آليات استشعار النصاب. التواصل الكيميائي في البكتيريا (تنظيم استشعار النصاب) - وثيقة

كما هو مذكور أعلاه، فإن عملية تكوين الأغشية الحيوية هي عملية معقدة تتضمن العديد من الأنظمة الخلوية. ليس هناك شك في أن مثل هذه العملية تتطلب آليات تنظيمية دقيقة للغاية من شأنها أن تسمح بتحسين عملية تكوين الأغشية الحيوية وضمان حسن سير هذا الهيكل. هذا السؤال حاد بشكل خاص عندما نتعامل مع الأغشية الحيوية الطبيعية متعددة الأنواع، والتي تتكون من عشرات أو حتى مئات الأنواع من الكائنات الحية الدقيقة. من أجل الأداء الطبيعي والبقاء لمثل هذا المجتمع، يجب أن تعمل الكائنات الحية الدقيقة الموجودة في تكوينه معًا وتنسق نشاطها، وبالتالي تعود بالنفع على المجتمع بأكمله. لقد أتاحت الأبحاث على مدى الأربعين عامًا الماضية تحديد ووصف آليات هذا التنظيم ودورها في وجود الكائنات الحية الدقيقة ومجتمعاتها.

اليوم، تعد دراسة عمليات الاتصال بين الخلايا في الكائنات الحية الدقيقة واحدة من أكثر المجالات تطورًا ديناميكيًا في علم الأحياء الدقيقة الحديث، وذلك باستخدام الأساليب الأكثر تقدمًا في الكيمياء الحيوية وعلم الوراثة الجزيئية اليوم. إن زيادة المعرفة حول عملية الاتصال في الكائنات الحية الدقيقة تفتح آفاقًا واسعة للتنظيم المستهدف لهذه العمليات، وهو أمر مهم، خاصة بالنسبة للتكنولوجيا الحيوية والطب. أدناه سنقوم بتحليل المبادئ الأساسية لعمل نظام الاتصالات بين الخلايا في الكائنات الحية الدقيقة.

4.1. نظام استشعار النصاب

يسمى نظام الاتصال بين الخلايا في الكائنات الحية الدقيقة بالنظام النصاب القانوني الاستشعار (كيو إس ). اليوم، يتم تعريف نظام QS على أنه نظام للتعبير الجيني المنسق في مجتمع ما، اعتمادًا على كثافته، باستخدام جزيئات الإشارة الصغيرة. وكما هو مذكور أعلاه، تم وصف هذه الآلية لأول مرة في عام 1970 من قبل نيلسون في البكتيريا البحرية الضمة فيشيريكنظام لتنظيم تلألؤ بيولوجي. في البداية، كان من المفترض أن هذه الآلية التنظيمية هي سمة من سمات عدد صغير فقط من الأنواع ذات الصلة الوثيقة من الجنس الضمةومع ذلك، أظهرت الأبحاث الإضافية انتشارًا واسع النطاق لهذه الآلية التنظيمية في عالم الكائنات الحية الدقيقة. لقد وجد أنه بمساعدة نظام QS، تكون الكائنات الحية الدقيقة قادرة على تنظيم العديد من العمليات الحيوية، ولا سيما الإمراضية، والتمثيل الغذائي الثانوي، وتكوين الأغشية الحيوية وأكثر من ذلك بكثير. لقد ثبت أن نظام QS لا يحدث فقط في البكتيريا، ولكن أيضًا في بعض حقيقيات النوى السفلية، مثل الفطريات الشبيهة بالخميرة من أجناسها المبيضاتو المكورات المشفرة. علاوة على ذلك، اتضح أنه بمساعدة هذا النظام، تكون الكائنات الحية الدقيقة قادرة على التفاعل ليس فقط مع نوعها، ولكن أيضا لتنفيذ التواصل بين الممالك، بما في ذلك مع حقيقيات النوى الأعلى.

بشكل عام، يعتمد عمل نظام QS على عدد من المبادئ الأساسية (الشكل 12):

استخدام جزيئات الإشارة الصغيرة - في نظام QS، يتم نقل الإشارة من خلية إلى أخرى باستخدام جزيئات الإشارة ذات الطبيعة الكيميائية المختلفة.

وجود مستقبلات محددة - لا تؤثر جزيئات الإشارة بشكل مباشر على التعبير عن الجينات المستهدفة. يحدث تنشيط الجينات المستهدفة فقط بعد ربط جزيئات الإشارة بالمستقبلات المقابلة.

تأثير الكثافة السكانية للخلية - يتم إطلاق نظام QS فقط عند الوصول إلى قيمة معينة للكثافة السكانية للخلية، والتي ترتبط بتركيز جزيئات الإشارة في البيئة الخارجية.

الصيانة الذاتية للأداء - يتم التحكم في تخليق جزيئات ومستقبلات الإشارة الجديدة بنفس طريقة الجينات المستهدفة في غياب تفعيل أنظمة القمع.

وجود آليات التنظيم السلبي الانتقائي - تحتوي الخلايا الميكروبية على جينات التنظيم السلبي المعتمدة على QS والمستقلة عن QS، والتي تكون منتجاتها قادرة على إيقاف تشغيل الروابط الكاملة لنظام QS بشكل انتقائي أو النظام بأكمله ككل.

أرز. 12. المخطط العام لعمل نظام استشعار النصاب.

هذه المبادئ شائعة في جميع أنواع أنظمة QS تقريبًا، بغض النظر عن تنظيمها الهيكلي المحدد. بدء نظام QS يتزامن عادة مع المرحلة المبكرة من النمو الأسي، والذي يتميز بزيادة سريعة في الكثافة السكانية للخلية. على العكس من ذلك، يبدأ التعبير عن الجينات المستهدفة عادةً بدخول مجموعة الخلايا إلى المرحلة الثابتة، وعادة ما يكون معقدًا، أي أنه يتضمن بداية التخليق الحيوي لجميع المنتجات التي ينظمها QS تقريبًا في فترة زمنية قصيرة. وبالتالي، فإن المراحل الأولى من تشغيل نظام QS تتمثل في ضمان التخليق الحيوي لجزيئات الإشارة ومستقبلاتها، حتى نقطة معينة، تتزامن مع تراكم الحد الأقصى لتركيز جزيئات الإشارة في الفضاء بين الخلايا، عند الوصول إلى ذلك يدخل تشغيل نظام QS في حالة الاكتفاء الذاتي.

لم يتم بعد توضيح الآليات الكامنة وراء التنشيط المبكر لنظام QS بشكل كامل. وعلى الرغم من اكتشاف عدد كبير من الهيئات التنظيمية المختلفة، والتي لها دور معين في التنشيط المبكر للنظام، إلا أن العديد من الأسئلة لا تزال دون حل. بداية، ليس من الواضح كيف يتم تنظيم التراكم الأولي لجزيئات الإشارة ومستقبلاتها. هناك فرضية مفادها أن عددًا معينًا من جزيئات الإشارة ومستقبلاتها موجودة باستمرار في الخلايا، ويحدث تراكمها الأولي وفقًا لنفس آلية الاستدامة الذاتية، بينما يتم استهلاك جزء من تجمع هذه المركبات داخل الخلايا لتخليق جزيئات الإشارة والمستقبلات. يتم إخراج الباقي من الخلايا، وعند الوصول إلى تركيز العتبة، يتم إعادة امتصاصه وتحفيز التعبير عن الجينات المستهدفة. ومع ذلك، استنادا إلى خصوصيات عمل بعض أنواع أنظمة QS، يبدو هذا غير مرجح. وعلى العكس من ذلك، يعتقد جيمس بيرسون أن التنشيط الأساسي لـ QS يتم بمساعدة منظمات النسخ غير المحددة مثل مفات و ففر (الخامسالفظاظة Fممثلين صالمضمض) الزائفة الزنجارية، ويدخل النظام في حالة الاكتفاء الذاتي في وقت لاحق.

يتم تنظيم تكوين ونمو وهجرة أشكال الخلايا العوالق للاستعمار في الأغشية الحيوية على مستوى السكان من خلال آليات الاتصال بين الخلايا. استشعار النصاب (QS) هو عملية التنسيق الجماعي للتعبير الجيني في مجموعة من البكتيريا، والتوسط في سلوك خلية معينة. تعتمد آلية تشغيل QS على التنظيم الهرمي المعقد للمواقع المستهدفة لجينوم الخلية البكتيرية. في هذه الحالة، يتم التنظيم على مستويات مختلفة من التأثير: النسخي، والانتقالي، وما بعد الترجمة.

لإشارة خلوية محددة، تستجيب الخلايا في مجتمع ما باستجابة محددة. حتى الآن، ثبت أن التفاعلات بين الخلايا تؤثر على تمايز الخلايا داخل التجمعات السكانية، والتعبير عن جينات الفوعة، وتنظيم عمليات النمو، وطبيعة واتجاه الحركة (سيارات الأجرة)، وكذلك موت الخلايا المبرمج البكتيري وتكوين السموم.

يمكن مقارنة عمل QS بالتنظيم الهرموني للنشاط الوظيفي لمختلف الأعضاء والأنسجة في كائن متعدد الخلايا.

تستخدم الكائنات الحية الدقيقة إيجابية الجرام وسالبة الجرام أنظمة إشارات مختلفة ومحولات إشارة كيميائية مختلفة. أول تجميع الببتيدات 7-8 أعضاء (المكورات المعوية النيابة.)، الببتيدات الحلقية (المكورات العنقودية النيابة.)؛ ثانياً: لاكتونات أسيل هوموسرين المختلفة (AHL).

دعونا نلقي نظرة على كيفية عمل QS باستخدام Pseudomonas aeruginosa كمثال. لدى هذه الكائنات الحية الدقيقة ثلاثة أنظمة تنظيمية على الأقل. الأكثر دراسة منهم هو نظام LasI - LasR (AHL مع سلسلة أسيل طويلة تعمل كإشارة كيميائية)؛ RhlI - نظام RhlR (رسول - AHL مع سلسلة أسيل قصيرة، C4-HSL)؛ ونظام الكينولون PQS. إن تفاعل هذه الأنظمة الثلاثة يجعل من الممكن تنظيم التعبير عن حوالي 6-10٪ من الجينوم. في نظام LasI - LasR، يكون إنزيم AHL، وهو نتاج جين lasI، مسؤولًا عن التخليق الحيوي لجزيئات الإشارة. يكون التعبير عنه على المستوى الأساسي، وبالتالي فإن تراكم جزيئات الإشارة يحدث على مدى فترة طويلة من الزمن، ويبدأ التأثير البيولوجي في الظهور فقط في المرحلة الثابتة من النمو السكاني. في الخلايا، يتفاعل AHL مع بروتين LasR (منتج جين lasR، والذي يكون التعبير عنه أيضًا على المستوى الأساسي)، مما يشكل متجانسًا متجانسًا - منظم النسخ. يقوم هذا المنظم بتنشيط العديد من الجينات المشاركة في تكوين الفوعة وفي عمليات تكوين الأغشية الحيوية؛ كما أنه ينشط أيضًا تنظيم الكروموسومات، وهو المسؤول عن التعبير عن عوامل الإمراض المختلفة (البروتياز، الإيلاستاز، وما إلى ذلك). يقوم مجمع LasR + AHL بتنشيط نظام الإشارة الثاني. يحدث هذا بعد التفاعل مع مروج جينات Rhl. يؤدي التعبير عن RhlI إلى تكوين بروتين لتخليق AHL مع بقايا الأسيل القصيرة (C4-HSL). يقوم جين rhlR بتشفير البروتين (RhlR) الذي يتفاعل مع جزيئات الإشارة C4-HSL. ينظم ترادف البروتين الناتج RhlR + C4-HSL نسخ الجينات التي تشفر المركبات الهيكلية المختلفة لمصفوفة الأغشية الحيوية (الجينات، الرامنوليبيد، وما إلى ذلك)، وكذلك الليباز، والبيوسيانين. يقوم منظم النسخ هذا أيضًا بتنشيط التعبير عن منظم آخر - RpoS (عامل سيجما نمو الطور الثابت لـ P. aeruginosa)، والذي يبدأ تكوين بروتينات إجهاد الخلية ويشارك في تفاعلات التكيف. من بين العزلات السريرية لـ P. aeruginosa، وجد أنه بالإضافة إلى عمل أنظمة إشارات AHL، فإن نظام الكينولون (موضع الجينات - pqsABCDE) يدخل بالتوازي؛ يعمل هذا النظام بنفس الطريقة التي تعمل بها الآليات التنظيمية الموصوفة أعلاه ويتوسط في زيادة التعبير عن عوامل الفوعة، على وجه الخصوص، تخليق الإيلاستاز والليكتينات. يؤثر التفاعل بين أنظمة الإشارات الثلاثة على عدد كبير من الجينات، مما يؤدي إلى تنظيم عالمي للنسخ، مما يؤدي إلى قدرة مرنة للغاية على العمليات الفسيولوجية للخلية، وهو نتيجة لإمكانات التكيف الهائلة للبكتيريا في السكان.

