الأنماط البكتيرية

📅 آخر تحديث: ٢٩ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٩ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 1 صور
الموسوعة الحرة

تكثيف بكتيريا الإشريكية القولونية وتكوين الأنماط تحت ضغط الرقم الهيدروجيني من خلال الانجذاب الكيميائي السلبي .

قد تُشكّل تجمعات البكتيريا أنماطًا مرئية بالعين المجردة. وقد ينشأ تكوين هذه الأنماط من آلياتٍ مُحددة.

مثل النمو والحركة والإشارات الكيميائية بين الخلايا ، ويعتمد على التغذية الراجعة الإيجابية بين العديد من المتغيرات الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية.

أثناء نموها على الأسطح الصلبة، قد تتخذ مستعمرات البكتيريا أشكالًا مختلفة تبعًا لظروف النمو. وتنشأ أنماط متنوعة نتيجةً للتفاعل بين استهلاك المغذيات، وإفراز الفضلات، وصلابة الركيزة ، ونمو الخلايا . في الأوساط السائلة والمسامية ، قد تُشكّل البكتيريا أنماطًا ديناميكية بالسباحة باتجاه بعضها البعض. ومن خلال تعديل بيئتها الكيميائية المحلية، تتواصل الخلايا وتجذب غيرها لتشكيل أنماط مُنظّمة من مُكثّفات مليمترية مُكوّنة من خلايا سابحة. يعتمد هذا النوع من تكوين الأنماط على التفاعل بين قدرة الخلايا على الهجرة نحو الظروف المُلائمة باستخدام نظام الانجذاب الكيميائي ، والتغيرات الكيميائية التي تُحدثها الخلايا في البيئة.

تمت ملاحظة ودراسة تكوين الأنماط البكتيرية في العديد من الكائنات النموذجية، مثل الإشريكية القولونية ، والعصوية الرقيقة ، والمتقلبة الرائعة ، والعديد من أنواع الزائفة .

أنماط في مستعمرات البكتيريا

لقد خضعت عملية تكوين الأنماط في نمو مستعمرات البكتيريا لدراسات تجريبية مكثفة. وقد أُجري عدد كبير من الدراسات حول تكوين الأنماط في مستعمرات بكتيريا Bacillus subtilis و Proteus mirabilis . ويبدو أن الأشكال الناتجة تعتمد على ظروف النمو. وتشمل هذه الأشكال أشكالًا معروفة مثل الشكل المتفرع الكثيف (DBM) أو التجمع المحدود بالانتشار (DLA)، ولكن يمكن أيضًا ملاحظة أنماط أكثر تعقيدًا وسلوكًا زمنيًا مختلفًا.

يمكن لبكتيريا العصوية الرقيقة (Bacillus subtilis) أن تنمو في طبق بتري في ظروف مُحكمة. ومن خلال تغيير تركيز الآجار (مما يسمح بالتحكم في صلابة الوسط)، وتركيز المغذيات ، يمكن دراسة استجابة المستعمرة للضغوط الخارجية. وتظهر الأشكال المختلفة في ظروف النمو التالية:

  • مستويات عالية من العناصر الغذائية، وسط غذائي صلب: نمو يشبه جنة عدن
  • مستوى عالٍ من العناصر الغذائية، صلابة متوسطة شبه لينة - نمو دوري يشكل حلقات متحدة المركز
  • مستوى عالٍ من العناصر الغذائية، وسط ناعم - نمو متجانس يشبه القرص
  • مستوى منخفض من العناصر الغذائية، وسط غذائي صلب - نمو DLA
  • مستوى منخفض من العناصر الغذائية، وسط زراعي لين - نمو فطر المحار.

يمكن بعد ذلك رسم مخطط مورفولوجي كامل عن طريق تغيير ظروف النمو.

يمكن الحصول على هذه الأشكال المختلفة من خلال نموذج التفاعل والانتشار . يُعد هذا النوع من النماذج مفيدًا لتقييم الآليات ذات الصلة بهذه الأشكال. يمكن الحصول على المخطط المورفولوجي الكامل باستخدام عاملين: كثافة البكتيريا وتركيز المغذيات، مع الأخذ في الاعتبار قدرة البكتيريا على زيادة حركتها استجابةً للظروف الخارجية المعاكسة. وهذا يعني أن الانتشار في الوسط واستجابة البكتيريا هما العاملان المهمان في هذه الحالة.

