الانجذاب الكيميائي

الانجذاب الكيميائي (من كلمتي "كيميائي" و" انجذاب ") هو حركة الكائن الحي أو الكيان استجابةً لمؤثر كيميائي. ^{[ 1 ]} توجه الخلايا الجسدية والبكتيريا والكائنات الحية الأخرى، وحيدة الخلية أو متعددة الخلايا ، حركتها وفقًا لمواد كيميائية معينة في بيئتها. وهذا مهم للبكتيريا للعثور على الغذاء (مثل الجلوكوز ) عن طريق السباحة نحو أعلى تركيز لجزيئات الغذاء، أو للهروب من السموم (مثل الفينول ). في الكائنات متعددة الخلايا، يُعد الانجذاب الكيميائي بالغ الأهمية للنمو المبكر (مثل حركة الحيوانات المنوية نحو البويضة أثناء الإخصاب ) والتطور (مثل هجرة الخلايا العصبية أو اللمفاوية )، وكذلك في الوظائف الطبيعية والصحة (مثل هجرة الكريات البيضاء أثناء الإصابة أو العدوى). ^{[ 2 ]} بالإضافة إلى ذلك، لوحظ أن الآليات التي تسمح بالانجذاب الكيميائي في الحيوانات يمكن أن تتعطل أثناء انتشار السرطان ، ^{[ 3 ]} وأن التغير الشاذ في الخصائص العامة لهذه الشبكات، التي تتحكم في الانجذاب الكيميائي، يمكن أن يؤدي إلى التسرطن . ^{[ 4 ]} يساهم الانجذاب الكيميائي الشاذ للخلايا البيضاء والليمفاوية أيضًا في الأمراض الالتهابية مثل تصلب الشرايين والربو والتهاب المفاصل. ^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]} قد تُظهر المكونات الخلوية، مثل رقعة الاستقطاب التي تُنتجها الخميرة أثناء التزاوج، سلوكًا انجذابيًا كيميائيًا أيضًا. ^{[ 9 ]}

يحدث الانجذاب الكيميائي الإيجابي إذا كانت الحركة باتجاه تركيز أعلى للمادة الكيميائية المعنية؛ أما الانجذاب الكيميائي السلبي فيحدث إذا كانت الحركة في الاتجاه المعاكس. ويمكن تسمية الحركة الناتجة عن تحفيز كيميائي (الموجهة عشوائياً أو غير الموجهة) بالحركة الكيميائية .

على الرغم من أن ليفينهوك رصد هجرة الخلايا منذ بدايات تطوير المجهر ، إلا أن محاضرة في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا (كالتك) حول الانجذاب الكيميائي تشير إلى أن «الوصف الدقيق للانجذاب الكيميائي لم يُقدم إلا من قبل تي دبليو إنجلمان (1881) و دبليو إف فايفر (1884) في البكتيريا، وإتش إس جينينغز (1906) في الهدبيات ». ^{[ 10 ] [ 11 ]} كما ساهم الحائز على جائزة نوبل، آي. ميتشنيكوف، في دراسة هذا المجال خلال الفترة من 1882 إلى 1886، من خلال بحثه في هذه العملية كخطوة أولية في البلعمة . ^{[ 12 ]} وقد حظيت أهمية الانجذاب الكيميائي في علم الأحياء وعلم الأمراض السريري بقبول واسع في ثلاثينيات القرن العشرين، ووُضعت أهم التعريفات الأساسية لهذه الظاهرة بحلول ذلك الوقت. وقد وصف إتش. هاريس أهم جوانب مراقبة جودة فحوصات الانجذاب الكيميائي في خمسينيات القرن العشرين. ^{[ 13 ]} في ستينيات وسبعينيات القرن العشرين، أتاحت ثورة علم الأحياء الخلوي والكيمياء الحيوية الحديثة سلسلة من التقنيات الجديدة لدراسة الخلايا المستجيبة المهاجرة والأجزاء الخلوية المسؤولة عن النشاط الكيميائي. ^{[ 14 ]} أدى توفر هذه التقنية إلى اكتشاف C5a، وهو عامل كيميائي رئيسي يشارك في الالتهاب الحاد. وقد ساهمت الأعمال الرائدة لج. أدلر في تحديث فحص بففر الشعيري، ومثّلت نقطة تحول هامة في فهم عملية نقل الإشارات داخل الخلايا البكتيرية. ^{[ 15 ] [ 16 ]}