تعمل أنظمة الإشارة على مبدأ الحث الذاتي؛ حيث تعمل جزيئات الإشارة المركبة على خلاياها الخاصة، ومع تراكمها في البيئة خارج الخلية، يتم تنشيط المروجين المعتمدين، وأنظمة جينوم الخلية، بشكل متزايد. تم العثور على QS المستند إلى AHL في العديد من البكتيريا سالبة الجرام: Acinetobacter، Aeromonas، Brucella، Burkholderia، Erwinia، Enterobacter، Chromobacterium، Hafnia، Serratia، Vibrio، Yersinia، إلخ. تعتمد الاستجابة البيولوجية على البنية الكيميائية لجزيء الإشارة نفسه.

ولكن بين العزلات السريرية للبكتيريا سالبة الجرام، غالبًا ما يتم ملاحظة التواصل المتبادل، مما يضمن تفاعل مجموعات من الأنواع المختلفة في بؤرة العدوى. Cross-QS قادر على تنشيط وتثبيط عمل الجينات المستهدفة التابعة في الارتباطات البكتيرية. على سبيل المثال، P. aeruginosa، Serratia liquefaciens، Aeromonas hydrophila تقوم بتصنيع نوع واحد من جزيئات الإشارة. يتم تثبيط QS لـ C.violaceum وA.hydrophila بواسطة جزيئات AHL ذات بقايا الأسيل الطويلة، والتي يتم تصنيعها بواسطة العديد من الكائنات الحية الدقيقة سالبة الجرام. تنتج Pseudomonas aeruginosa جزيئات إشارة ذات بقايا أسيل طويلة وقصيرة، ولا يتم تثبيطها بشكل متبادل؛ ومع ذلك، فإن رسل E.coli ذات التركيب الجزيئي نفسه مع بقايا أسيل طويلة قادرة على تثبيط نظام إشارات RHL لـ P.aeruginosa. في الأغشية الحيوية المختلطة لـ P.aeruginosa وBurkholderia cepacia، تستجيب Burkholderia للإشارات الصادرة عن Pseudomonas aeruginosa (والتي بدورها ليست حساسة للإشارات القادمة من B.aeruginosa)، وبالتالي، تنظم مجموعة P.aeruginosa العديد من العمليات الفسيولوجية لشريكتها. هناك أدلة على أن بعض سلالات P. aeruginosa المعزولة من المرضى الذين يعانون من داء الأسيدات غير قادرة على تصنيع محرضات ذاتية لنظام إشارات RHL بنفسها، مما يؤدي إلى انخفاض في الفوعة وتكوين غير مكتمل للأغشية الحيوية في التجارب المختبرية. ولكن، مع ذلك، في الجسم الحي، تشكل هذه السلالات نفسها من Pseudomonas aeruginosa أغشية حيوية كاملة. وقد وجد أن البكتيريا المعزولة من المخاط من نفس المرضى تقوم بتصنيع مُحفزات RHL الذاتية، وبالتالي تنظيم الفوعة وتكوين الأغشية الحيوية P.aeruginosa وبدء العملية المعدية. لجزيئات AHL نفسها تأثيرات مختلفة على مجموعات أخرى من البكتيريا، على سبيل المثال، ثبت أن المحفزات الذاتية لبكتيريا Pseudomonas aeruginosa تمنع عمل QS في بكتريا المكورة العنقودية الذهبية. يمكن لجزيئات الإشارة بدائية النواة أيضًا أن تؤثر على سلوك الخلايا الفطرية والنباتية وحتى الحيوانية. وهكذا، AHL P.aeruginosa يمنع عملية خيوط المبيضات البيضاء.

في جسم الإنسان، تمنع جزيئات AHL تكاثر كريات الدم البيضاء وتكوين عامل نخر الورم ب. بتركيزات عالية، يبدأ AHL في موت الخلايا المبرمج لأنواع مختلفة من الخلايا ذات الكفاءة المناعية. بشكل عام، يكون للمحفزات الذاتية البكتيرية تأثير مثبط للمناعة. بسبب تفاعلات QS يتم تنفيذ العلاقات "الاجتماعية" بين السكان، ويتم تشكيل "شبكة اتصال كيميائية" للأغشية الحيوية، والتي يمكن أن تغطي مجتمعًا متعدد المياه.

لا يقل إثارة للاهتمام هو عمل أنظمة الإشارات بين الكائنات الحية الدقيقة إيجابية الجرام. على سبيل المثال، المكورات المعوية النيابة. ينظم QS عملية نقل البلازميد (من الخلايا المانحة إلى الخلايا المتلقية) من خلال آلية الاقتران. تقوم الخلية المستقبلة بتوليف إشارة ببتيدية محددة (فرمون بكتيري "جنسي") والتي تتراكم في الوسط وترتبط بشكل خاص بمستقبلات الخلايا المانحة التي تحمل البلازميد الذي يتوافق مع هذا الفيرومون. يضمن النظام التنظيمي الذي تم إطلاقه في هذه الحالة التعبير عن العوامل التي تتوسط التفاعل الخلوي ونقل البلازميد (مكونات الاقتران). كما ذكر أعلاه، فرمون معين يتوافق مع بلازميد معين. وبسبب آلية التفاعل الصارمة هذه، يتم إجراء الانتقاء البكتيري للخلايا داخل الأغشية الحيوية. من خلال هذا التواصل، يتم تحديد موقع البلازميدات التي تحمل جينات مقاومة المضادات الحيوية، وجينات الهيموليزين، والبكتريوسينات. عادةً، يتم تشفير ببتيدات الإشارة النشطة بيولوجيًا في الكروموسوم، ويتم تشفير بروتينات المستقبلات التي توفر الألفة للفيرومونات في البلازميدات نفسها. بعد نقل البلازميد إلى الخلية المتلقية، يبدأ تصنيع مثبطات الفيرومون؛ كل نوع من الفيرومونات له مثبط خاص به. تتيح لك هذه الخاصية إيقاف تشغيل الإشارة للبلازميد الموجود، وتعزيز تراكم جزيئات الفيرمون لنوع آخر من البلازميد. خلية الكائنات الحية الدقيقة بيوفيلم

بسبب تشغيل مثل هذا النظام، فإن الاختيار الإيجابي للسلالات ذات الخصائص المفيدة والاختيار السلبي - التخلص من السلالات ذات الأنماط الظاهرية "غير الضرورية" - يحدث باستمرار في مجتمع الأغشية الحيوية. في حالة الآفات المعدية، تسمح آليات التواصل هذه لنقل العناصر الوراثية المتنقلة بانتشار مقاومة المضادات الحيوية، والفوعة، والقدرات الفسيولوجية الإضافية للجينات بأقصى سرعة.

الأكثر أهمية هو QS، الذي يشارك في تنظيم التعبير عن عوامل الفوعة في المكورات العنقودية. الأساس الجيني لعمل هذا النظام هو agraABCD - موضع الكروموسومات. أجهزة إرسال الإشارة هي الببتيدات الحلقية - محرضات ذاتية (AIP، الببتيد المحفز ذاتيًا)، والتي يتم تصنيفها حسب البنية والتأثير البيولوجي إلى مجموعات ومجموعات فرعية، على سبيل المثال، المجموعات الفرعية 1 و 4 في بكتريا المكورة العنقودية الذهبية تزيد من التعبير عن عوامل الفوعة. هذه الجزيئات محددة للغاية؛ فاستبدال حمض أميني واحد في بنية المركب يؤدي إلى فقدان الوظيفة البيولوجية. كما هو الحال مع أمثلة نظام تثبيط الإشارة في المكورات المعوية، يتفاعل نظام المكورات العنقودية فقط مع نوع واحد من المحرض الذاتي؛ بمجرد أن تتلقى الخلية إشارة معينة، يتم تنشيط الجينات المثبطة، ولا تعد الخلية قادرة على إدراك الإشارات الأخرى. تضمن هذه الآلية اختيارًا صارمًا للسكان. تتفاعل جزيئات الإشارة المركبة مع نظام كيناز الهستيدين الغشائي (agrC)، الذي ينشط منظم النسخ (agrA) من خلال سلسلة من التفاعلات. ينفذ هذا البروتين تنظيمًا ثنائي الوظيفة لاثنين من المروجين P2 وP3. وبناء على ذلك، فإن نسخ هذه الجينات التابعة هي RNA II وRNA III، الأول يحتوي على الجينات الزراعية الرئيسية، وبالتالي تتجلى الاستجابة الذاتية للنظام. بدوره، يضمن RNA III تنظيم تخليق عوامل الضراوة (DNase، fibrinolysin، enterotoxin، b-، b-، d-toxins، وما إلى ذلك). من الميزات المثيرة للاهتمام في هذه المرحلة من التنظيم أن نسخة RNA III ذات 500 نقطة أساس لا تحمل معلومات مشفرة، باستثناء إطار قراءة مفتوح واحد لـ d-toxin. تعمل الغالبية العظمى من جزيء النسخ نفسه كمثبط للريبوسوم. يمنع RNA III عملية ترجمة عامل قمع الفوعة Rot (المثبط للسموم)، الذي ينظم تخليق سموم المكورات العنقودية، مما يؤدي إلى تكوين السموم الخارجية بشكل غير منضبط. وهكذا، فإن النظام الزراعي يوفر التنظيم السكاني للتعبير عن عوامل فوعة المكورات العنقودية. باستخدام أنواع مختلفة من دراسات PCR، ثبت أن التعبير عن موضع الزراعة في الخلايا لوحظ في العديد من آفات المكورات العنقودية: الالتهابات الجلدية، والتهاب الشغاف، والتهاب المفاصل، والإنتان. في مجموعة من الأغشية الحيوية، تتراكم جزيئات الإشارة، التي يتم تصنيعها بواسطة الغالبية العظمى من الخلايا، والتي تمثل "النصاب الأساسي" الأيضي والوراثي للسكان، فهي تحدد السلوك الأيضي والتغيرات المظهرية لجميع الخلايا. يتم تحقيق ذلك بسبب تراكم الإشارات من خلال خاصية الحث الذاتي، وتثبيط الإشارات الأخرى التي يتم تصنيعها بواسطة أقلية أو حتى سلالات أخرى في الغشاء الحيوي بسبب آلية التثبيط الموازية. 1.5 الأهمية السريرية للأغشية الحيوية.

لقد أدى فهم الأغشية الحيوية، المدعوم بتقنيات التصوير الحديثة، إلى تغيير الطريقة التي ننظر بها إلى الأمراض المعدية. تشير جميع البيانات الجديدة إلى أن الالتهابات المزمنة تختلف اختلافًا جوهريًا عن الالتهابات الحادة في تكوين الأغشية الحيوية، وأن الخلايا البالعة للكائنات الحية الدقيقة غير قادرة على امتصاص الأغشية الحيوية، على عكس الخلايا البكتيرية الفردية.

يتطلب وجود الأغشية الحيوية في حالات العدوى المزمنة أساليب جديدة تمامًا لتشخيصها وعلاجها. بالإضافة إلى ذلك، فإن الطرق البكتريولوجية التقليدية لا تكتشف معظم البكتيريا المشاركة في العملية المعدية. أتاحت أحدث الطرق الجزيئية والجينومية والنسخية والبروتينية تحديد أنه عند عزل ثقافة نقية، يتم اكتشاف حوالي 1٪ فقط من خلايا الميكروبات المسببة للأمراض. ونتيجة لذلك، يستهدف العلاج فقط 1-2 أنواع من البكتيريا من العديد من السلالات الموجودة في الأغشية الحيوية (بما في ذلك، ربما الفطريات).

حتى الآن، تم إثبات دور الأغشية الحيوية الميكروبية في حدوث وتطور أمراض شائعة مثل الالتهابات المرتبطة بقسطرة الأوعية الدموية التي تسببها المكورات العنقودية الذهبية وغيرها من الكائنات الحية الدقيقة إيجابية الجرام؛ التهابات صمامات القلب والأطراف الصناعية المشتركة الناجمة عن المكورات العنقودية. التهاب اللثة الناجم عن عدد من الكائنات الحية الدقيقة عن طريق الفم. التهابات المسالك البولية التي تحددها الإشريكية القولونية ومسببات الأمراض الأخرى؛ التهابات الأذن الوسطى - تسبب، على سبيل المثال، المستدمية النزلية، والتليف الكيسي الناجم عن P. Aeruginosa، وما إلى ذلك.

كل هذه الأمراض يصعب علاجها، ولها نسبة انتكاسة عالية، وبعضها يمكن أن يسبب الوفاة. إن الآليات التي تسبب بها الكائنات الحية الدقيقة التي تشكل الأغشية الحيوية عمليات مرضية في الكائنات الحية الدقيقة بعيدة كل البعد عن الوضوح التام.

بالإضافة إلى أنسجة الجسم المضيف، تستعمر الأغشية الحيوية الميكروبية الأجهزة الطبية المختلفة ذات الطبيعة غير البيولوجية التي يتم إدخالها إلى جسم الإنسان (القسطرة، أجهزة تنظيم ضربات القلب، صمامات القلب، أجهزة تقويم العظام). أظهرت الدراسات المجهرية الإلكترونية للأجهزة الطبية المزروعة وجود الأغشية الحيوية البكتيرية.

تعد زيادة مقاومة المضادات الحيوية وتطور الأغشية الحيوية البكتيرية من المشاكل الرئيسية في علاج التهابات المسالك البولية.

