الأشريكية القولونية

اشريكيه قولونيه

Escherichi coli - Escherichia coli

الإشْرِيكِيَّة القولونِيَّة

عبد الباسط المسلم

 التنوع

 الكيمياء الحيوية وأحيائية الإشريكية

مجين الإشريكيةِ القُولُونِيَّةِ

دور الإشريكية القُولُونِيَّة في التقانات الحيوية

الإشْريكِيَّة القولونِيَّة Escherichia coli بكتريا عصوية الشكل سالبة لصبغة غرام gram negative. وتوجد شائعة في أمعاء الكائنات ذات الدم الحار warm blooded organisms. وغالبية سلالاتها غير ضارة، إلاّ أنَّ بعض أنماطها المصلية serotypes تسبب تسمم الأغذية البشرية. تمثل السلالات غير الضارة منها جزءاً من المتعضيات الطبيعية في الأمعاء؛ حيث تبلغ نسبتها 0.1 % من إجمالي المتعضيات. وتؤدي فائدة لمضيفها عبر إنتاج ڤيتامين K₂ ومنع البكتريا الممرضة من السكن في أمعاء المضيف. وكان طبيب الأطفال الألماني Theodor Escherich أول مكتشفٍ لها عام 1885 في براز الأفراد الأصحاء، وأطلق عليها اسم Bacterium coli commune، وذلك بسبب وجودها في القولون colon. وأعاد Migula تسميتها بـ Bacillus coli عام 1895، ثم أُعيدت تسميتها تيمناً بمكتشفها الأول بـ Escherichia coli.

التنوع

تشمل الإشْرِيكِيَّةُ القُولُونِيَّةُ تنوعاً واسعاً من البكتريا في المستويين الوراثي والمظهر الشكليِّ. وهي عصوية الشكل بطول 2 مكرون وقطر 0.5 مكرون وحجم خلوي 0.6 - 0.7 مكرون3، وهي مُحيطِيَّةُ السِّياطِ peritrichous وغير متبوغة، تعيش حياة اختيارية لاهوائية facultative anaerobic (الشكل 1)، وتمتاز بكونها ذات أهمية طبية وتنوعٍ بكتري واسع قياساً إلى البكتريا الأخرى. تؤدي الإشريكيةُ القُولُونِيَّةُ دوراً طبيعياً من المجهريات البُقْعَة microbiota، حيث تبدأ باستعمار القناة المعدية المعوية للإنسان بعد 40 ساعة من الولادة عبر الطعام والماء وملامسة الوليد. وتلتصق بمخاط المعي الغليظ، وتُعدّ أول البكتريا اللاهوائية الاختيارية للقناة الهضمية عند الإنسان، وتظل بحالة غير ممرضة إلى حين اكتسابها عنصراً وراثياً مُرَمِّزاً لعوامل إمراضية. وقد استعمل Nissle عام 1917 سلالات غير ممرضة منها في الطب كداعم غذائي بكتري، وذلك لعلاج الأمراض المعدية المعوية المختلفة مثل مرض التهاب القولون inflammatory bowel disease، وتبيَّن أنَّ 20 % من مجينها (جينومها) genome شائعٌ بين جميع سلالاتها التي يقدر عددها بـ 39. ويعتقد الباحثون من وجهة النظر التطورية أن أنواعاً من جنس Shigella يجب أن تُضَمَّ إلى الإشريكيَّةِ على شكل سلالاتٍ وخاصةً الأنواع: dysenteriae وflexneri وboydii وsonnei. حتى أن السلالة الشهيرة من الإشريكيةِ المعروفة بـ K-12 والمستخدمة في تأشيب الدنا DNA recombination مختلفةٌ لدرجة وجود استحقاق يرقى بها لإعادة تصنيفها. وتنضوي الإشريكيةُ القُولُونِيَّةُ تحت المراتب التصنيفية المبينة في الجدول (1).

الشكل (1): شكل تخطيطي يبين السمات العامة للإشريكية القولونية (يسار). شكل بالمجهر الإلكتروني (يمين).ء