تحتوي بعض أنواع البكتيريا ، مثل الإشريكية القولونية ، على عدة أسواط في كل خلية (عادةً من 4 إلى 10). ويمكن لهذه الأسواط أن تدور بطريقتين:

1. يؤدي الدوران عكس اتجاه عقارب الساعة إلى محاذاة الأسواط في حزمة دوارة واحدة، مما يجعل البكتيريا تسبح في خط مستقيم؛
2. يؤدي الدوران باتجاه عقارب الساعة إلى تفكك حزمة الأسواط بحيث يشير كل سوط في اتجاه مختلف، مما يتسبب في دوران البكتيريا في مكانها. ^{[ 17 ]}

تُعطى اتجاهات الدوران لمراقب خارج الخلية ينظر إلى أسفل الأسواط باتجاه الخلية. ^{[ 18 ] [ 11 ]}

تحويل الإشارة

تُستشعر التدرجات الكيميائية عبر مستقبلات غشائية متعددة ، تُسمى بروتينات الانجذاب الكيميائي المستقبلة للميثيل (MACPs)، والتي تختلف في الجزيئات التي تستشعرها. ^{[ 36 ]} من المعروف أن آلافًا من مستقبلات MACP مُشفّرة في جميع أنحاء المملكة البكتيرية. ^{[ 37 ]} قد ترتبط هذه المستقبلات بالمواد الجاذبة أو الطاردة بشكل مباشر أو غير مباشر من خلال التفاعل مع بروتينات الفراغ المحيط بالبلازما . ^{[ 38 ]} تُنقل الإشارات من هذه المستقبلات عبر غشاء البلازما إلى السيتوسول ، حيث تُفعّل بروتينات الانجذاب الكيميائي (Che) . ^{[ 39 ]} تُغير بروتينات الانجذاب الكيميائي (Che) تردد الدوران، وتُغير المستقبلات. ^{[ 39 ]}

تنظيم السوط

يرتبط البروتينان CheW وCheA بالمستقبل. يؤدي غياب تنشيط المستقبل إلى فسفرة ذاتية في كيناز الهيستيدين CheA، عند بقايا هيستيدين واحدة محفوظة للغاية. ^{[ 40 ]} بدوره، ينقل CheA مجموعات الفوسفوريل إلى بقايا الأسبارتات المحفوظة في منظمات الاستجابة CheB وCheY؛ CheA هو كيناز هيستيدين ولا ينقل مجموعة الفوسفوريل بنشاط، بل يأخذ منظم الاستجابة CheB مجموعة الفوسفوريل من CheA. تُسمى آلية نقل الإشارة هذه بنظام المكونين ، وهي شكل شائع من أشكال نقل الإشارة في البكتيريا. يحفز CheY الدوران من خلال التفاعل مع بروتين مفتاح السوط FliM، مما يؤدي إلى تغيير دوران السوط من عكس اتجاه عقارب الساعة إلى اتجاه عقارب الساعة. يمكن أن يؤدي تغيير حالة دوران سوط واحد إلى تعطيل حزمة الأسواط بأكملها والتسبب في دورانها.

تنظيم المستقبلات

عند تنشيطه بواسطة CheA، يعمل CheB كميثيل إستراز ، حيث يزيل مجموعات الميثيل من بقايا الغلوتامات على الجانب السيتوبلازمي للمستقبل؛ ويعمل بشكل معاكس لـ CheR، وهو ناقل ميثيل ، الذي يضيف بقايا الميثيل إلى بقايا الغلوتامات نفسها. ^{[ 36 ]} إذا ظل مستوى الجاذب مرتفعًا، فسيظل مستوى فسفرة CheA (وبالتالي CheY وCheB) منخفضًا، وستسبح الخلية بسلاسة، وسيزداد مستوى مثيلة MCPs (لأن CheB-P غير موجود لإزالة الميثيل). ^{[ 36 ]} تتوقف MCPs عن الاستجابة للجاذب عندما تصبح مثيلة بالكامل؛ لذلك، حتى لو ظل مستوى الجاذب مرتفعًا، سيزداد مستوى CheA-P (وCheB-P) وستبدأ الخلية بالتقلب. ^{[ 36 ]} يمكن إزالة مجموعة الميثيل من مستقبلات MCP بواسطة CheB-P، وعندها تستجيب المستقبلات مجددًا للمواد الجاذبة. ^{[ 36 ]} أما بالنسبة للمواد الطاردة، فالوضع معكوس: تستجيب مستقبلات MCP الميثيلية بالكامل بشكل أفضل للمواد الطاردة، بينما تستجيب مستقبلات MCP الأقل ميثيلية بشكل أسوأ. يسمح هذا التنظيم للبكتيريا بـ"تذكر" التركيزات الكيميائية من الماضي القريب، لبضع ثوانٍ، ومقارنتها بتلك التي تتعرض لها حاليًا، وبالتالي "معرفة" ما إذا كانت تتحرك صعودًا أو هبوطًا في تدرج التركيز. ^{[ 41 ]} بالإضافة إلى قدرة البكتيريا على الاستجابة للتدرجات الكيميائية، توجد آليات أخرى تساهم في زيادة القيمة المطلقة للحساسية على خلفية معينة. من الأمثلة الراسخة على ذلك الاستجابة فائقة الحساسية للمحرك لإشارة CheY-P، وتجمع المستقبلات الكيميائية. ^{[ 42 ] [ 43 ]}