لقد ثبت أن المقاومة المتزايدة تعتمد على خصائص الخلايا والمصفوفة خارج الخلية. قد ترتبط أو لا تربط مصفوفة الأغشية الحيوية و/أو تعطل المضادات الحيوية. يتم تفسير المقاومة الناتجة عن خصائص خلايا الأغشية الحيوية من خلال انخفاض سطحها الحر بسبب ملامستها لبعضها البعض وتكوين بكتيريا خاصة تسمى الثبات.

الصمود هي خلايا إيثارية تتشكل في المرحلة الثابتة من النمو، وهي غير نشطة أيضيًا وتضمن بقاء مجموعة الأمهات في وجود عوامل قاتلة لجميع الخلايا. في الأغشية الحيوية، تشكل هذه المجموعة السكانية الفرعية 1-5٪ من إجمالي كتلة الخلية. يعتمد تكوين هذه الخلايا على درجة النمو السكاني؛ في الطور اللوغاريتمي، لا تشكل الثقافة أو تشكل نسبة صغيرة جدًا من الثباتات؛ يعتمد تكوين مجموعة سكانية فرعية بشكل عكسي على مستوى النشاط الأيضي لجميع خلايا الأغشية الحيوية، وكذلك على عمل العوامل الخارجية غير المواتية. يتميز النمط الظاهري الصامد ببيولوجيا مثيرة للاهتمام؛ فهو يبطئ جميع العمليات الفسيولوجية ويصبح متسامحًا مع عمل العوامل المختلفة، بما في ذلك تأثيرات الأدوية المضادة للميكروبات.

تختلف خاصية تحمل المضادات الحيوية عن آليات المقاومة. يمكن اختزال عمل جميع آليات المقاومة البكتيرية في ظاهرة واحدة - وهي منع تفاعل المضاد الحيوي مع هدفه (بسبب التغيرات في الأهداف نفسها، أو من خلال تخليق الإنزيمات التي تحيد المضادات الحيوية). يتم التوسط في التحمل من خلال قدرة الخلية الميكروبية على البقاء في وجود المضاد الحيوي عن طريق إبطاء عملية التمثيل الغذائي و"إيقاف" العمليات البيولوجية الرئيسية للخلية.

الآليات الرئيسية لزيادة مقاومة البكتيريا للمضادات الحيوية في الأغشية الحيوية هي:

1. الحد من تغلغل المضادات الحيوية من خلال الأغشية الحيوية.

2. يؤدي التقييد الغذائي وتغيير البيئة الدقيقة في الأغشية الحيوية إلى انخفاض معدل الانقسام البكتيري، ونتيجة لذلك هناك أهداف أقل لعمل المضادات الحيوية؛

3. ردود الفعل التكيفية.

4. التباين الجيني في البكتيريا التي تستمر في الأغشية الحيوية.

بناءً على البيانات المتراكمة، يترتب على ذلك أن المضادات الحيوية تنقسم إلى نوعين بناءً على تأثيرها على البكتيريا البيوفيلمية. الأول يشمل المضادات الحيوية التي تخترق الأغشية الحيوية وتمنع أو تقتل الكائنات الحية الدقيقة التي تشكلها. النوع الثاني هو المضادات الحيوية، والتي لا تخترق الأغشية الحيوية عمليا، ولكنها تمنع بشكل فعال انتشارها بسبب البكتيريا المهاجرة. وهكذا فإن بعض المضادات الحيوية لا تخترق الأغشية الحيوية ولا تدمر المجتمعات الموجودة، بل تمنع فقط زيادة عددها وانتشارها في جسم الإنسان. وفي هذا الصدد، تمت دراسة قدرة المضادات الحيوية على اختراق الأغشية الحيوية للميكروبات المختلفة في السنوات الأخيرة.

لقد ثبت أن الأمبيسيلين يخترق بشكل سيء الأغشية الحيوية للكلبسيلا الرئوية، وأن الأمبيسيلين والكوتريموكسازول والفانكومايسين يخترقون بشكل سيء مجتمعات المكورات المعوية البرازية. الأموكسيسيلين المستخدم على نطاق واسع لا يخترق بشكل جيد الأغشية الحيوية لبعض الميكروبات.

المضادات الحيوية التي تخترق الدهون في الخلايا بشكل جيد تشمل الفلوروكينولونات. هذه المجموعة من الأدوية المضادة للميكروبات قادرة على العمل على العوامل المسببة الرئيسية لأمراض المسالك البولية وتخترق مصدر العدوى بتركيز كافٍ. تشير التجربة الحالية في استخدام المضادات الحيوية إلى أنه يمكن السيطرة على العملية المعدية، وخاصة مظاهرها السريرية، بمساعدة المضادات الحيوية، سواء التي تخترق الأغشية الحيوية أو لا تخترقها. ومع ذلك، هناك فرق بينهما، وهو مهم جدا. لقد ثبت أن الاختلافات في المضادات الحيوية التي تخترق الأغشية الحيوية ولا تخترقها يمكن أن تظهر في نتائج علاج طويلة الأمد. يؤدي استخدام المضادات الحيوية التي تخترق الأغشية الحيوية بشكل سيئ بسرعة كبيرة إلى تكوين واختيار سلالات مقاومة. وبالإضافة إلى ذلك، تحدث الانتكاسات في كثير من الأحيان وتتشكل بؤر العمليات المزمنة.

يمكن أن تستهدف التأثيرات العلاجية على الأغشية الحيوية آليات الالتصاق الأولي للبكتيريا بالسطح، أو منع تخليق أو تدمير مصفوفة البوليمر، أو تعطيل تبادل المعلومات بين الخلايا، ويمكن أيضًا دمجها مع العوامل المبيدة للجراثيم نفسها. قد تكون مثل هذه العلاجات التي تستهدف بنية الأغشية الحيوية أو وظيفتها أكثر فعالية من العلاج بالمضادات الحيوية القياسية.

يسمى نظام الاتصال بين الخلايا في الكائنات الحية الدقيقة بالنظام إدراك النصاب (كيو إس ). اليوم، يتم تعريف نظام QS على أنه نظام للتعبير الجيني المنسق في مجتمع ما، اعتمادًا على كثافته، باستخدام جزيئات الإشارة الصغيرة. وكما هو مذكور أعلاه، تم وصف هذه الآلية لأول مرة في عام 1970 من قبل نيلسون في البكتيريا البحرية فيبريو فيشريكنظام لتنظيم تلألؤ بيولوجي. في البداية، كان من المفترض أن هذه الآلية التنظيمية هي سمة من سمات عدد صغير فقط من الأنواع ذات الصلة الوثيقة من الجنس الضمةومع ذلك، أظهرت الأبحاث الإضافية انتشارًا واسع النطاق لهذه الآلية التنظيمية في عالم الكائنات الحية الدقيقة. لقد وجد أنه بمساعدة نظام QS، تكون الكائنات الحية الدقيقة قادرة على تنظيم العديد من العمليات الحيوية، ولا سيما الإمراضية، والتمثيل الغذائي الثانوي، وتكوين الأغشية الحيوية وأكثر من ذلك بكثير. لقد ثبت أن نظام QS لا يحدث فقط في البكتيريا، ولكن أيضًا في بعض حقيقيات النوى السفلية، مثل الفطريات الشبيهة بالخميرة من أجناسها المبيضاتو المكورات المشفرة. علاوة على ذلك، اتضح أنه بمساعدة هذا النظام، تكون الكائنات الحية الدقيقة قادرة على التفاعل ليس فقط مع نوعها، ولكن أيضا لتنفيذ التواصل بين الممالك، بما في ذلك مع حقيقيات النوى الأعلى.

بشكل عام، يعتمد عمل نظام QS على عدد من المبادئ الأساسية (الشكل 11):

1. استخدام جزيئات الإشارة الصغيرة - في نظام QS، يتم نقل الإشارة من خلية إلى أخرى باستخدام جزيئات الإشارة ذات الطبيعة الكيميائية المختلفة.

2. وجود مستقبلات محددة - لا تؤثر جزيئات الإشارة بشكل مباشر على التعبير عن الجينات المستهدفة. يحدث تنشيط الجينات المستهدفة فقط بعد ربط جزيئات الإشارة بالمستقبلات المقابلة.

3. تأثير الكثافة السكانية للخلية - يتم إطلاق نظام QS فقط عند الوصول إلى قيمة معينة للكثافة السكانية للخلية، والتي ترتبط بتركيز جزيئات الإشارة في البيئة الخارجية.

4. الصيانة الذاتية للأداء - يتم التحكم في تخليق جزيئات ومستقبلات الإشارة الجديدة بنفس طريقة الجينات المستهدفة في غياب تفعيل أنظمة القمع.

5. وجود آليات التنظيم السلبي الانتقائي - تحتوي الخلايا الميكروبية على جينات التنظيم السلبي المعتمدة على QS والمستقلة عن QS، والتي تكون منتجاتها قادرة على إيقاف تشغيل الروابط الكاملة لنظام QS بشكل انتقائي أو النظام بأكمله ككل.

أرز. 11. المخطط العام لعمل نظام استشعار النصاب.

هذه المبادئ شائعة في جميع أنواع أنظمة QS تقريبًا، بغض النظر عن تنظيمها الهيكلي المحدد. بدء نظام QS يتزامن عادة مع المرحلة المبكرة من النمو الأسي، والذي يتميز بزيادة سريعة في الكثافة السكانية للخلية. على العكس من ذلك، يبدأ التعبير عن الجينات المستهدفة عادةً بدخول مجموعة الخلايا إلى المرحلة الثابتة، وعادة ما يكون معقدًا، أي أنه يتضمن بداية التخليق الحيوي لجميع المنتجات التي ينظمها QS تقريبًا في فترة زمنية قصيرة. وبالتالي، فإن المراحل الأولى من تشغيل نظام QS تتمثل في ضمان التخليق الحيوي لجزيئات الإشارة ومستقبلاتها، حتى نقطة معينة، تتزامن مع تراكم الحد الأقصى لتركيز جزيئات الإشارة في الفضاء بين الخلايا، عند الوصول إلى ذلك يدخل تشغيل نظام QS في حالة الاكتفاء الذاتي.

لم يتم بعد توضيح الآليات الكامنة وراء التنشيط المبكر لنظام QS بشكل كامل. وعلى الرغم من اكتشاف عدد كبير من الهيئات التنظيمية المختلفة، والتي لها دور معين في التنشيط المبكر للنظام، إلا أن العديد من الأسئلة لا تزال دون حل. بداية، ليس من الواضح كيف يتم تنظيم التراكم الأولي لجزيئات الإشارة ومستقبلاتها. هناك فرضية مفادها أن عددًا معينًا من جزيئات الإشارة ومستقبلاتها موجودة باستمرار في الخلايا، ويحدث تراكمها الأولي وفقًا لنفس آلية الاستدامة الذاتية، بينما يتم استهلاك جزء من تجمع هذه المركبات داخل الخلايا لتخليق جزيئات الإشارة والمستقبلات. يتم إخراج الباقي من الخلايا، وعند الوصول إلى تركيز العتبة، يتم إعادة امتصاصه وتحفيز التعبير عن الجينات المستهدفة. ومع ذلك، استنادا إلى خصوصيات عمل بعض أنواع أنظمة QS، يبدو هذا غير مرجح. على العكس من ذلك، يعتقد جيمس بيرسون أن التحفيز الأساسي لـ QS يتم بمساعدة منظمات النسخ غير المحددة مثل مفات و ففر (الخامسالفظاظة Fممثلين صالمضمض) الزائفة الزنجارية، ويدخل النظام في حالة الاكتفاء الذاتي في وقت لاحق.

التواصل الكيميائي في البكتيريا (تنظيم استشعار النصاب)

I ل. خميل، آي إم جي راس

في السنوات الأخيرة، تم لفت انتباه العديد من الباحثين الذين يعملون مع الكائنات الحية الدقيقة في مختلف مجالات علم الأحياء والطب إلى ظاهرة تسمى استشعار النصاب (QS). استشعار النصاب (QS) هو نوع خاص من تنظيم التعبير الجيني البكتيري، اعتمادًا على كثافة سكانها. تشتمل أنظمة QS على جزيئات إشارات جزيئية صغيرة تسمى المُحفزات الذاتية، والتي تنتشر بسهولة عبر جدار الخلية، والبروتينات التنظيمية التي ترتبط بها المُحفزات الذاتية (AI). مع زيادة عدد البكتيريا ووصولها إلى مستوى حرج، تتراكم الذكاء الاصطناعي إلى القيمة العتبية المطلوبة وتتفاعل مع البروتينات التنظيمية المقابلة، مما يؤدي إلى تنشيط حاد (تحريض) للتعبير عن جينات معينة في البكتيريا. بمساعدة الذكاء الاصطناعي، يتم إجراء الاتصال البكتيري - نقل المعلومات بين الخلايا بين الأفراد البكتيريين الذين ينتمون إلى نفس الأنواع أو الأنواع المختلفة أو الأجناس وحتى العائلات؛ ولذلك، تعتبر جزيئات الإشارة "كلمات" في هذه "اللغة" الغريبة للبكتيريا. بفضل تنظيم QS، تستطيع البكتيريا التحكم بشكل منسق في التعبير الجيني في جميع أنحاء المجتمع. يُظهر سلوك البكتيريا هذا أوجه تشابه مع الكائنات متعددة الخلايا. تستفيد البكتيريا من السلوك "الاجتماعي" الذي لم يكن متاحًا لها كخلايا فردية. إن نقل المعلومات من خلية إلى أخرى باستخدام أنظمة QS، مما يؤدي إلى تحفيز مجموعات متخصصة من الجينات، يساهم في التكيف السريع للمجموعات البكتيرية مع الظروف البيئية المتغيرة وبقائها في الظروف الطبيعية.