أنماط البكتيريا السابحة

تستطيع البكتيريا المتحركة الهجرة على طول التدرجات الكيميائية في عملية تُعرف باسم الانجذاب الكيميائي . وفي ظل ظروف مختلفة، تستطيع البكتيريا أيضًا تعديل بيئتها المحلية. وبذلك، تُولّد تدرجات كيميائية ذاتيًا، وباتباع هذه التدرجات، ينشأ انجذاب ذاتي بين الخلايا المتجاورة، مما يؤدي إلى تغذية راجعة إيجابية وتكوين أنماط مرئية بالعين المجردة . وقد لوحظ هذا التكثيف واسع النطاق من خلال إفراز جزيئات جاذبة [ 1 ] [ 2 ] وإزالة جزيئات طاردة [ 3 ] [ 4 ] ، ويبدو أنه مفيد للبكتيريا أثناء الإجهاد [ 3 ] .

غالبًا ما يتم نمذجة تكوين هذه الأنماط رياضيًا عن طريق تعديل معادلات كيلر-سيجل . عادةً، تُستخدم مجموعة من المعادلات التفاضلية الجزئية غير الخطية لنمذجة سلوك البكتيريا والبيئة الكيميائية التي تستجيب لها ( معادلات التفاعل والانتشار ). [ 5 ] [ 6 ] [ 4 ]

مراجع

  • ماتسوشيتا، م.؛ واكيتا، ج.؛ إيتوه، هـ.؛ رافولز، إ.؛ ماتسوياما، ت.؛ ساكاغوتشي، هـ.؛ ميمورا، م. (1998). "نمو الأسطح وتكوين الأنماط في مستعمرات البكتيريا". فيزيكا أ: الميكانيكا الإحصائية وتطبيقاتها . 249 ( 1-4 ). إلسيفير بي في: 517-524 . رمز Bibcode : 1998PhyA..249..517M . doi : 10.1016/s0378-4371(97)00511-6 . ISSN 0378-4371 . تجارب على بكتيريا Bacillus subtilis أجراها ماتسوشيتا وآخرون.
  • لاكاستا، صباحا؛ كانتالابيدرا، إير؛ أوجيه، م. بينياراندا، أ.؛ راميريز بيسينا إل. (1999/06/01). “نمذجة الأنماط الزمانية المكانية في المستعمرات البكتيرية”. المراجعة البدنية ه . 59 (6). الجمعية الفيزيائية الأمريكية (APS): 7036-7041 . أرخايف : cond-mat/9904367 . بيب كود : 1999PhRvE..59.7036L . دوى : 10.1103/physreve.59.7036 . ISSN 1063-651X . بميد 11969692 .  نموذج التفاعل والانتشار لبكتيريا العصوية الرقيقة (Bacillus Subtilis).
  1. ↑ بودرين، إيلينا أو.؛ ​​بيرغ، هوارد سي. (1991). "أنماط معقدة تشكلها الخلايا المتحركة لبكتيريا الإشريكية القولونية" . مجلة نيتشر . 349 (6310): 630-633 . doi : 10.1038/349630a0 . ISSN 0028-0836 . 
  2. ↑ بودرين، إيلينا أو.؛ ​​بيرغ، هوارد سي. (1995). "ديناميكيات تكوين الأنماط المتناظرة بواسطة البكتيريا الكيميائية الانجذابية" . مجلة نيتشر . 376 (6535): 49-53 . doi : 10.1038/376049a0 . ISSN 0028-0836 . 
  3. ليفني ، نير؛ كولر، موريا؛ فاكنين، آدي (21 أغسطس 2024). "التكثيف الجماعي والتجمع الذاتي لبكتيريا الإشريكية القولونية في بيئات حمضية متجانسة" . مجلة كوميونيكيشنز بيولوجي . 7 ( 1): 1028. doi : 10.1038/s42003-024-06698-1 . ISSN 2399-3642 . PMC 11339372. PMID 39169072 .   
  4. ليفني ، نير؛ فاكنين، آدي؛ أغام، أوديد (28-04-2025). "تكوين الأنماط في بكتيريا الإشريكية القولونية من خلال الانجذاب الكيميائي السلبي: عدم الاستقرار، والتكثيف، والاندماج" . مجلة Physical Review Research . 7 (2). doi : 10.1103/PhysRevResearch.7.023095 . ISSN 2643-1564 . 
  5. ↑ كيلر، إيفلين ف.؛ سيجل، لي أ. (1970-03-01). "بدء تكتل العفن المخاطي يُنظر إليه على أنه حالة عدم استقرار" . مجلة البيولوجيا النظرية . 26 (3): 399-415 . doi : 10.1016/0022-5193(70)90092-5 . ISSN 0022-5193 . 
  6. ↑ كيلر، إيفلين ف.؛ سيجل، لي أ. (1971-02-01). "أشرطة متنقلة من البكتيريا الكيميائية: تحليل نظري" . مجلة البيولوجيا النظرية . 30 (2): 235-248 . doi : 10.1016/0022-5193(71)90051-8 . ISSN 0022-5193 .