المواد الكيميائية الجاذبة والمواد الكيميائية الطاردة هي مواد غير عضوية أو عضوية تمتلك تأثيرًا محفزًا للانجذاب الكيميائي في الخلايا المتحركة. تُنشئ هذه الروابط الكيميائية الجاذبة تدرجات في التركيز الكيميائي، تتحرك الكائنات الحية، بدائية النواة وحقيقية النواة، نحوها أو بعيدًا عنها، على التوالي. ^{[ 44 ]}

تُستحث تأثيرات المواد الكيميائية الجاذبة عبر مستقبلات كيميائية مثل بروتينات التجاذب الكيميائي المستقبلة للميثيل (MCP). ^{[ 45 ]} تشمل بروتينات MCP في بكتيريا الإشريكية القولونية Tar وTsr وTrg وTap. ^{[ 46 ]} تشمل المواد الكيميائية الجاذبة لـTrg الريبوز والجلاكتوز ، بينما يُعد الفينول مادة كيميائية طاردة. يتعرف كل من Tap وTsr على ثنائيات الببتيد والسيرين كمواد كيميائية جاذبة، على التوالي. ^{[ 46 ]}

ترتبط المواد الكيميائية الجاذبة أو الطاردة ببروتينات MCP في نطاقها خارج الخلوي؛ وينقل نطاق الإشارة داخل الخلوي التغيرات في تركيز هذه الروابط الكيميائية إلى بروتينات لاحقة مثل CheA، الذي ينقل هذه الإشارة بدوره إلى محركات السوط عبر CheY المُفسفر (CheY-P). ^{[ 45 ]} وبذلك، يستطيع CheY-P التحكم في دوران السوط، مما يؤثر على اتجاه حركة الخلية. ^{[ 45 ]}

بالنسبة لبكتيريا الإشريكية القولونية ، وبكتيريا S. meliloti ، وبكتيريا R. spheroides ، يؤدي ارتباط المواد الكيميائية الجاذبة ببروتينات MCP إلى تثبيط نشاط إنزيم CheA، وبالتالي نشاط إنزيم CheY-P، مما ينتج عنه حركة سلسة. أما بالنسبة لبكتيريا B. substilis ، فيزداد نشاط إنزيم CheA. ^{[ 45 ]} تتسبب عمليات المثيلة في بكتيريا الإشريكية القولونية في انخفاض ألفة بروتينات MCP للمواد الكيميائية الجاذبة، مما يؤدي إلى زيادة نشاط إنزيمي CheA وCheY-P، وبالتالي حدوث تقلبات. ^{[ 45 ]} وبهذه الطريقة، تستطيع الخلايا التكيف مع تركيز المواد الكيميائية الجاذبة الفوري، واكتشاف أي تغييرات لاحقة لتنظيم حركتها. ^{[ 45 ]}

تُعرف عوامل الجذب الكيميائي في حقيقيات النوى جيدًا بالنسبة للخلايا المناعية. تجذب الببتيدات الفورميلية ، مثل fMLF ، الكريات البيضاء كالخلايا المتعادلة والبلعمية ، مما يؤدي إلى تحركها نحو مواقع العدوى. ^{[ 47 ]} لا تعمل ببتيدات الميثيونينيل غير المؤستلة كعوامل جذب كيميائي للخلايا المتعادلة والبلعمية. ^{[ 47 ]} كما تتحرك الكريات البيضاء نحو عوامل الجذب الكيميائي C5a، وهو أحد مكونات المتممة ، والروابط الخاصة بمسببات الأمراض على البكتيريا. ^{[ 47 ]}