السلالة strain تعريفاً هي تحت مجموعة ضمن النوع وذات خصائص مميزة تفرقها عن غيرها من السلالات. وتُمَيَّزُ هذه الاختلافات في الغالب على المستوى الجزيئي. تتظاهر الاختلافات بتبدلات وظيفية أو في دورة حياة السلالة، فيمكن أحياناً أن تكتسب السلالة قدرة إمراضيةً pathogenic capacity، أو تستخدم مصدراً للكربون فريداً، أو تعيش في بيئة طبيعية معيّنة، أو تكتسب قدرة مقاومة كمضادٍّ بكتري. وتمتاز السلالات أحياناً بكونها نوعية المضيف host-specific، مما يساعد على تحديد مصدر التلوث البكتري. وتُمَيَّزُ السلالات بحسب نمطها المصليِّ، وذلك بحسب أضدادها antigens السطحية النوعية (طبقةُ عَديدُ السَّكاريدِ الشَّحْمِيّ lipopolysaccharides، الفلاجلين flagellin، المحفظة capsule). وتمتاز الإشريكيةُ القُولُونِيَّةُ بجينوم لَدُوْنٍ plasticity. حيث تنبثق سلالات جديدة عبر الحوادث الأحيائية الطبيعية مثل الطفرات وتضاعف الجينات gene duplication وانتقال الجينات الأفقي horizontal gene transfer. ولقد انبثقت جميع سلالاتها من السلالة K-12 أو من السلالةB- . ويعتقد أن السلالة التي اكتشفها Escherich قد ضاعت. واعتُمِدت السلالة ATCC11775 بديلاً منها، وهي ممرضة للدجاج وذات نمط مصلي O1:K1:H7. وتُعْتَمَدُ السلالاتُ O157:H7 و K12MG1655 وK-12W3110 في الدراسات الراهنة.

تمتاز بعض السلالات بقدرتها على تطوير سمات ضارة بمضيفها تتمثل بحالات إسهال قد تكون قاتلة للأطفال أحياناً. وتُعدّ السلالة O157:H7 مسبباً مرضياً خطراً يؤدي إلى موت المسنين. وأضحت السلالة O104:H4 فاشية outbreak في صيف 2011 في ألمانيا وانتشرت عبر تلويث الأغذية البشرية. وقد تظاهرت الأعراض بنزيف معوي enterohemorrhage، مما أدى إلى مُتَلاَزِمَةِ انْحِلاَلِ الدَّمِ-اليوريمية hemolytic-uremic syndrome. ويعتقد أن مصدر التلوث كان من بذور الحلبة fenugreek من مصر. وتسبب السلالات الممرضة أمراضاً واسعة الطيف مثل التهاب المعدة والأمعاء gastroenteritis وأخماج المجاري البولية urinary tract infections والتهاب سحايا الولدان neonatal meningitis والتهاب الصفاق peritonitis والتهاب الثدي mastitis والإنتان الدموي septicemia والالتهاب الرئوي pneumonia.

الكيمياء الحيوية وأحيائية الإشريكية

تتركب الإشريكية من المكونات الجزيئية المبينة في الجدول (2).

يحيط بالإشريكية جدار خلوي cell wall سماكته 11-25 نانومتر nm. يتركب من غشاء خارجي من الشحوم الفسفورية phospholipids مرصعة نحو السطح بعَديدِ السَّكاريدِ الشَّحْمِيّ . وتبرز منه أشعار pili ذات فائدة في عملية الاقتران والالتصاق، وغشاء داخلي من الشحوم الفسفورية المزينة فسيفسائياً ببروتينات وظيفية مختلفة. يلتف الغشاء الداخلي على نفسه في منطقة معيّنة مكوناً الجُسَيْمَ المُتَوَسِّط mesosome الذي يخدم كموقع لتضاعف الدنا أو تنفيذ تفاعلات إنزيمية متخصصة، ويفصل بين الغشائين جبلةٌ محيطية periplasm، مركّبة من الميورين murein أو ما يعرف بالببتيدوغليكان peptidoglycan (الشكل 2). وتعيش على مصادر غذائية كثيرة التنوع، حيث تقوم بتخمير مزيجٍ من الحموض في ظروف لاهوائية لإنتاج الكحول والسكسينات succinates واللاكتات والخلات وثنائي أكسيد الكربون. وتعدّ درجة الحرارة الفضلى لنموها 37°س، لكن بعض السلالات المخبرية تتكاثر في الدرجة 49°س. وتنقسم بطريقة الانشطار الثنائي binary fission كل 60 دقيقة بالظروف العادية وفي زمن 20 دقيقة بالظروف المضافة. ويمكنها النمو بطريقة التنفس الهوائي أو اللاهوائي، وذلك باستخدام طرائق أكسدة واختزالٍ (إرجاع) ثنائية redox pairs، بما فيها أكسدة حمض البيروفيك وحمض الفورميك والهدروجين والحموض الأمينية، أو باختزال موادَّ مثل الأكسجين وثنائي ميتيل أكسيد الكبريت dimethyl sulfoxide وثلاثي ميتيل أمين N-أكسيد trimethylamine N-oxide.

الشكل (2): مقطع عرضيٌّ في جدار الإشريكية القولونية

ساهمت الإشريكية في التجارب المخبرية التطورية المديدة عبر إثبات أن الضغوط البيئية تولد تكيفاً تطورياً محدداً. فقد استطاع Linski عام 1988 أن يثبت قدرة انبثاق E. coli لتصبح هوائية حيث تستخدم الأكسجين في استقلاب السيترات citrate، وهذا شأنٌ نادرٌ جداً فقد أُحْدِثَ التنوعُ speciation مخبرياً. وعادة يجري التفريق بين E. coli والسلمونيلا Salmonella عبر الزراعة في بيئة هوائية.