تم اكتشاف تنظيم QS لأول مرة ووصفه في أوائل السبعينيات في بكتيريا بحرية مضيئة الضمة فيشيري. في هذه البكتيريا، يتم تشفير القدرة على تلألؤ بيولوجي بسبب تخليق لوسيفيراز لوكسمشغل ( luxCDABE) ، ولا يحدث التلألؤ البيولوجي إلا عند الكثافة السكانية البكتيرية العالية (حتى 10¹¹ خلية / مل). الخامس. فيشيري يعيش في تكافل مع بعض الحيوانات البحرية، في العضو الضوئي المتخصص لدى الحيوان. في هذا الارتباط التكافلي، يوفر الحيوان المضيف للبكتيريا وسطًا غذائيًا غنيًا، وتوفر البكتيريا المضيفة الضوء. يستخدم كل كائن حقيقي النواة الضوء لأغراضه الخاصة. على سبيل المثال، الحلزون اوبريمنا المجارفتضيء نفسك مع الخامس. فيشيري, ولا تلقي بظلالها في ضوء القمر والنجوم مما يساعدها على الهروب من الأعداء. سمكة أحادي المركز japonicus يستخدم الضوء لجذب الشريك [بنسبة 3].

لفترة طويلة كان يعتقد أن تنظيم QS هو حالة نادرة جدًا، ولكن في السنوات الأخيرة أصبح من الواضح أن هذا النوع من التنظيم منتشر على نطاق واسع في البكتيريا من المجموعات التصنيفية المختلفة. حاليًا، تم العثور على تنظيم QS في أكثر من 50 نوعًا بكتيريًا. تستخدم البكتيريا مجموعة واسعة من المركبات كمحفزات ذاتية لأنظمة QS؛ يتزايد عدد أنظمة الذكاء الاصطناعي المكتشفة حديثًا. علاوة على ذلك، يمكن لنوع واحد من البكتيريا استخدام والتعرف على أكثر من نوع واحد من جزيئات الإشارة.

لقد ثبت الآن أن الأنظمة التنظيمية من نوع QS تلعب دورًا رئيسيًا في عدد كبير من عمليات الخلايا البكتيرية. وتشارك في تفاعل العديد من البكتيريا مع الكائنات الحية العليا والحيوانات والنباتات، وفي تنظيم الفوعة البكتيرية، وتكوين الأغشية الحيوية، وتنظيم التعبير الجيني المرتبط بتخليق الإنزيمات الخارجية المختلفة، والسموم، والمضادات الحيوية وغيرها من المستقلبات الثانوية، الاقتران، وما إلى ذلك. أظهر استخدام الأساليب النسخية في السنوات الأخيرة والتحليل البروتيني أن أنظمة QS تعمل كعوامل تنظيمية عالمية. إن دراسة الأنظمة التنظيمية لـ QS ودورها في عملية التمثيل الغذائي والتفاعل بين البكتيريا تحدد نهجًا جديدًا تمامًا لدراسة سلوك البكتيريا في الظروف الطبيعية؛ يمكن أن تكون هذه الدراسات ذات أهمية عملية كبيرة.

يعد دور أنظمة QS كبيرًا بشكل خاص في تنظيم عمليات تفاعل البكتيريا المسببة للأمراض مع الكائن حقيقي النواة - المضيف. تحدث العملية المعدية عند الوصول إلى أعداد كبيرة بما فيه الكفاية من البكتيريا المسببة للأمراض؛ وفي الوقت نفسه، تؤدي الزيادة في تركيز جزيئات الإشارة في البيئة إلى التوليف المتزامن لعوامل الفوعة التي تساهم في تدمير أنسجة الجسم. تساعد هذه الإستراتيجية البكتيريا على التغلب بنجاح على الاستجابة المناعية للكائن المضيف.

تعد قدرة البكتيريا على تكوين الأغشية الحيوية عاملاً مهمًا في قدرتها المرضية. الأغشية الحيوية هي هياكل فيزيائية ذات خصائص فريدة تشكلها المجتمعات الميكروبية المرتبطة بالسطح. يعد تكوين الأغشية الحيوية إحدى الاستراتيجيات الرئيسية التي تزيد من بقاء البكتيريا في البيئة، بما في ذلك المضيف. إن قدرة البكتيريا على الوجود كجزء من الأغشية الحيوية تخلق صعوبات كبيرة في الممارسة الطبية، لأن هذا يزيد بشكل كبير من مقاومة البكتيريا لعمل الأدوية المضادة للبكتيريا، وكذلك لآثار المطهرات، والعوامل البيئية غير المواتية، مثل انخفاض أو ارتفاع مستويات الرقم الهيدروجيني، والقوة التناضحية العالية، وما إلى ذلك، وتأثير الدفاع المناعي للمضيف. إن تكوين الأغشية الحيوية البكتيرية على المعدات القابلة للزرع (على سبيل المثال، القسطرة، وصمامات القلب الاصطناعية، والعدسات، وما إلى ذلك) هو سبب عدد من الأمراض المزمنة الشديدة والتي يصعب علاجها للغاية. لقد ثبت أن تنظيم QS يلعب دورًا حاسمًا في تكوين الأغشية الحيوية

حقيقة أن QS قد يكون عاملاً مهمًا في تنظيم الفوعة البكتيرية قد أدى إلى اتجاه جديد للبحث يتضمن استخدام تنظيم QS كهدف محتمل لمكافحة الأمراض المعدية. من المفترض أن تثبيط عمل أنظمة QS قد يوفر علاجات جديدة، مما يؤدي إلى التحول الفعلي للبكتيريا المسببة للأمراض إلى بكتيريا غير ممرضة دون استخدام المضادات الحيوية والأدوية الأخرى شائعة الاستخدام. حاليًا، يعتبر هذا النهج بمثابة استراتيجية واعدة جديدة للعلاج المضاد للميكروبات. يقوم عدد كبير من المختبرات بالبحث عن المواد التي تثبط QS وتدرسها. أدناه سننظر في أنظمة QS المعروفة في البكتيريا وآفاق إنشاء جيل جديد من الأدوية التي تهدف بشكل مباشر إلى قمع القدرة المرضية للبكتيريا.

النصاب القانونيالاستشعار الأنظمة في البكتيريا همالآليات الجزيئية

أفعالهم

كيو إسالأنظمة البكتيرية سلبية الجراملوكسI- لوكسريكتب.

في البكتيريا سالبة الجرام، أفضل أنظمة QS تمت دراستها هي تلك التي تعمل بمشاركة لاكتونات N-acyl-homoserine (AHL، أو AI-1). تشتمل AHLs على حلقة لاكتون هوموسيرين ومجموعات أسيل جانبية. تم وصف أكثر من 40 AHLs، تختلف في طول سلاسل الأسيل في الجزيء. يتم تحديد خصوصية عمل AHL من خلال عدد مجموعات الأسيل (من C4 إلى C16) ووجود بعض المجموعات الإضافية. AHLs التي تحتوي على سلاسل أسيل قصيرة تنتشر بحرية عبر أغشية الخلايا؛ تتطلب AHLs ذات سلاسل الأسيل الطويلة نقلًا نشطًا للخروج من الخلايا. يتفاعل AHL مع البروتينات التنظيمية المتماثلة لبروتين LuxR الضمة فيشيريالتي تشكل عائلة البروتينات الشبيهة بـ LuxR. تحتوي جزيئات هذه البروتينات على مجالين يحددان ارتباط البروتين بـ AHL وDNA. عندما يرتبط AHL، يتغير تكوين البروتين الشبيه بـ LuxR، مما يسمح له بربط الحمض النووي والعمل كمنشط للنسخ.

يشتمل التخليق الحيوي لـ AHL في العديد من البكتيريا التي تمت دراستها في هذا الصدد على S-adenosyl methionine (SAM) (تكوين حلقة اللاكتون الهوموسيرين) وبروتين نقل مجموعة الأسيل ACP.

تم العثور على أنظمة QS التي تعمل بمشاركة AHL في عدد كبير من البكتيريا سالبة الجرام، بما في ذلك الأجناس الأجرعية, ايروموناس, بوركولديريا, كروموباكتريوم, الليمونية, المعوية, إروينيا, هافنيا, بانتويا, الزائفة, رالستونيا, رودوباكتر, ريزوبيوم, سيراتيا, الضمة, يرسينياإلخ. ومن بينها البكتيريا المسببة للأمراض والمسببة للأمراض النباتية.

تمت دراسة تنظيم QS بمعظم التفاصيل لوكسأوبرا الضمة فيشيري. وهو يشتمل على مكونين تنظيميين رئيسيين: 1) بروتين Luxi (سينثاس

autoinducer) هو المسؤول عن إنتاج N- (3-oxohexanoyl) - لاكتون هوموسيرين (3OC12-HSL)؛ 2) يقوم بروتين LuxR بإرفاق المحفز الذاتي، ثم مجمع LuxR-3OC12-HSL، المرتبط بالمروج لوكسيقوم المشغل بتنشيط عملية النسخ الخاصة به، مما يؤدي إلى تخليق اللوسيفيراز وانبعاث الضوء. عندما الثقافة الضمة فيشيري عندما ينمو، يتراكم 3OC12-HSL إلى مستوى العتبة، وهو ما يكفي لتنشيط LuxR وربطه بمنطقة المروج. لوكسالأوبون وتحريض هذا الأوبون. لأن يعد جين سينسيز المُحرِّض الذاتي Luxi جزءًا من هذا العامل، وتزداد كمية الذكاء الاصطناعي في ظل هذه الظروف بشكل حاد، مما يؤدي إلى مزيد من الحث لوكستوليف الأوبون ولوسيفيراز.

من بين البكتيريا المسببة للأمراض، تعتبر أنظمة QS هي الأفضل التي تمت دراستها الزائفة الزنجارية. في الخلايا الزائفة الزنجارية, أحد مسببات الأمراض البشرية الانتهازية التي تسبب التهابات الجهاز التنفسي الحادة، يتم تنشيط عدد كبير من الجينات، بما في ذلك الجينات المسؤولة عن تخليق عوامل الفوعة، بواسطة نظامين QS من نوع Luxi-LuxR: LasI-LasR وRhlI-RhlR. بروتين LasI هو المسؤول عن إنتاج لاكتون الهوموسيرين N-3 (أوكسودوديكانويل) (3OC12-HSL)، وبروتين RhlI هو سينسيز N-بيوتانويل هوموسيرين لاكتون (C4-HSL) ويشارك في تنظيم تكوين الأغشية الحيوية. ينظم نظام LasI-LasR تخليق عوامل الفوعة المفرزة المسؤولة عن تدمير أنسجة المضيف عند بدء عملية معدية: الإيلاستاز، المشفر بواسطة الجين لاس ب، البروتياز المشفر بواسطة لاس، وهو سموم خارجية مشفرة توكسا, الفوسفاتيز القلوي المشفر بواسطة الجين أبريل. يقوم نظام LasR-LasI QS أيضًا بتنشيط التعبير عن جينات نظام QS الثاني ص. الزنجارية, RhlI-RhlR، مما يؤدي إلى تحريضه. يؤدي مجمع بروتين RhlR مع المُحفز الذاتي المقابل C4-HSL إلى تحفيز التعبير عن جينين ينظمهما نظام QS من النوع الأول، لاس بو أبريل, و. العديد من الجينات المهمة لضراوة البكتيريا وبقائها في الظروف الطبيعية. وقد تبين أن التعبير عن أكثر من 600 جينة ص. الزنجارية تسيطر عليها QS.

لقد ثبت أن 3OC12-HSL يمكن أن يكون له تأثير مباشر على الجسم: تتفاعل جزيئات 3OC12-HSL مع مكونات الجهاز المناعي، مثل الإنترلوكينات، مما يعدل استجابة الجسم المناعية للعدوى. ص. الزنجارية; تمنع تكاثر الخلايا الليمفاوية، وتمايز الخلايا التائية، وإنتاج السيتوكينات، وتقليل إنتاج عوامل نخر الورم؛ أدى حقن هذا المركب إلى حدوث عملية التهابية لدى الفئران.

ش ص. الزنجارية تم اكتشاف مُحفز ذاتي ذو طبيعة مختلفة - 2-هيبتيل-3-هيدروكسي-4-كينولون (يسمى PQS). ينظم PQS جزئيًا التعبير الجيني للإيلاستاز لاس بجنبا إلى جنب مع نظامي QS الموصوفين أعلاه. يتطلب التعبير عن PQS بروتين LasR، ويقوم PQS بدوره بتنشيط النسخ الجيني rhlI.

وهكذا، تشارك أنظمة QS في السيطرة على الفوعة ص. الزنجارية في شبكة تنظيمية معقدة وهرمية.