تُعدّ آليات عمل المواد الكيميائية الطاردة أقل وضوحًا من آليات عمل المواد الكيميائية الجاذبة. فعلى الرغم من أن المواد الكيميائية الطاردة تعمل على تحفيز استجابة تجنبية لدى الكائنات الحية، إلا أن طحلب التتراهيمينا ثيرموفيلا يتكيف مع مادة كيميائية طاردة، وهي ببتيد نترين-1 ، في غضون 10 دقائق من التعرض لها؛ ومع ذلك، فإن التعرض لمواد كيميائية طاردة مثل GTP و PACAP-38 ونوسيسيبتين لا يُظهر أي تكيفات مماثلة. ^{[ 48 ]} يُعدّ كل من GTP و ATP مواد كيميائية طاردة بتركيزات ميكرومولية لكل من التتراهيمينا والبراميسيوم . تتجنب هذه الكائنات الحية هذه الجزيئات من خلال إحداث تفاعلات تجنبية لإعادة توجيه نفسها بعيدًا عن التدرج. ^{[ 49 ]}

تختلف آلية الانجذاب الكيميائي التي تستخدمها الخلايا حقيقية النواة اختلافًا كبيرًا عن تلك الموجودة في بكتيريا الإشريكية القولونية ؛ ومع ذلك، يظل استشعار التدرجات الكيميائية خطوة حاسمة في هذه العملية. ^{[ 50 ]} نظرًا لصغر حجمها وقيودها الفيزيائية الحيوية الأخرى، لا تستطيع الإشريكية القولونية الكشف المباشر عن تدرج التركيز. ^{[ 51 ]} بدلًا من ذلك، تستخدم استشعار التدرج الزمني، حيث تتحرك لمسافات أكبر بكثير من عرضها وتقيس معدل تغير التركيز الكيميائي المُدرَك. ^{[ 52 ] [ 53 ]}

الخلايا حقيقية النواة أكبر بكثير من الخلايا بدائية النواة، وتحتوي على مستقبلات موزعة بانتظام في جميع أنحاء غشاء الخلية . ^{[ 52 ]} تتضمن عملية الانجذاب الكيميائي في حقيقيات النوى الكشف عن تدرج التركيز مكانيًا من خلال مقارنة التنشيط غير المتماثل لهذه المستقبلات عند طرفي الخلية. ^{[ 52 ]} يؤدي تنشيط هذه المستقبلات إلى الهجرة نحو المواد الكيميائية الجاذبة، أو بعيدًا عن المواد الكيميائية الطاردة. ^{[ 52 ]} في الخميرة المتزاوجة، وهي غير متحركة، يمكن لبقع بروتينات القطبية على قشرة الخلية أن تنتقل بطريقة انجذاب كيميائيًا مع تدرجات الفيرومونات. ^{[ 54 ] [ 9 ]}

وقد ثبت أيضًا أن الخلايا بدائية النواة وحقيقية النواة على حد سواء قادرة على تكوين ذاكرة كيميائية. ^{[ 53 ] [ 55 ]} في بدائيات النوى، تتضمن هذه الآلية مثيلة مستقبلات تُسمى بروتينات الكيموتاكسيس المستقبلة للميثيل (MCPs). ^{[ 53 ]} ينتج عن ذلك فقدان حساسيتها، مما يسمح لبدائيات النوى بـ"تذكر" التدرج الكيميائي والتكيف معه. ^{[ 53 ]} في المقابل، يمكن تفسير الذاكرة الكيميائية في حقيقيات النوى بنموذج التنشيط الموضعي والتثبيط الشامل (LEGI). ^{[ 55 ] [ 56 ]} يتضمن نموذج LEGI التوازن بين التنشيط السريع والتثبيط المتأخر، والذي يتحكم في الإشارات اللاحقة مثل تنشيط Ras وإنتاج PIP3 . ^{[ 57 ]}