مجين الإشريكيةِ القُولُونِيَّةِ

دُرِسَ مجينُ الإشريكيةِ القُولُونِيَّةِ مدة تقارب 40 عاماً. وتحتوي على صبغي حلقي من شريط مضاعف من الدنا في منطقة تسمى نَوَوانِيّ nucleoid ضمن بلاسما (هيولى) الخلية، ويُصحَب بعدد من البروتينات. تساهم هذه البروتينات في تحويل الصبغي إلى شكل مدمج compact، وليس لتكوين الجُسَيماتِ النَوَوِيِّةِ nucleosomes، ليأخذ حيزاً صغيراً في فضاء البلاسما. ويبدو الشكل المدمج على شكل عُرى loops أو عرى مجدولة جدلاً قوياً (الشكل 3). ويضم الصبغي موقعاً واحداً لبدء عملية تضاعفه origin of replication. ويوجد داخل الخلية عامل خصوبة fertility factor. ويُشار إلى الخلية التي تحويه بـ F+، وهي تؤدي دور معطٍ donor للمادة للوراثية عبر الاقتران conjugation الجنسي مع خلايا تفتقر له (- (F (الشكل 4). وتؤدي عملية الاقتران إلى تحويل خلية من نمط -F إلى نمط F+ عبر اكتسابها لنسخة من عامل الاقتران. يضم عامل الاقتران عشرات الجينات الضرورية للتكاثر الجنسي. يندمج عامل الاقتران مع صبغي الخلية المستقبلة أحياناً، ويُشار إليها بالخلية البكترية عالية التأشيب high frequency recombination (Hfr). وهناك جزيئات دنا حلقية صغيرة متعددة (يصل عددها إلى مئة أحياناً) تعرف بالبلازميدات plasmids (الشكل 5). وقد صُنِّفت البلازميدات البكترية بحسب أدوارها، وهذا منوط بطبيعة الجينات التي تحملها. فمنها المقاومة للصادات الحيوية والتدركية degradative والمُمرضة وعوامل التكاثر والمفرزة للكوليسينات colicins للمساعدة على قتل غيرها من البكتريا. ونُشِرَ أول تتالي نوكليوتيدات كامل لسلالة منبثقةٍ من السلالة K-12 في مجلة العلوم Science في 5 أيلول عام 1997. ويتوفر حالياً تحليل مجن 16 سلالة مختلفةٍ من E. coli و Shigella. وتوجد اختلافاتٌ واسعة بين مجنها، في حين أن 20 % من مجنها متشابه فقط. ويضم كل مجين عدداً متفاوتاً من الجينات يراوح بين 4000 و 5000 جين، ويزيد العدد الإجمالي للجينات في جميع السلالات على 16000 جين. وقد فُسِّرَ هذا العدد الكبير من الجينات المتباينة بين السلالات بأنه قد نشأ في أنواعٍ أخرى، وانتقل بطريقة أفقية بينها. ووجد أن المادة الوراثية هي جزيء حلقي مضاعف من الدنا مكونٌ من 221 639 4 شفعاً نوكليوتيدياً (الشكل 6). وتضم 4288 جيناً مُرَمِّزة للبروتينات منتظمة في 2584 أوبيروناً operons، وسبعة أوبيرونات خاصة بـ rRNA و 86 جيناً مرمزة لـ tRNA. ويمتاز المجين بكثافة جينية مرتفعة، فالمسافة الفاصلة وسطياً بين الجينات بحدود 118 شفعاً قاعدياً base pairs. ولقد وجد في المجين مكونات جينية مختلفة مثل الينقولات transposones والعناصر المتكررة repeated elements وطلائع عاثِية خبيئة cryptic prophages وبقايا عاثِيِّات bacteriophages remnants.

الشكل (3): أشكال صبغي الإشريكية القولونية، حلقياً عارياً (يسار) ومدمجاً (وسط) وجدائل شديدة الالتفاف (يمين).

الشكل (4): الاقتران الجرثومي. صورة بالمجهر الإلكتروني (يمين). مخطط عملية الاقتران وانتقال عامل الاقتران من خلية مانحة (+F) إلى خلية مستقبلة (-F) (يسار).

الشكل (5): بلازميد الإشريكية، صورة بالمجهر الإلكتروني (يمين) ومخطط للخلية وبلازميداتها (يسار).ء

الشكل (6): مخطط مبسط لمجين الإشريكية القولونية

تمثل الجينات المرمزة للبروتينات نسبة 87.8 % من المجين في الإشريكية، وتصنف هذه إلى:

- 45 جيناً ذات وظائف منظمة (1.05 %).