وكشف الفحص المجهري لرئتي المرضى الذين يعانون من التليف الكيسي (CF) ذلك ص. الزنجارية يعيش هناك بشكل رئيسي كجزء من الأغشية الحيوية. وقد تبين أن الخلايا ص. الزنجارية، حمل لاسيطفرة، لا تشكل أغشية حيوية ناضجة، ويتوقف تكوين الأغشية الحيوية عند مرحلة المستعمرة الدقيقة. ويمكن استكمال هذه الطفرات بإضافة خارجية للمحفز الذاتي 3OC12-HSL. الأبحاث التي أجريت مع ص. الزنجاريةأظهر أن تكوين الغشاء الحيوي قد يكون عاملاً حاسماً في استعمار الرئة بواسطة هذا العامل الممرض.

هناك بكتيريا مسببة للأمراض أخرى يتم فيها دراسة دور QS في تنظيم الفوعة بوركولديريا سيباكيا، يحتوي على نظام CepI-CepR QS الذي يشارك في تنظيم العوامل المسببة للأمراض (exoprotease، Siderophores). إن تخليق المحرضات الذاتية تنظيم QS لاكتون N-octanoyl-homoserine (C8-HSL) و N-hexanoyl-homoserine لاكتون (C6-HSL) في هذه البكتيريا ضعيف جدًا. تم عرضه. أنه في معظم حالات مرضى التليف الكيسي تصاب الرئتان بالعدوى في نفس الوقت ب. سيباكيا و ص. الزنجارية. وفي الوقت نفسه، فإن التواصل بين الأنواع بين هذه البكتيريا يمكن أن يعزز القدرة المرضية ب. سيباكيا. وبالتالي، إضافة السائل الثقافة ص. الزنجارية إلى الثقافات ب. سيباكيا أدى إلى زيادة كبيرة في نشاط exoprotease وإنتاج Siderophore. كان هذا هو المثال الأول حيث يمكن للبكتيريا تنظيم إنتاج عواملها المسببة للأمراض من خلال تخليق الذكاء الاصطناعي بواسطة بكتيريا أخرى. إن دراسة مثل هذه السمات لسلوك البكتيريا في الظروف الطبيعية تفتح جوانب جديدة مهمة لعلم الأوبئة. في الواقع، لا يأخذ علم الأوبئة في الاعتبار مثل هذه المواقف المحتملة تمامًا عندما يؤدي تفاعل البكتيريا غير المسببة للأمراض - منتجي AHL والبكتيريا المسببة للأمراض الضعيفة (أو غير المسببة للأمراض عمليًا في ظروف معينة) إلى تطور العدوى. تثير البيانات المتاحة حاليًا بشكل عاجل مسألة الحاجة إلى إجراء بحث جاد في التواصل بين البكتيريا المختلفة في الظروف الطبيعية والآليات الجزيئية لهذا التواصل.

كيو إسفي البكتيريا إيجابية الجرام

في البكتيريا إيجابية الجرام، هناك عدة أنظمة تشارك في السيطرة على الفوعة المكورات العنقودية المذهبة، في تنظيم الكفاءة (أي القدرة على قبول الحمض النووي الخارجي أثناء التحول) في العقدية الالتهاب الرئوي, تنظيم الاختصاص والتكاثر في عصية رقيق. تُستخدم الببتيدات المفرزة، AIP، كمحفزات ذاتية لأنظمة QS في البكتيريا إيجابية الجرام. من بينها الببتيدات الخطية والببتيدات التي تحتوي على حلقة ثيولاكتون. يتم التعرف عليها من خلال مستقبلات محددة - كينازات الهستيدين الحسية المكونة من عنصرين والمرتبطة بغشاء. لا تنتشر جزيئات الإشارة الببتيدية عبر غشاء الخلية؛ ومن الواضح أن مصدري الببتيد هم المسؤولون عن إطلاقه من الخلية إلى البيئة. في معظم الحالات، تتم معالجة وتعديل الببتيدات. تقوم البكتيريا إيجابية الجرام المختلفة بتصنيع جزيئات مختلفة من الببتيد. تعمل آلية الإشارة من خلال سلسلة الفسفرة/نزع الفسفرة. تتم فسفرة كيناز المستشعر، وبعد ذلك يتم نقل مجموعة الفسفوريل إلى البروتين المقابل - منظم الاستجابة. يرتبط منظم الاستجابة المفسفرة بالحمض النووي وينشط نسخ الجين المستهدف.

أفضل نظام تمت دراسته هو QS. المكورات العنقودية المذهبة. س. المذهبةيستخدم استراتيجية ثنائية الطور لعدوى الكائنات الحية الدقيقة. في الكثافات السكانية البكتيرية المنخفضة (المرحلة الأولى من العدوى)، تنتج الخلايا عوامل بروتينية تعزز ارتباطها واستعمارها؛ عند الكثافة السكانية العالية (المرحلة الثانية)، تقوم البكتيريا بقمع تخليق هذه العوامل، ويبدأ إفراز السموم والبروتياز فيها؛ يتم تنظيم هذه المرحلة بواسطة نظام Agr QS. يتضمن النظام الببتيد التلقائي AIP و agrBDCA-التشغيل. الجين agrD يشفر جينات AIP agrCو أجرا- بروتينان مكونان من بروتينات، كينازات الاستشعار، AgrC وAgrA. الجين agrBيشفر البروتين الذي يصدر ويعدل AIP (يضيف حلقة ثيولاكتون). يؤدي ربط AIP بـ AgrC إلى فسفرة AgrA. يحث AgrA المفسفر على التعبير عن الحمض النووي الريبي (RNAIII) التنظيمي، الذي يمنع التعبير عن عوامل التصاق الخلايا خلال المرحلة الثانية من العدوى. AgrA المنشط يحفز أيضًا التعبير agrالأوبون، الذي يسبب تحريض تخليق AIP.

أربع مجموعات معروفة س. المذهبة, توليف AIPs بتسلسلات مختلفة. ومن المثير للاهتمام أن كل نوع من AIP ينشط مستقبل AgrC الخاص به، ولكنه يمنع تنشيط بروتينات المستقبلات في المجموعات الثلاث الأخرى بسبب الارتباط التنافسي لهذه البروتينات؛ ونتيجة لذلك، فإن الـ AIP لكل مجموعة من المكورات العنقودية يثبط تنشيط سلسلة الفوعة في المجموعات الثلاث الأخرى س. المذهبة. وفقًا لهذه الإستراتيجية، يقوم الببتيد AIP المنقى للمكورات العنقودية من المجموعة الثانية بقمع الفوعة س. المذهبة المجموعة الأولى أثناء إصابة الفئران.

آلية QS الثانية العاملة في س. المذهبة، يتضمن بروتين RAP (المعروف أيضًا باسم بروتين الريبوسوم L2) وبروتين TRAP؛ هذا الأخير هو عامل النسخ السيتوبلازمي. TRAP في حالته المفسفرة ينشط RNA III؛ يتم تحفيز الفسفرة بواسطة بروتين RAP. خبث س. المذهبة يمكن تثبيتها بواسطة الببتيد RIP (الببتيد المثبط RNA III). يثبط الببتيد RIP فسفرة بروتين TRAP، مما يؤدي إلى تثبيط تخليق RNA III، مما يؤدي إلى قمع تخليق السم وتقليل ضراوة الخلية. يمكن أيضًا تثبيط فسفرة TRAP في وجود AIP؛ وهذا يدل على أن شبكة نقل الإشارة المعقدة تشارك في تنظيم التسبب في المرض س. المذهبة.

في البكتيريا إيجابية الجرام الأخرى، يتم استخدام الستربتوميسيتات، من بينها المنتجون الرئيسيون لمواد المضادات الحيوية المستخدمة في الطب، والمركبات ذات الطبيعة المختلفة - بيوتيرولاكتونز - كمحفزات ذاتية لأنظمة QS. ويشارك QS في هذه البكتيريا في تنظيم تمايزها المورفولوجي وإنتاج المستقلبات الثانوية. ومن المثير للاهتمام أن جزيئات الإشارة في الستربتوميسيتات تشبه بنيويًا لاكتونات N-acyl0-homoserine في البكتيريا سالبة الجرام. ومع ذلك، فمن غير المعروف ما إذا كان التواصل موجودًا في الطبيعة بين هذه المجموعات البعيدة تصنيفيًا من البكتيريا باستخدام جزيئات الإشارة هذه.

كيو إسالنظام باستخدام محفز ذاتيمنظمة العفو الدولية.-2

تم اكتشاف المُحرِّض التلقائي AI-2 لأول مرة في الخلايا الضمة harveyi; وهو مركب ذو بنية غير عادية، وهو ثنائي إستر فورانوسيل بورات. يتراكم AI-2 في النصف الثاني من مرحلة النمو الأسي، لكن محتواه يتناقص بشكل حاد عندما تدخل الثقافة إلى المرحلة الثابتة.

سينسيز AI-2 هو بروتين LuxS المشفر بواسطة الجين luxS; الجينات luxS متجانسة للغاية في البكتيريا المختلفة. في الواقع الجين luxSموجود في نصف الجينومات البكتيرية المتسلسلة.

يتم إنتاج AI-2 من S-adenosylmethionine من خلال ثلاث خطوات؛ الركيزة الأساسية لسينثاس LuxS هي S-adenosyl-homocysteine، والذي يتم تحويله أيضًا إلى الأدينين والهموسيستين و4,5-ثنائي هيدروكسي-2,3-بنتانيديون (DPD). يمكن لـ DPD، وهو منتج شديد التفاعل ويعيد ترتيبه بسهولة ويدخل في تفاعلات إضافية، أن يشكل جزيئات إشارة تتعرف عليها أنواع مختلفة من البكتيريا باسم AI-2. تم مؤخرًا تحديد بنية جزيء إشارة آخر، AI-2. السالمونيلا تيفيموريوم; هذه المادة ذات طبيعة الفوران تختلف عن AI-2 الخامس. harveyi، مشتمل، لا يحتوي على ذرة البورون. لقد تبين أن هذين AI-2 وسلائفهما المتكونة من DPD يمكن أن يكونا في حالة توازن في ظل الظروف الطبيعية ويتحولان بسهولة. ويعتقد أن ظهور البورون في جزيء AI-2 الخامس. harveyiوقد يكون ذلك بسبب التركيز العالي لهذا العنصر في مياه البحر حيث تعيش هذه البكتيريا؛ وفي الوقت نفسه تركيزه في الظروف المعيشية س. تيفيموريوم أقل بكثير. وجود البورون في جزيء AI-2 الخامس. harveyi وغيابه في AI-2 س. تيفيموريوم, ومن الواضح أنها ضرورية لعمل هذه المحفزات الذاتية في خلايا الكائنات الحية التي تنتجها.

وبالتالي، فقد أظهرت هذه الدراسات القليلة لأنظمة QS بما في ذلك المحرضات الذاتية من النوع AI-2 أنه باستخدام مسار التخليق الحيوي المحافظ باستخدام إنزيم LuxS، تقوم البكتيريا بتصنيع وسيطات لجزيئات الإشارة، والتي يمكن تحديد مصيرها الإضافي من خلال خصائص البيئة.

ش الضمة harveyiالبروتين المستشعر للمستقبل هو LuxP، الذي يرتبط مباشرة بـ AI-2. يتفاعل مجمع LuxP-AI-2 مع الهستيدين كيناز LuxQ المرتبط بالغشاء. في الكثافات السكانية البكتيرية المنخفضة، تتم فسفرة LuxQ ويتم نقل الفوسفات إلى البروتين السيتوبلازمي LuxU، ثم من هذا البروتين إلى البروتين التنظيمي المرتبط بالحمض النووي LuxO. بعد ذلك، تحدث سلسلة معقدة من الأحداث، بما في ذلك تنشيط الجينات التي تشفر خمسة جزيئات RNA تنظيمية صغيرة بواسطة بروتين phospho-LuxO ووحدة فرعية sigma 54 من بوليميراز RNA؛ تتفاعل هذه الـ RNA مع بروتين RNA المرافق Hfq، مما يؤدي إلى ربط وزعزعة استقرار الرنا المرسال الذي يشفر منشط النسخ LuxR. مطلوب LuxR لتنشيط النسخ لوكسأوبرا الضمة harveyi; في الكثافة السكانية البكتيرية المنخفضة مرنا لوكسر يتحلل، ونتيجة لذلك لا يوجد تلألؤ بيولوجي. في الكثافة السكانية البكتيرية العالية، تزيد كمية AI-2 بشكل كبير، مما يؤدي إلى نزع فسفرة بروتين LuxO. لا يمكن لـ LuxO غير المفسفرة أن يحفز التعبير عن الرناوات التنظيمية الصغيرة. ونتيجة لذلك، تصبح ترجمة mRNA ممكنة لوكسر، تخليق البروتين LuxR والتلألؤ البيولوجي. وبالتالي، فإن التراكم النهائي لـ AI-2 يؤدي إلى تنشيط التعبير الجيني لوكسأوبرا. من المثير للاهتمام حقيقة أنه في اللائحة لوكسأوبرا الخامس. harveyi تتفاعل ثلاثة أنواع من المحفزات الذاتية لأنظمة QS مع بعضها البعض: AI-2، وAHL (علامة التبويب) وCAI-1.