تمثل مستويات المستقبلات ومسارات الإشارات داخل الخلايا وآليات التأثير مكونات متنوعة من النوع حقيقي النواة. في الخلايا حقيقية النواة وحيدة الخلية، تُعد الحركة الأميبية والهدب أو السوط حقيقي النواة من المؤثرات الرئيسية (مثل الأميبا أو التتراهيمينا ). ^{[ 58 ] [ 59 ]} تتحرك بعض الخلايا حقيقية النواة من أصل الفقاريات العليا ، مثل الخلايا المناعية ، إلى حيث يجب أن تكون. إلى جانب الخلايا المناعية (الخلايا المحببة ، والخلايا الوحيدة ، والخلايا اللمفاوية )، فإن مجموعة كبيرة من الخلايا - التي كان يُعتقد سابقًا أنها ثابتة في الأنسجة - تكون متحركة أيضًا في ظروف فسيولوجية خاصة (مثل الخلايا البدينة ، والخلايا الليفية ، والخلايا البطانية ) أو ظروف مرضية (مثل النقائل ). ^{[ 60 ]} للانجذاب الكيميائي أهمية كبيرة في المراحل المبكرة من تكوين الجنين ، حيث يتم توجيه نمو الطبقات الجرثومية بواسطة تدرجات جزيئات الإشارة. ^{[ 61 ] [ 62 ]}

الكشف عن تدرج عامل الجذب الكيميائي

يبدو أن الجزيء/الجزيئات المحددة التي تسمح للخلايا حقيقية النواة باستشعار تدرج الروابط الكيميائية الجاذبة (أي ما يشبه البوصلة الجزيئية التي تحدد اتجاه هذه الروابط) تتغير تبعًا لنوع الخلية ومستقبل الرابط الكيميائي الجاذب، أو حتى تركيز الرابط الكيميائي الجاذب. ومع ذلك، يبدو أن هذه الجزيئات تُفعَّل بشكل مستقل عن حركة الخلية. أي أن الخلية المحصنة لا تزال قادرة على استشعار اتجاه الرابط الكيميائي الجاذب. ^{[ 63 ]} ويبدو أن هناك آليات يتم من خلالها استشعار التدرج الكيميائي الخارجي وتحويله إلى تدرجات داخلية لبروتين Ras و PIP3 ، مما يؤدي إلى تدرج وتفعيل مسار إشارات، يتوج بتكوين خيوط الأكتين . تُكوّن الأطراف البعيدة المتنامية لخيوط الأكتين روابط مع السطح الداخلي للغشاء البلازمي عبر مجموعات مختلفة من الببتيدات، مما يؤدي إلى تكوين أقدام كاذبة أمامية وأقدام ذيلية خلفية . ^{[ 64 ] [ 65 ]} كما تُنتج أهداب الخلايا حقيقية النواة انجذابًا كيميائيًا؛ في هذه الحالة، يكون ذلك بشكل أساسي تحفيزًا يعتمد على أيونات الكالسيوم (Ca2 ^{+) لنظام} الأنابيب الدقيقة في الجسم القاعدي وحركة الأنابيب الدقيقة 9  +  2 داخل الأهداب. وتتم مزامنة حركة مئات الأهداب بواسطة نظام تحت غشائي مبني بين الأجسام القاعدية. ولا تزال تفاصيل مسارات الإشارات غير واضحة تمامًا.

الاستجابات الهجرية المرتبطة بالانجذاب الكيميائي

يشير مصطلح الانجذاب الكيميائي إلى الهجرة الموجهة للخلايا استجابةً للتدرجات الكيميائية؛ وتوجد عدة اختلافات في الهجرة الناتجة عن المواد الكيميائية كما هو موضح أدناه.

• يشير مصطلح الحركة الكيميائية إلى زيادة حركة الخلايا استجابةً للمواد الكيميائية الموجودة في البيئة المحيطة. وعلى عكس الانجذاب الكيميائي، فإن الهجرة التي تحفزها الحركة الكيميائية تفتقر إلى الاتجاهية، وبدلاً من ذلك تزيد من سلوكيات المسح البيئي. ^{[ 66 ]}
• في عملية التجاذب الهابتوتاكسي، يظهر تدرج عامل الجذب الكيميائي أو يرتبط بسطح ما، على عكس النموذج الكلاسيكي للتجاذب الكيميائي، حيث يتطور التدرج في سائل قابل للذوبان. ^{[ 67 ]} يُعدّ المصفوفة خارج الخلوية (ECM) أكثر أسطح التجاذب الهابتوتاكسي نشاطًا بيولوجيًا شيوعًا ؛ إذ يُعزى تحفيز الهجرة عبر البطانة وتكوين الأوعية الدموية إلى وجود الروابط المرتبطة .
• يُمثل النخر نوعًا خاصًا من الانجذاب الكيميائي، حيث تُطلق جزيئات الجذب الكيميائي من الخلايا النخرية أو الميتة استماتياً . وبحسب الخصائص الكيميائية للمواد المُطلقة، قد يؤدي النخر إلى تراكم الخلايا أو تنافرها، مما يُبرز الأهمية الفيزيولوجية المرضية لهذه الظاهرة.