- 243 جيناً مرمزة لاستقلاب الطاقة (5.67 %).

- 115 جيناً مرمزة لتضاعف الدنا والتأشيب reconbination والترميم (2.68 %).

- 255 جيناً مرمزة للنسخ transcription واصطناع الـ RNA والاستقلاب ( 5.94 %).

- 182 جيناً مرمزة للترجمة translation (42.4%).

- 131 جيناً مرمزة لاصطناع الحموض الأمينية واستقلابها ( 3.06 %).

- 58 جيناً لاصطناع النوكليوتيدات واستقلابها (1.35 %).

دور الإشريكية القُولُونِيَّة في التقانات الحيوية

اكتشفت ظاهرة الاقتران البكتري عام 1946 من قبل Lederberg & Tatum. ثم استُخدِمت في أبحاث وراثة البكتريا والعاثيَّات. وصنفت آلِيَّاتُ الانتقال الجيني في البكتريا (الشكل 7) إلى:

الشكل (7) : آليات الانتقال المورثي في الإشريكية القولونية

1 - الاقتران: اتصال بين خليتين وتكوين جسرٍ بلاسمي cytoplasmic تعبر خلاله المادة الوراثية من خلية معطية F+ إلى خلية متلقية -F، وتصبح الأخيرة F+.

2 - الاستحالة transformation: انتقال قطعة دنا من الوسط المحيط (بعد انحلال الخلية البكترية) ودخولها عبر منافذ محددة إلى خلية بكترية أخرى.

3 - التنبيغ transduction: انتقال قطعة دنا من خلية بكترية إلى أخرى بوساطة العاثيات.

تُعدّ أبحاث Cohen & Boyer Stanley على E. coliعبر استخدام البلازميدات وإنزيمات الاقتطاع (التحديد) restriction enzymes لتكوين دنا مؤشب؛ أساسَ التقانات الحيوية. ونظراً لتاريخها الطويل في الاستخدام المخبري من حيث السهولة والتحكم؛ فقد أضحت الإشريكية وسيلة مهمة في علوم الهندسة الأحيائية وعلم الأحياء الدقيقة الصناعي. وهي بارعة كمضيف في إنتاج البروتينات الغيرية (الغريبة) heterologous، فقد استخدم الباحثون البلازميدات في نقل الجينات الأجنبية إليها. ولعل من أهم التطبيقات العلاجية في الطب هو إنتاج هرمون الإنسولين البشري بتقانة التأشيب. كما استخدمت في تطوير اللقاحات والعلاج الحيوي bioremediation وإنتاج الإنزيمات المستوقفة immobilized.

التصنيف : الأحياء الدقيقة

النوع : الأحياء الدقيقة

المجلد: المجلد الثاني

رقم الصفحة ضمن المجلد : 0

آخر أخبار الهيئة :

البحوث الأكثر قراءة

اصدارات الموسوعة العربية

أسماء الباحثين

هل تعلم ؟؟

• - هل تعلم أن الأبلق نوع من الفنون الهندسية التي ارتبطت بالعمارة الإسلامية في بلاد الشام ومصر خاصة، حيث يحرص المعمار على بناء مداميكه وخاصة في الواجهات

• - هل تعلم أن الإبل تستطيع البقاء على قيد الحياة حتى لو فقدت 40% من ماء جسمها ويعود ذلك لقدرتها على تغيير درجة حرارة جسمها تبعاً لتغير درجة حرارة الجو،

• - هل تعلم أن أبقراط كتب في الطب أربعة مؤلفات هي: الحكم، الأدلة، تنظيم التغذية، ورسالته في جروح الرأس. ويعود له الفضل بأنه حرر الطب من الدين والفلسفة.

• - هل تعلم أن المرجان إفراز حيواني يتكون في البحر ويتركب من مادة كربونات الكلسيوم، وهو أحمر أو شديد الحمرة وهو أجود أنواعه، ويمتاز بكبر الحجم ويسمى الش

• هل تعلم أن الأبسيد كلمة فرنسية اللفظ تم اعتمادها مصطلحاً أثرياً يستخدم في العمارة عموماً وفي العمارة الدينية الخاصة بالكنائس خصوصاً، وفي الإنكليزية أب

• - هل تعلم أن أبجر Abgar اسم معروف جيداً يعود إلى عدد من الملوك الذين حكموا مدينة إديسا (الرها) من أبجر الأول وحتى التاسع، وهم ينتسبون إلى أسرة أوسروين

• - هل تعلم أن الأبجدية الكنعانية تتألف من /22/ علامة كتابية sign تكتب منفصلة غير متصلة، وتعتمد المبدأ الأكوروفوني، حيث تقتصر القيمة الصوتية للعلامة الك

شراء النسخة الورقية