قولونية ساعد في الكشف عن أن الكروموسومات البكتيرية دائرية وأن التلاعب في إنزيم معين يمكن أن يسمح للعلماء باستنساخ أجزاء من الجينوم البكتيري بسهولة.

بكتريا قولونية كما فتح الأبواب أمام استخدام نوع من الفيروسات البكتيرية يسمى العاثيات كبديل للمضادات الحيوية.

المعرفة المتاحة على نطاق واسع وطرق الدراسة بكتريا قولونية أدى إلى بروزها في البحث الأكاديمي والتجاري وإنتاج الأدوية. في عام 2015 ، تم اشتقاق ما يقرب من 30٪ من البروتينات المستخدمة كعلاج لمجموعة واسعة من الأمراض مثل التهاب الكبد C والتصلب المتعدد من بكتريا قولونية.

عيوب نموذج الكائن الحي

بكتريا قولونيةلقد عزز سجل حافل من مكانتها في المختبر ككائن حي نموذجي. الكائنات الحية النموذجية هي أنواع غير بشرية يستخدمها الباحثون لدراسة علم الأحياء ، مع توقع إمكانية تطبيق النتائج على أنواع أخرى مثل البشر. غالبًا ما يتم اختيار الأنواع لسهولة صيانتها ودورات حياتها السريعة وفعالية التكلفة الإجمالية.

ومع ذلك ، فإن الكائنات الحية النموذجية لها عيوبها. جادل بعض الباحثين بأن رسم أوجه التشابه بين الأنواع يمكن أن يكون قصيراً في بعض الأحيان ، مما يؤدي إلى افتراضات حول الأنواع الأكثر تعقيدًا والتي قد لا تكون صحيحة.

بالإضافة إلى ذلك ، غالبًا ما تكون نتائج الدراسة باستخدام الكائنات غير النموذجية أقل وضوحًا في المجتمع العلمي الأوسع ، نظرًا لأن العديد من الباحثين يركزون على الكائنات الحية ذات السمات المعروفة والمحددة. ينتج عن هذا التحيز مساحة ظل حيث لا يتم دمج التقدم على الفور في المعرفة العلمية الأوسع ، والتي يمكن أن تبطئ البحث الذي يغطي في الواقع مجموعة من البكتيريا إلى الأفيال.

مسببات الأمراض ESKAPE لا تشمل بكتريا قولونية

الكائنات النموذجية ليست مثالية ، و بكتريا قولونية قد لا يكون نوعًا فعالًا لاستخدامه في دراسة العديد من أنواع العدوى البكتيرية التي تصيب الإنسان. تركيز البحث على هذا الميكروب يحد من استكشاف كيفية تسلل البكتيريا الأخرى وإصابة المضيفين البشريين. في حين أن بعض سلالات بكتريا قولونية يمكن أن تكون قاتلة ، فهي ليست مسببات الأمراض المقلقة الوحيدة اليوم.

مسببات الأمراض ESKAPE ، وهي مجموعة من البكتيريا شديدة المقاومة للمضادات الحيوية ، تشكل تهديدًا صحيًا عالميًا هائلاً لأنها يمكن أن تطور بسرعة سمات تسمح لها بالتهرب من أنظمة المناعة والعلاجات المتاحة. الأنواع الموجودة داخل ESKAPE ، مثل الكلبسيلة الرئوية و E. cloacae، قادرة على مقاومة العديد من الأدوية وتحمل الخصائص الفيزيائية التي بكتريا قولونية لا ، مثل القدرة على إزالة جدارها الخلوي والتهرب من بعض الأدوية.

يدرس مختبرنا السمات الفريدة التي تسمح لمسببات الأمراض ESKAPE بالبقاء على قيد الحياة من المضادات الحيوية – وهي سمات لم نكن لنتعرف عليها إذا استخدمناها فقط بكتريا قولونية ككائن حي نموذجي في بحثنا.

مع العديد من أساسيات الخلية البكتيرية الأساسية والبيولوجيا الجزيئية التي تمت تغطيتها بفضل بكتريا قولونيةقد يكون الوقت قد حان للباحثين للتوجه نحو مسببات الأمراض الجديدة التي تعيث فسادا في المجتمع. تعد الكائنات الحية النموذجية أدوات عجيبة ، لكن لديها قوة محدودة للسماح باستقراء النتائج للكائنات الأخرى. يتطلب الفهم الأفضل لأسس العدوى البكتيرية والمضادات الحيوية لمرض معين دراسة الكائن الحي المحدد.