أجهزة الاستقبال

بشكل عام، تستشعر الخلايا حقيقية النواة وجود المحفزات الكيميائية باستخدام مستقبلات بروتين G المقترنة غير المتجانسة ثلاثية الوحدات ذات سبعة نطاقات عبر الغشاء (أو حلزونية) ، وهي فئة تمثل جزءًا كبيرًا من الجينوم . ^{[ 68 ]} تُستخدم بعض أفراد هذه العائلة الفائقة من الجينات في حاسة البصر ( الرودوبسينات ) وكذلك في حاسة الشم. ^{[ 69 ] [ 70 ]} يتم تنشيط الفئات الرئيسية لمستقبلات الانجذاب الكيميائي بواسطة:

• الببتيدات الفورميلية - مستقبلات الببتيد الفورميلي (FPR)،
• الكيموكينات - مستقبلات الكيموكين (CCR أو CXCR)، و
• الليكوترينات - مستقبلات الليكوترين (BLT). ^{[ 71 ]}

ومع ذلك، فإن تحفيز مجموعة واسعة من مستقبلات الغشاء (مثل النيوكليوتيدات الحلقية ، والأحماض الأمينية ، والأنسولين ، والببتيدات الوعائية الفعالة) يؤدي أيضًا إلى هجرة الخلية. ^{[ 72 ]}

الانتقاء الكيميائي

بينما تُعبَّر بعض مستقبلات الانجذاب الكيميائي على الغشاء السطحي بخصائص طويلة الأمد، نظرًا لتحديدها وراثيًا، فإنّ البعض الآخر يتميز بديناميكيات قصيرة الأمد، إذ تتجمع بشكل مؤقت في وجود الرابط. ^{[ 73 ]} تسمح الخصائص المتنوعة لمستقبلات الانجذاب الكيميائي والروابط بإمكانية اختيار الخلايا المستجيبة للانجذاب الكيميائي باستخدام اختبار انجذاب كيميائي بسيط. من خلال الانتقاء الكيميائي ، يمكننا تحديد ما إذا كان جزيء لم يُوصَف بعد يعمل عبر مسار المستقبل طويل الأمد أو قصير الأمد. ^{[ 74 ]} يُستخدم مصطلح الانتقاء الكيميائي أيضًا للإشارة إلى تقنية تفصل الخلايا حقيقية النواة عن بدائية النواة وفقًا لاستجابتها الكيميائية للروابط الانتقائية. ^{[ 75 ]}

الروابط الكيميائية

يُعدّ عدد الجزيئات القادرة على إحداث استجابات كيميائية مرتفعًا نسبيًا، ويمكننا التمييز بين الجزيئات الكيميائية الأولية والثانوية. وفيما يلي المجموعات الرئيسية للروابط الأولية:

• الببتيدات الفورميلية هي ببتيدات ثنائية وثلاثية ورباعية من أصل بكتيري، مُفرملة على الطرف الأميني للببتيد. ^{[ 76 ]} تُفرز هذه الببتيدات من البكتيريا داخل الجسم الحي أو بعد تحلل الخلية، ومن الأمثلة النموذجية على هذه المجموعة N-فورميل ميثيونيل-ليوسيل-فينيل ألانين (يُختصر إلى fMLF أو fMLP). يُعدّ fMLF البكتيري مُكوّنًا رئيسيًا للالتهاب، وله تأثيرات جاذبة كيميائية مميزة في الخلايا المتعادلة والخلايا الوحيدة. يُمكن الاطلاع على ملخص لعوامل الجذب الكيميائي والمستقبلات المرتبطة بالببتيدات الفورميلية في المقالة ذات الصلة، " مستقبلات الببتيدات الفورميلية" .
• يُعدّ كلٌّ من المُتمِّم 3أ ( C3a ) والمُتمِّم 5أ ( C5a ) نواتج وسيطة في سلسلة تفاعلات المُتمِّم. ويرتبط تصنيعهما بالمسارات البديلة الثلاثة (الكلاسيكية، والمعتمدة على الليكتين، والبديلة) لتنشيط المُتمِّم بواسطة إنزيم كونفيرتاز. وتُعدّ الخلايا المتعادلة والخلايا الوحيدة الخلايا المستهدفة الرئيسية لهذين المُشتقّين.
• تنتمي الكيموكينات إلى فئة خاصة من السيتوكينات ؛ فمجموعاتها (كيموكينات C، CC، CXC، CX3C) لا تقتصر _على كونها جزيئات متشابهة بنيويًا ذات ترتيب خاص من روابط ثنائي الكبريتيد، بل إن تخصصها للخلايا المستهدفة متنوع أيضًا.تعمل كيموكينات CC على الخلايا الوحيدة (مثل RANTES )، بينما تُعد كيموكينات CXC متخصصة في الخلايا المتعادلة (مثل IL-8 ).وقد أظهرت دراسات البنى ثلاثية الأبعاد للكيموكينات أن التركيب المميز للصفائح بيتا واللولب ألفا يوفر التعبير عن التسلسلات اللازمة للتفاعل مع مستقبلات الكيموكين. كماتم إثبات تكوين ثنائيات الكيموكينات وزيادة نشاطها البيولوجي من خلال دراسة البلورات لعدة كيموكينات، مثل IL-8.
• نواتج أيض الأحماض الدهنية المتعددة غير المشبعة
  • الليكوترينات هي وسائط دهنية من نوع الإيكوزانويدات، تُنتَج عن طريق استقلاب حمض الأراكيدونيك بواسطة إنزيم ALOX5 (المعروف أيضًا باسم 5-ليب أوكسيجيناز). يُعد الليكوترين B4 أبرزها، إذ يتميز بنشاطه كعامل جاذب كيميائي، حيث يُحفّز التصاق الكريات البيضاء وانجذابها الكيميائي وتجمعها. ويتم تحفيز هذا التأثير الجاذب كيميائيًا بواسطة الليكوترين B4 عبر مستقبلين مقترنين بالبروتين G ، هما BLT1 و BLT2 ، واللذان يُعبَّر عنهما بكثرة في الخلايا المشاركة في الالتهاب والحساسية. ^{[ 77 ]}
  • تُعدّ عائلة إيكوزانويدات حمض 5-هيدروكسي إيكوساتيتراينويك من نواتج أيض حمض الأراكيدونيك، والتي يُنتجها أيضًا إنزيم ALOX5. تتشكل ثلاثة من هذه العائلة بشكل طبيعي، وتتميز بنشاط كيميائي جاذب قوي. وهذه المركبات، مرتبة تنازليًا حسب فعاليتها، هي: حمض 5-أوكسو-إيكوساتيتراينويك ، وحمض 5-أوكسو-15-هيدروكسي-إيكوساتيتراينويك ، وحمض 5-هيدروكسي إيكوساتيتراينويك . تحفز هذه العائلة من المُحفزات الاستجابات الكيميائية الجاذبة في الخلايا الحمضية ، والعدلات ، والخلايا الوحيدة البشرية ، وذلك عن طريق الارتباط بمستقبل أوكسوإيكوسانويد 1 ، وهو، مثل مستقبلات الليكوترين B4، مستقبل مقترن بالبروتين G. ^{[ 77 ]} وباستثناء الجلد، تُشكل العدلات خط الدفاع الأول للجسم ضد العدوى البكتيرية . بعد مغادرة الأوعية الدموية القريبة، تتعرف هذه الخلايا على المواد الكيميائية التي تنتجها البكتيريا في الجرح أو الخدش وتهاجر "نحو الرائحة".
  • يُعد حمض 5-هيدروكسي إيكوساتريينويك وحمض 5-أوكسو إيكوساتريينويك من نواتج أيض حمض ميد (حمض 5Z ، 8Z ، 11Z- إيكوساتريرينويد )؛ وهما يحفزان انجذاب الكريات البيضاء عبر مستقبل أوكسو إيكوسانويد 1 ^{[ 78 ]} ، حيث يتمتع حمض 5-أوكسو إيكوساتريينويك بنفس فعالية نظيره المشتق من حمض الأراكيدونيك، حمض 5-أوكسو إيكوساتيتراينويك، في تحفيز انجذاب الحمضات والعدلات في دم الإنسان . ^{[ 77 ]}
  • حمض 12-هيدروكسي إيكوساتيتراينويك هو مستقلب إيكوسانويد لحمض الأراكيدونيك يتم إنتاجه بواسطة ALOX12 والذي يحفز انجذاب الكريات البيضاء من خلال مستقبل الليكوترين B4، BLT2. ^{[ 77 ]}
  • البروستاغلاندين D2 هو مستقلب إيكوزانويدي لحمض الأراكيدونيك، يُصنع بواسطة إنزيم سيكلوأكسيجيناز 1 أو سيكلوأكسيجيناز 2، ويحفز الانجذاب الكيميائي عبر مستقبل البروستاغلاندين D2 . ويُثير استجابات انجذاب كيميائي في الخلايا الحمضية والخلايا القاعدية والخلايا التائية المساعدة من النوع Th2. ^{[ 79 ]}
  • حمض 12-هيدروكسي هيبتاديكاتريينويك هو مستقلب غير إيكوزانويد لحمض الأراكيدونيك يتم إنتاجه بواسطة سيكلوأكسيجيناز 1 أو سيكلوأكسيجيناز 2 والذي يحفز انجذاب الكريات البيضاء من خلال مستقبل الليكوترين B4، BLT2. ^{[ 80 ]}
  • حمض 15-أوكسو-إيكوساتيتراينويك هو مستقلب إيكوسانويدي لحمض الأراكيدونيك، يُنتجه إنزيم ALOX15 ؛ وله نشاط كيميائي ضعيف تجاه الخلايا الوحيدة البشرية (انظر حمض 15-هيدروكسي إيكوساتيتراينويك#15-أوكسو-ETE ). ^{[ 81 ]} لم يُكشف بعد عن المستقبل أو الآلية الأخرى التي يحفز بها هذا المستقلب الانجذاب الكيميائي.