في الوقت الحاضر، لا تزال مسألة دور AI-2 كجزيء إشارة ومنظم للتعبير الجيني في العديد من البكتيريا غير مدروسة بشكل كافٍ وتتطلب المزيد من البحث.

فيما يتعلق بالبكتيريا المسببة للأمراض بناءً على دراسة الطفرات ذات الجين المعطل لوكس S، وقد ثبت أن هذا الجين، الذي يعتبر جين سينسيز AI-2، متورط في تنظيم التعبير عن الجينات المرتبطة بضراوة السلالات المسببة للأمراض المعوية. ه. القولونية, الضمة الكوليرا, العقدية المقيحة. أنظمة QS من هذا النوع هي منظمات عالمية للتعبير الجيني البكتيري. لذلك تبين ذلك لوكسيشارك S في تنظيم نسخ 242 جينًا ه. القولونيةوتشكل 5.6% من جينوم هذه البكتيريا.

من بين بكتيريا العائلة البكتيريا المعويةتعتبر أنظمة النوع الثاني QS هي الأكثر دراسة جيدًا ه. القولونية و س. تيفيموريوم. ش س. تيفيموريوم تم العثور على جينات تشفر نوعًا من مستقبلات AI-2 مختلفة عن مستقبلات AI-2 LuxP الخامس. harveyi. هذا هو ناقل يعتمد على ATP يسمى LsrB (للتنظيم LuxS). تم العثور على نفس مستقبل AI-2 في أفراد آخرين من العائلة البكتيريا المعوية. بمجرد دخول الخلية، تتم فسفرة AI-2 وترتبط ببروتين LsrR. في غياب AI-2، يقوم بروتين LsrR بالقمع lsrأوبرا. يتراكم AI-2 في النصف الثاني من مرحلة النمو الأسي؛ وينخفض ​​محتواه في الوسط بشكل حاد عندما تدخل الثقافة في المرحلة الثابتة. الخلايا ه. القولونيةو س. تيفيموريومقم باستيراد AI-2 عند دخول المرحلة الثابتة عبر الناقل Lsr.

بناءً على دراسة تأثير الطفرات التي تعطل الجين لوكس S، تم التوصل إلى أن LuxS سينسيز يشارك في تنظيم التعبير الجيني المرتبط بالفوعة في السلالات المسببة للأمراض. ه. القولونية EHEC وEPEC - يتحكمان في التعبير عن نظام إفراز النوع الثالث، والذي يتم تشفيره بواسطة جينات موضع LEE، ويشارك في تنظيم هجرة الخلايا، وتكوين الأغشية الحيوية، وتخليق السموم، وما إلى ذلك. وأظهر التحليل النسخي أن LuxS هو منظم عالمي لـ EHEC، الذي يتحكم في التعبير عن أكثر من 400 جينة. تم نشر كمية كبيرة من البيانات التي توضح حدوث طفرات في الجين لوكس S يؤدي إلى غياب تخليق AI-2 ويكون له تأثير كبير على العمليات الخلوية للبكتيريا المختلفة للعائلة البكتيريا المعوية: س. marcescens, سيراتيا sp. , إروينيا كاروتوفورا و أميلوفورا.

ومع ذلك، في التجارب على استكمال الطفرات في الجين لوكس S باستخدام AI-2 المعزول والمركب كيميائيًا، وجد أنه لا تعتمد جميع الأنماط الظاهرية عليه لوكسس , يتم التحكم فيه مباشرة بواسطة AI-2. تم إثبات الدور التنظيمي لـ AI-2 على وجه التحديد فيما يتعلق بالتلألؤ البيولوجي للسلالة الخامس. harveyi BB170 والتعبير lsr- الأوبرا س. تيفيموريوم. أظهرت هذه النتائج أن البيانات المتعلقة بتأثير AI-2 على بعض خصائص الخلايا التي كانت تعتبر سابقًا معتمدة على نظام النوع II QS يجب إعادة النظر فيها مع الأخذ في الاعتبار حقيقة أن تخليق AI-2 ليس الوظيفة الوحيدة لـ LuxS سينسيز. في الخلايا البكتيرية ذات الجينات المعطلة لوكسيتراكم S-ribosyl-homocysteine ​​​​، حيث لا يحدث انقسام إضافي إلى الحمض الاميني و DPD. في هذه الحالة، ينخفض ​​بشكل حاد مستوى الهوموسيستين في الخلية، وهو أمر ضروري لتخليق الميثيونين، وستستخدم الخلية مسارات أخرى لتكوينها، على وجه الخصوص، من خلال أوكسالوسيتات. وبالتالي، فإن التغيرات في التعبير عن الجينات المختلفة في لوكسيمكن تحديد طفرات S ليس (أو ليس فقط) عن طريق تنظيم QS، ولكن أيضًا عن طريق الاضطرابات الخطيرة في التمثيل الغذائي البكتيري الذي يسبب تأثيرات متعددة المظاهر.

للإجابة على السؤال ما إذا كان التأثير مرتبطا لوكسطفرات S لمختلف الأنماط الظاهرية البكتيرية مع نقص عمل أنظمة QS المستندة إلى AI-2، أم أن هذا نتيجة لتأثيرات متعددة المظاهر في الاضطرابات الأيضية، تم إجراء تحليل لقواعد البيانات الجينومية لوجود جينات لـ AI- المعروفة. 2 مستقبلات (مستقبل LuxP فيبريو هارفيومستقبل Lsr S. تيفيموريوم) وقد اقترح أن اعتماد الأنماط الظاهرية على تنظيم QS من النوع الثاني يقتصر في المقام الأول على الكائنات الحية التي تحمل جينات مستقبلات AI-2، والتغيرات في الأنماط الظاهرية في لوكسس يمكن تفسير الطفرات التي لا تحتوي على هذه الجينات باضطرابات في التمثيل الغذائي الخلوي. أتاح التحليل الجينومي إثبات وجود مستقبلات AI-2 المشابهة لـ Lsr لدى ممثلي العائلة البكتيريا المعوية، مثل ه. القولونية, فوتورهابدوس لومينيسينس، كليبسيلا الرئوية،يرسينيا النيابة., الشيغيلة الزحارو الشيغيلة com.flexneri, السالمونيلا النيابة.

لم يتم العثور على متجانسات مستقبلات AI-2 المعروفة في البنوك المنشورة للتسلسلات الجينية والبروتينية للأجناس البكتيرية سيراتياو إروينيا. على الرغم من أنه لم يكن من غير المتوقع أن يكون جهاز الاستشعار المكون من مكونين كيناز LuxPQ مفقودًا (تم العثور على هذا المستقبل حتى الآن فقط في أفراد العائلة) الاهتزازية) ، وكان غياب مجمع مستقبلات Lsr في جينوم هذه البكتيريا مفاجأة. تثير هذه الحقيقة شكوكًا جدية حول وجود أنظمة QS تعمل بمشاركة AI-2 وتشير إلى الدور الأيضي السائد لـ LuxS في هذه البكتيريا. على الرغم من أننا، بالطبع، لا يمكننا استبعاد احتمال أنه لم تتم دراسة مستقبلات AI-2 بعد.

وبالتالي، قد تختلف وظائف المواد من النوع AI-2 باختلاف البكتيريا. ومع ذلك، حتى في الحالات التي لا تكون فيها هذه المواد كجزء من أنظمة QS منظمات للتعبير الجيني للخلية المضيفة، فيمكنها، عند إطلاقها في البيئة، المشاركة في تنظيم العمليات الخلوية للبكتيريا الأخرى في السكان، وتنفيذ اتصالاتها. وقد ظهرت علاقات مماثلة بالنسبة للمجموعات المختلطة الاصطناعية من البكتيريا التي تتكون من خلايا ه. القولونيةو الخامس. harveyi، و الخامس. الكوليرا، والتي يمكن أن تتعايش معها ه. القولونية في جسم الإنسان.

أنظمة QS باستخدام محفز ذاتيمنظمة العفو الدولية.-3 والهرمونات

تم وصف AI-3 لأول مرة على أنه أحد مكونات وسط الاستزراع المستخدم لسلالة العامل الممرض EHEC، والذي قام بتنشيط التعبير عن الجينات المسؤولة عن التصاق البكتيريا بالخلايا حقيقية النواة. وأظهرت تجارب دراسة بنية AI-3 أنه مركب ذو طبيعة عطرية، واقترح أن يكون AI-3 ذو طبيعة حمضية أمينية. ومع ذلك، لم يتم بعد تحديد بنية وآلية تصنيع جزيء الإشارة هذا بشكل كامل. ومن المفترض، كما في حالة AHL، أن هناك عائلة كاملة من المركبات المشابهة لـ AI-3. لقد ثبت أن تخليق AI-3 مستقل عن الجين لوكسس الخامس ه. القولونيةعلى عكس التوليف AI-2. لقد وجد أن AI-3 ينشط نسخ جينات الفوعة في موضع LEE في سلالات EHEC ه. القولونية. لتحديد AI-3، تم الحصول على أجهزة الاستشعار الحيوية - سلالات ه. القولونية K-12، يحتوي على تركيبات في الكروموسوم تعتمد على جينات موضع LEE وجين المراسل لاك Z. باستخدام أجهزة الاستشعار الحيوية، تم اكتشاف أن البكتيريا المختلفة من البكتيريا المعوية، سلالات غير مسببة للأمراض ه. القولونية و المعوية مذرقوالأنواع المسببة للأمراض الشيغيلة, السالمونيلا و كليبسيلا، تركيب

لكي يعمل AI-3 ه. القولونيةمطلوب نظام مكون من عنصرين، بما في ذلك جهاز استشعار كيناز QseC ومنظم الاستجابة QseB. في ظل وجود AI-3 في الفضاء المحيط بالبلازمية، تتم فسفرة QseC أولاً، ثم ينقل الفوسفات إلى QseB، الذي يرتبط بالمروجين المقابلين ويسبب تنشيط التعبير عن الجين والجينات الخاصة به flhDC-العامل المسؤول عن تركيب الأسواط. ويشارك AI-3 أيضًا في تنظيم جينات موضع LEE. تم اكتشاف نظام مكون من مكونين، يسمى QseEF، مسؤول عن تنظيم هذه الجينات.

يستجيب نظاما QseCB وQseEF، بالإضافة إلى AI-3، لفئة أخرى من جزيئات الإشارة - هرمونات الكاتيكولامين، على وجه الخصوص، الإبينفرين/النورإبينفرين (أو الأدرينالين/النورإبينفرين)، التي يتم تصنيعها بواسطة الكائن الحي المضيف. أظهر تحليل الجينوم البكتيري أن مجموعات إشارات AI-3/الإبينفرين/النوربينفرين موجودة في عدد كبير من الأنواع البكتيرية.

كيو إسوموت الخلايا المبرمج في البكتيريا.

بالإضافة إلى أنظمة QS المذكورة أعلاه، ه. القولونية تم اكتشاف نظام QS، الذي يعمل بمشاركة الببتيدات كجزيئات إشارة، والتي تشارك في تنظيم موت الخلايا المبرمج البكتيري. موت الخلايا المبرمج أو موت الخلايا المبرمج (PCD) هو برنامج محدد وراثيا لموت الخلايا في الكائنات حقيقية النواة متعددة الخلايا. تساهم PCS في الأداء الطبيعي للنظام البيولوجي، وتحريره من الخلايا التالفة التي أكملت دورة حياتها أو الخلايا التي يحتمل أن تكون خطرة والتي تظهر بسبب الطفرات. تم العثور على أنظمة ذات وظيفة مماثلة في بدائيات النوى. يمكن اعتبار التناظرية بدائية النواة لموت الخلايا المبرمج موت جزء من مجتمع الخلية البكتيريا تحت ظروف وقف النمو السكاني، على سبيل المثال، في المرحلة الثابتة من النمو عندما يتم استنفاد الركيزة الغذائية أو تحت تأثير عوامل الإجهاد. نتيجة لموت بعض الخلايا وتحللها ذاتيًا، يمكن للخلايا الحية المتبقية استخدام منتجات التحلل الذاتي كركيزة مغذية وتستمر في النمو، وتوليف المكونات الخلوية الضرورية، وهو أمر مفيد لبقاء المجموعات البكتيرية. قد يسهل PKC تبادل المعلومات الوراثية داخل مجموعة بكتيرية عندما يتم إطلاق الحمض النووي من خلال تحلل الخلايا. بالإضافة إلى ذلك، فإن تدمير الخلايا التي تلحق الضرر بالجهاز الوراثي مفيد أيضًا للمجموعات البكتيرية.

لم يتم توضيح الآليات الوراثية لـ PCD في الأنظمة بدائية النواة بشكل كامل. تم إيلاء الكثير من الاهتمام لدراسة أنظمة مكافحة السموم (أنظمة TA) الموجودة في بكتريا قولونيةوالبكتيريا الأخرى. تتكون وحدات TA من زوج من الجينات في الجينومات البكتيرية: جين يشفر سمًا مستقرًا يسبب موت الخلايا، وجينًا يشفر مضاد السموم الذي يمنع نشاط السموم؛ يتم نسخ جينات السموم بشكل مشترك مع جينات مضادات السموم المقابلة كجزء من عامل واحد.

نظام ه. القولونية مازإي إف هو أحد أنظمة TA الأكثر دراسة. الجين ماز F يشفر بروتين مستقر سام للخلايا، و ماز E هو مضاد للسموم غير مستقر يتحلل بواسطة بروتياز سيرين ClpAP المعتمد على ATP. ذيفان MazF هو نوكلياز داخلي يشق بشكل تفضيلي mRNAs المفردة الجديلة في تسلسل ACA ويعمل أيضًا على 16S RNA في مركز فك التشفير للوحدة الفرعية الريبوسومية 30S، مما يؤدي إلى تثبيط تخليق البروتين. وطالما يتم التعبير عن MazE وMazF معًا، يتفاعل MazE مع MazF لتحييد آثاره السامة. في الخلايا التي تنمو بشكل طبيعي، يشكل السم ومضاد السموم مركبًا مستقرًا، مما يمنع السم من إحداث تأثير سام. في ظل ظروف ضاغطة تتعارض مع التعبير ماز EF operon، البروتياز الناتج عن الإجهاد يدمر MazE، ونتيجة لذلك، يمكن للسموم المستقر MazF أن يعمل على RNA الخلوي، مما يؤدي إلى موت الخلايا والتحلل الذاتي لمعظم السكان.

مازيعتمد موت الخلايا المبرمج بوساطة EF على الكثافة السكانية ويتم تنظيمه بواسطة عامل QS EDF (عامل الموت خارج الخلية). EDF هو خماسي الببتيد الخطي Asn-Asn-Trp-Asn-Asn. تم العثور على EDF لزيادة نشاط MazF في المختبر. وفي الوقت نفسه، أدى تنشيط MazF إلى زيادة في تخليق EDF، والذي بدوره تسبب في زيادة في موت الخلايا تحت ظروف الإجهاد. تم اكتشاف الارتباط المباشر الخاص بالموقع لـ EDF وMazF. تظهر نتائج الدراسات أن نظام QS، يشارك في تنظيم موت الخلايا المبرمج في ه. القولونيةيختلف اختلافًا جوهريًا عن أنظمة QS الموضحة أعلاه البكتيريا المعوية: 1) EDF هو جزيء الإشارة الوحيد ذو الطبيعة الببتيدية الموجود فيه ه. القولونية; 2) معظم الجزيئات المعروفة المشاركة في عمل QS تتحكم في التعبير الجيني على المستوى النسخي، وEDF على مستوى ما بعد النسخ.

في الآونة الأخيرة، تم اكتشاف العديد من ببتيدات QS الصغيرة التي تختلف في تسلسل الأحماض الأمينية عن EDF، والتي يتم تصنيعها بواسطة بكتيريا سالبة الجرام الزائفة الزنجاريةوإيجابية الجرام عصية رقيق، والتي يمكن أن تشارك في تنظيم موت الخلايا المتحكم فيه مازإي إف . كل من هذه الببتيدات، على الرغم من الاختلافات في البنية، قامت بتنشيط نشاط التحلل النووي الداخلي لـ MazF ه. القولونيةويبدو أنه يتفاعل مع مواقع مختلفة لهذا البروتين. وهكذا، تم اكتشاف عائلة الببتيدات QS EDF، والتي قد تصبح في المستقبل الأساس للحصول على نوع جديد من المنظمات التي تنشط PKC.

أنظمة QS المذكورة أعلاه والمحفزات الذاتية المشاركة في عملها لا تستنفد كل ما هو معروف حاليًا؛ عدد المفتوحة حديثا يتزايد باستمرار.

كبتكيو إسالأنظمة البكتيرية - نهج جديد لإنتاج أدوية ضد التسبب في الأمراض

من أهم مشاكل الطب الحديث هو الانتشار المتزايد لمسببات الأمراض البكتيرية المقاومة للأدوية التقليدية. وتتجلى هذه المشكلة بشكل خاص في الانتشار الواسع للعدوى في المستشفيات، والتي يتم تسجيلها الآن في أكثر من 20٪ من المرضى في وحدات العناية المركزة. إن انتشار أشكال البكتيريا المسببة للأمراض المقاومة للأدوية، مما يقلل من فعالية ويقلل من عدد متزايد من الأدوية التقليدية شائعة الاستخدام، والحاجة إلى تطوير طرق لقمع تكوين الأغشية الحيوية بواسطة البكتيريا يثير مسألة الاستراتيجيات الجديدة لمكافحة الأمراض المعدية. إنشاء جيل جديد من الأدوية التي تؤثر على أنظمة كيميائية حيوية محددة للكائنات الحية الدقيقة.

في الوقت الحالي، من المقبول عمومًا أن أحد "الأهداف" الواعدة من هذا النوع هو تنظيم استشعار النصاب القانوني. وتشارك أنظمة QS، كما هو مذكور أعلاه، في تنظيم الفوعة البكتيرية وتكوين الأغشية الحيوية.

يُقترح تسمية الأدوية التي تهدف إلى قمع أنظمة QS بـ "السموم المرضية" لأنها فهي، على عكس الأدوية المضادة للميكروبات الكلاسيكية (المضادات الحيوية في المقام الأول)، ليس لها تأثير مبيد للجراثيم أو جراثيم على البكتيريا المسببة للأمراض، وبالتالي لا تخلق ضغطًا انتقائيًا يؤدي إلى تكوين أشكال من البكتيريا المسببة للأمراض مقاومة للمواد المضادة للبكتيريا. في الآونة الأخيرة، تم إنشاء شركات التكنولوجيا الحيوية في الخارج والتي تهدف إلى تطوير عوامل تمنع تنظيم QS، ونتيجة لذلك، تقلل من إمراضية البكتيريا وتمنع تكوين الأغشية الحيوية.

يمكن تحقيق قمع عمل أنظمة QS بعدة طرق.

1. قمع تخليق المحرضات الذاتية كيو إس أنظمة

كما ذكر أعلاه، S-adenosylmethionine (SAM) هو الركيزة لتوليف نوعين من أنظمة AHL وAI-2 QS. لقد تبين أن نظائرها المختلفة لـ SAM، على سبيل المثال، S-adenosylhomocysteine، S-adenosylcysteine، تعمل كمثبطات قوية لتخليق AHL في الزائفة الزنجارية. تجدر الإشارة إلى أن تفاعل سينسيز AHL مع SAM يبدو محددًا للغاية، على الرغم من حقيقة أن SAM هو مقدمة شائعة في العديد من المسارات الكيميائية الحيوية بدائية النواة وحقيقية النواة. وهذا يتيح لنا أن نأمل في إمكانية استخدام نظائرها SAM كمثبطات محددة لتخليق المحفزات الذاتية للأنظمة التنظيمية QS البكتيرية دون التأثير على الإنزيمات حقيقية النواة.

وقد تبين أن بعض المضادات الحيوية - الماكروليدات، مثبطات تخليق البروتين على مستوى الريبوسوم، تثبط تخليق AHL وبعض عوامل الفوعة بتركيزات لا تمنع نمو البكتيريا. على سبيل المثال، تثبيط تركيزات الاريثروميسين دون المثبطة تخليق AHL وعوامل الضراوة الهيموليزين والبروتياز والهيماجلوتينين في الزائفة الزنجارية. وكانت البكتيريا المعرضة للمضادات الحيوية أقل خطورة بالنسبة للفئران. وكانت هذه البيانات متسقة مع نتائج الملاحظات السريرية التي تبين فعالية استخدام جرعات منخفضة من الاريثروميسين والماكروليدات الأخرى للعدوى التي تسببها السلالات ص. الزنجارية, مقاومة لهذه المضادات الحيوية. أزيترومايسين بتركيز 2 ميكروجرام/مل وهو لا يثبط النمو ص. الزنجارية, قمع تخليق AHL، فضلا عن إنتاج عوامل الفوعة الإيلاستاز وrhamnolipids. علاوة على ذلك، أدت إضافة AHL خارجيًا إلى الثقافة إلى استعادة إنتاج عوامل الضراوة هذه، مما يشير إلى أن تخليق AHL هو الهدف الأساسي للمضادات الحيوية. آلية عمل المضادات الحيوية الماكروليدية على تخليق AHL لا تزال غير واضحة في الوقت الحاضر.

2. تثبيط ربط المحرضات الذاتية بما يقابلها

البروتينات التنظيمية .

يمكن تحقيق قمع عمل الأنظمة التنظيمية لـ QS باستخدام جزيئات مضادات المحفز الذاتي التي تتداخل مع ارتباط الذكاء الاصطناعي بجزيئات بروتين المستقبل. لقد ثبت أن مثل هذه المثبطات يمكن أن تكون قادرة على المنافسة مع AHL؛ وفي هذه الحالة، فهي قريبة من الناحية الهيكلية من جزيء إشارة المحفز الذاتي وترتبط بموقع ربط AHL مع بروتين المستقبل، ولكنها لا تنشط هذا البروتين. قد يكون للمثبطات غير التنافسية تشابه بسيط أو لا يوجد أي تشابه مع AHL؛ ترتبط هذه المركبات بمواقع مختلفة على بروتين المستقبل. حاليا، يتم دراسة هذه المثبطات بنشاط. يتم البحث عن مثبطات تنافسية باستخدام التصميم بمساعدة الكمبيوتر.

تم الحصول على بيانات حول تثبيط تنظيم QS بواسطة نظائر AHL التي تحمل تعديلات في أجزاء مختلفة من جزيئات AHL - في سلاسل الأسيل وحلقة اللاكتون الهوموسيرين. لقد ثبت أن طول سلسلة الأسيل ضروري لنشاط AHL. يمكن أن تكون نظائر AHL ذات سلاسل الأسيل الأطول من AHL الأصلية مثبطات لنشاط أنظمة QS. يؤدي استبدال مجموعات 3-oxo في جزيئات AHL بمجموعات 3-hydroxyl أو methyl وإدخال روابط غير مشبعة في سلاسل الأسيل إلى انخفاض كبير في نشاط AHL.

تؤثر التعديلات في حلقة اللاكتون الهوموسيرين لجزيئات AHL بشكل كبير على نشاطها. AHLs الطبيعية هي أيزومرات l؛ لا تظهر الأيزومرات د نشاطًا بيولوجيًا بشكل عام. يبدو أن وجود سلسلة أسيل مطلوب للنشاط البيولوجي لـ AHL. أدى استبدال حلقة لاكتون هوموسيرين بحلقة لاكتون هوموسيستين إلى تقليل نشاط الذكاء الاصطناعي بمقدار أمر من حيث الحجم، كما أدى الاستبدال بحلقة لاكتام هوموسيرين إلى عدم وجود خصائص تنشيطية أو معادية في هذا الجزيء. ومع ذلك، فإن الجزيئات التي يتم فيها استبدال لاكتون الهوموسيرين بثيولاكتون الهوموسيرين يمكن أن تظل نشطة في عمل بعض أنظمة QS.

عند دراسة تأثير نظائرها في نظام AHL Las ص. الزنجاريةمع البدائل في حلقة اللاكتون الهوموسيرين، تبين أن الموقف تجاه هذه البدائل كان مختلفًا في حالة تفاعل هذه النظائر مع بروتينات RhlR و LasR. قد تشير هذه الحقيقة إلى وجود بروتينين مستقبلين ص. الزنجارية تختلف بشكل كبير في

مواقع الربط الخاصة بهم لـ AHL.

في الآونة الأخيرة، تم إيلاء الكثير من الاهتمام للمضادات الطبيعية لمحفزات QS الذاتية، ومشتقات الفورانون، بما في ذلك المهلجنات. وقد تم اكتشاف أن الطحالب الحمراء الأسترالية ديليسا بولكراتصنيع أنواع مختلفة من الفورانونات المهلجنة؛ تمنع منتجاتها استعمار البكتيريا البحرية لهذه الطحالب، حيث يشارك نظام QS في تنظيم عمليات التمثيل الغذائي، وبالتالي يحمي النباتات من عمل البكتيريا. فورانون د. بولكراتحتوي على حلقة فوران مع سلسلة أسيل مستبدلة في الموضع C-3 وذرات البروم في الموضع C-4. قد تختلف البدائل في موضع C-5. يتم هلوجين الفورانونات من المصادر الطبيعية في مواضع مختلفة مع ذرات البروم أو اليود أو الكلور.

بعد اكتشاف تأثير الفورانونات المتكونة د. بولكرافي مختبرات مختلفة تم إجراء فحص واسع النطاق للمواد ذات الأصل الطبيعي وإنتاج المواد المركبة كيميائيًا ومشتقات الفورانون ومثبطات QS. وكان من بينها مشتقات فورانون ذات سلاسل أسيل ذات أطوال مختلفة. وقد تبين أنه حتى مشتق فورانون بدون سلسلة أسيل مع ذرتين من البروم كان مثبطًا لنظام QS ص. الزنجارية. لقد وجد أن مشتقات الفورانون يتم إنتاجها بواسطة كائنات حية مختلفة: الطحالب البحرية الخضراء والحمراء والبنية، والفطريات، والأسيديين، والفطريات الشعاعية، وما إلى ذلك.

أظهرت دراسة آلية عمل هذه المواد على نظام QS أن المركبات ذات طبيعة الفورانون تتنافس مع AHL على موقع الارتباط مع بروتينات مستقبلات من النوع LuxR. يؤثر ارتباط الفورانونات ببروتين المستقبل على استقرار مركب بروتين ليجند، مما يؤدي إلى انقسام سريع لبروتين المستقبل.

أدى عمل الفورانونات إلى تثبيط العمليات الخلوية التي ينظمها QS: تلألؤ بيولوجي الضمة فيشيري; إنتاج عوامل الفوعة، بما في ذلك تكوين الأغشية الحيوية، والتسبب في المرض ص. الزنجارية; خبث إروينيا كاروتوفورا. كانت العديد من الفورانونات المُصنَّعة كيميائيًا أكثر فعالية بشكل ملحوظ من الفورانونات الطبيعية. من المثير للاهتمام أن الفورانونات الاصطناعية كانت نشطة ضد البكتيريا الموجودة في الأغشية الحيوية بنفس التركيزات التي تنشط ضد تنظيم QS للبكتيريا العوالق، على عكس عمل المضادات الحيوية الكلاسيكية المستخدمة لمكافحة الالتهابات. ص. الزنجارية; وفي الحالة الأخيرة، كان ينبغي أن يكون تركيز المضاد الحيوي أثناء نمو البكتيريا في الأغشية الحيوية أعلى بمقدار 100-1000 مرة.

أتاح استخدام التحليل النسخي تحديد أن إضافة مركبات الفورانون إلى الخلايا يؤثر على التعبير عن 93 جينًا ص. الزنجارية PAO1؛ تم تنظيم عمل 80٪ من هذه الجينات بمشاركة أنظمة QS، على سبيل المثال، الجينات التي تشفر الإيلاستاز، بروتياز LasA، المشاركة في تخليق الرامنوليبيدات، الفينازينات، السيانيد، الكيتيناز.

في الآونة الأخيرة، تبين أن مشتق فورانون تنتجه الطحالب د. بولكرا، (5Z) -4-برومو-5- (بروموميثيلين) -3-بوتيل-2(5H)-فورانون، يثبط QS في الخلايا الإشريكية القولونيةبمشاركة autoinducer AI-2؛ قام هذا المركب أيضًا بقمع تكوين الأغشية الحيوية وتسبب في قمع 56 جينًا ه. القولونية، 79٪ منها كانت ناجمة عن AI-2. عند التعرض لهذا المركب، انخفض تركيز AI-2 خارج الخلية إلى النصف؛ من المفترض أن هذا التأثير تم تنفيذه على مستوى ما بعد النسخ.

تشير البيانات المذكورة أعلاه إلى أن مشتقات الفورانون واعدة للحصول على عوامل علاجية تعتمد عليها ضد التسبب في البكتيريا. ومع ذلك، فإن المركبات التي تم اختبارها حاليًا والتي لها تأثيرات مثبطة لتنظيم QS تعتبر سامة للاستخدام الطبي. والمهمة العاجلة هي تعديلها والبحث عن مواد جديدة غير سامة للاستخدام العملي.

تنتج البكتيريا والكائنات حقيقية النواة مواد ذات طبيعة مختلفة تمنع تنظيم QS في البكتيريا - ثنائي الببتيدات الحلقية (ديكيتوبيرازين) ؛ لقد تم ذكرها أعلاه كاتصالات قادرة على تفعيل نظام QS. ويعتقد أنها تتفاعل أيضًا مع مواقع ربط AHL لبروتينات المستقبلات.

3. انحلال أهل .

يعد تدهور المحفزات الذاتية لأنظمة QS إحدى الطرق الواعدة لمكافحة الالتهابات البكتيرية التي تنظمها هذه الأنظمة. قد يكون تحلل AHL نتيجة لعمل إنزيمات معينة من البكتيريا والكائنات الحية العليا؛ بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تتحلل نتيجة التحلل المائي القلوي، عند درجة حموضة عالية، عند درجات حرارة مرتفعة عندما تنمو البكتيريا. يجري حاليًا إجراء فحص نشط للإنزيمات التي تؤدي إلى تحلل AHL، وفي المقام الأول اللاكتونات التي تحلل حلقة اللاكتون الهوموسيرين.

تم العثور على اللاكتونات التي تحلل AHL في العصيات. تم تسمية البروتين المقابل AiiA. لقد ثبت أن وجود هذا الإنزيم في الخلايا البكتيرية يحدد إلى حد كبير قدرتها على قمع البكتيريا المسببة للأمراض النباتية، حيث يتم تنظيم الفوعة بواسطة أنظمة QS التي تتضمن AHL. نقل جين AHL-lactonase المؤتلف إلى الخلايا الزائفة الفلورسنتزيادة قدرة السلالة على المكافحة الحيوية لأمراض النبات التي تسببها البكتيريا المسببة للأمراض النباتية. علاوة على ذلك، فقد تبين أن النباتات المعدلة وراثيا تحتوي على الجين المدخل aiiA, المعبر عنها في النبات كانت أقل عرضة للإصابة بالعدوى بشكل ملحوظ إروينيا كاروتوفورا. مقدمة الجينات aiiAفي خلايا هذا الممرض النباتي قلل من تخليق AHL ونتيجة لذلك قلل من نشاط الإنزيمات المحللة للبكتيريا وظهور الأعراض الأخرى لعفن النبات. ويجري أيضًا دراسة إمكانية أنزيمات AHL التي تنتجها البكتيريا لتحلل AHL.

تظهر الكائنات العليا أيضًا آليات لتدهور محدد لـ AHL. من المثير للاهتمام جدًا البيانات التي تفيد بأن الخلايا الظهارية التنفسية البشرية قادرة على تعطيل نشاط AHL ص. الزنجارية- 3OC12HSL، ولكن ليس C4-HSL. يبدو أن هذا التعطيل ذو طبيعة إنزيمية. AHLs الأخرى، مثل C6-HSL، تخضع أيضًا للتدهور. تم العثور على القدرة على تحليل AHL في بعض خلايا الثدييات، ولكن ليس كلها. يفتح هذا الاكتشاف مجالًا جديدًا للبحث ويعطي الأمل في أن جسم الإنسان لديه خط دفاع آخر ضد الالتهابات البكتيرية - من خلال التفاعل مع تنظيم QS للفوعة البكتيرية.

يعد البحث عن الإنزيمات التي تعمل على تحلل المُحفزات الذاتية لأنظمة QS ودراستها طريقة جديدة واعدة للحصول على عوامل علاجية تهدف إلى مكافحة الالتهابات البكتيرية.

4. القمع كيو إس أنظمة البكتيريا إيجابية الجرام.

خبث المكورات العنقودية المذهبة، التي تسيطر عليها أنظمة QS، يمكن تثبيتها بواسطة ببتيدات RIP الطبيعية ونظائرها المركبة كيميائيًا والببتيدات الخيمرية. تتنافس هذه الببتيدات مع الببتيد RAP، مما يمنع فسفرة بروتين TRAP، ونتيجة لذلك يثبط تخليق RNAIII، مما يؤدي إلى تثبيط الفوعة البكتيرية. وقد لوحظ أن الببتيدات RIP تمنع تكوين الأغشية الحيوية في الجسم الحي س. المذهبة و س. البشرة. وقد تم إثبات فعالية الببتيدات باستخدام حيوانات مختلفة مصابة بها س. المذهبة. قدم الاستخدام المتزامن لببتيدات RIP والمضادات الحيوية تأثيرًا تآزريًا، مما أدى إلى بقاء الفئران المصابة على قيد الحياة بنسبة 100%. س. المذهبة. من الممكن أيضًا استخدام التأثير المثبط لـ AIP على QS س. المذهبة, كما ذكر أعلاه.

تدعم البيانات التي تم الحصول عليها الاستخدام المحتمل للببتيدات التي تتفاعل مع أنظمة QS للمكورات العنقودية لمكافحة الالتهابات السريرية التي تسببها هذه البكتيريا. هناك طريقة أخرى للعلاج المضاد للبكتيريا للبكتيريا إيجابية الجرام وهي تطعيم الجسم بالبروتينات - مكونات نظام QS. على سبيل المثال، تبين أن تطعيم الفئران ببروتين RAP يحميها من العدوى س. المذهبة.

خاتمة

أظهرت الدراسات المكثفة لتنظيم استشعار النصاب التي أجريت في السنوات الأخيرة أن أنظمة QS تنفذ تنظيمًا عالميًا لعدد كبير من العمليات الخلوية في البكتيريا من المجموعات التصنيفية المختلفة. يبدو أن هذا النوع من التنظيم منتشر على نطاق واسع في البكتيريا. تم اكتشاف مجموعة واسعة من المنظمات ذات الجزيئات المنخفضة ذات الهياكل المختلفة المشاركة في عمليات تنظيم QS؛ عدد المركبات المحددة ذات النشاط المماثل آخذ في الازدياد. من المؤكد أن تنظيم QS يتطلب بحثًا تفصيليًا ومتعمقًا. لم تتم دراسة الآليات الجزيئية لعمل أنظمة QS بمختلف أنواعها بشكل جيد؛ وفي كثير من الحالات، ليس من الواضح ما هي خصائص البكتيريا التي تتحكم فيها هذه الهيئات التنظيمية؛ تمت دراسة أنظمة QS ودورها في التمثيل الغذائي البكتيري لعدد صغير فقط من البكتيريا.

لقد تبين مؤخرًا أن المنظمات الذاتية لأنظمة QS لا تعمل فقط في البكتيريا؛ بل تم اكتشاف تأثيرها على العمليات الخلوية أيضًا في الكائنات حقيقية النواة. تمت الإشارة أعلاه إلى التأثير المباشر لـ 3OC12-HSL (AHL، المتورط في تنظيم الفوعة). ص. الزنجارية) على بعض خصائص خلايا الثدييات. وقد اكتشف أن الكائن النباتي ( ميديكاغو truncatula) قادر على الاستجابة لـ AHLs البكتيرية (3OC12-HSL و3OC16-HSL، التي يتم إنتاجها على التوالي بواسطة العامل الممرض ص. الزنجاريةوالنبات المتكافل سينورهيزوبيوم com.meliloti). وباستخدام علم البروتينات، تم تصميم هذه AHLs لإحداث تغييرات عالمية في إنتاج أكثر من 150 بروتينًا نباتيًا. بالإضافة إلى ذلك، قاموا بتحفيز إفراز النباتات للمواد التي يمكن أن تتفاعل مع تنظيم QS للبكتيريا - مما يؤدي إلى تثبيط أو تحفيز QS.

على ما يبدو، اكتسبت الكائنات الحية حقيقية النواة والنباتات والحيوانات، في عملية التطور، القدرة على التعرف على إشارات QS والاستجابة لها، وإنتاج مواد تشبه بنيويًا جزيئات الإشارة هذه وتكون منافسة لها، بالإضافة إلى تصنيع الإنزيمات التي تدمر هذه الإشارة جزيئات. يمكن لحقيقيات النوى استخدام استراتيجيات علاجية طبيعية ضد الاستعمار وغزو البكتيريا المسببة للأمراض نتيجة لتثبيط العمليات التي يحركها QS.

يشير ما سبق إلى أن دراسة أنظمة تنظيم QS تمثل مجالًا جديدًا واسعًا من النشاط للباحثين في مختلف مجالات علم الأحياء والطب؛ هذه الظاهرة تستحق الاهتمام الشديد من الباحثين. إن تحديد ودراسة أنظمة QS لمختلف الكائنات الحية الدقيقة يمكن أن يكشف عن العديد من الأشياء الجديدة في تنظيم العمليات الخلوية.

يتم إيلاء اهتمام خاص لدراسة مشاركة أنظمة QS في تنظيم العمليات المرتبطة بإمراض البكتيريا. كما هو موضح أعلاه، فإن الدور الهام لـ QS في تنظيم تخليق عوامل الفوعة في البكتيريا يفتح إمكانية اتباع نهج جديد بشكل أساسي لإنشاء أدوية للعلاج المضاد للبكتيريا - الأدوية التي تهدف مباشرة إلى قمع تنظيم QS، ونتيجة لذلك، ، قمع التسبب في البكتيريا. حاليًا، يتم إجراء فحص وأبحاث مكثفة حول تأثيرات المواد المختلفة التي تم الحصول عليها من مصادر طبيعية ونتيجة للتخليق الكيميائي على تنظيم QS والتعبير عن الجينات المرتبطة بـ QS. تم الكشف عن التفاعلات مع QS للمواد المتعلقة بالبوليفينول. لأن تنتشر مادة البوليفينول على نطاق واسع في المملكة النباتية، ويُعتقد أنها مهمة في حماية النباتات من البكتيريا المسببة للأمراض. لقد ثبت أن عدداً من المواد التي تنتجها النباتات قادرة على التفاعل مع أنظمة QS؛ ويتم دراسة طبيعة هذه المواد.

في الوقت الحالي، هناك كل الأسباب التي تجعلنا نعتقد أن الأدوية التي تمنع QS يمكن أن تكون بديلاً واعداً للأدوية التقليدية للعلاج المضاد للبكتيريا في الطب والزراعة وتكنولوجيا الأغذية. أو على الأقل سيكونون قادرين على تعزيز التأثير المضاد للميكروبات للأدوية المستخدمة. يتم العمل في هذا الاتجاه بنشاط في العديد من المختبرات والشركات في مختلف دول العالم.