تحديد نطاق الانجذاب الكيميائي

تختلف الاستجابات الكيميائية الناتجة عن تفاعلات الليجاند مع المستقبل باختلاف تركيز الليجاند. وتُظهر الدراسات التي أُجريت على عائلات الليجاندات (مثل الأحماض الأمينية أو الببتيدات قليلة الوحدات ) أن النشاط الكيميائي الجاذب يحدث على نطاق واسع، بينما يقتصر النشاط الكيميائي الطارد على نطاقات ضيقة. ^{[ 82 ]}

بينما تستطيع الخلايا الاستجابة للتدرجات الكيميائية الموجودة مسبقًا ، فإنها قادرة أيضًا على القيام بالانجذاب الكيميائي بشكل جماعي عن طريق تعديل البيئة الكيميائية والاستجابة للتدرجات المتولدة ذاتيًا ^{[ 83 ]} . يؤدي استهلاك المواد الكيميائية الجاذبة إلى تدرجات تشير إلى الاتجاه ذي الكثافة الخلوية الأقل؛ وباتباع هذه التدرجات المتولدة ذاتيًا، تتوسع الخلايا إلى مناطق جديدة (وهي عملية تُسمى " توسع النطاق ") ^{[ 84 ] [ 85 ]} . بالإضافة إلى توسع النطاق، قد تستخدم البكتيريا أيضًا الانجذاب الكيميائي لجذب خلايا أخرى والتكاثف إما عن طريق إفراز مواد كيميائية جاذبة ^{[ 86 ] [ 87 ] [ 88 ]} أو عن طريق إزالة المواد الكيميائية الطاردة ^{[ 89 ]} . تؤدي كلتا الآليتين إلى انجذاب ذاتي بين الخلايا، وقد تؤدي إلى تجمعات مجهرية أو تكثفات عيانية وتكوين أنماط .

يُعدّ تغيّر قدرة الخلايا على الهجرة ذا أهمية بالغة في ظهور العديد من الأعراض والمتلازمات السريرية. ويُمثّل تغيّر النشاط الكيميائي لمسببات الأمراض خارج الخلوية (مثل الإشريكية القولونية ) أو داخل الخلوية (مثل الليستيريا المستوحدة ) هدفًا سريريًا هامًا. ويمكن لتعديل القدرة الكيميائية الذاتية لهذه الكائنات الدقيقة بواسطة الأدوية أن يُقلّل أو يمنع نسبة الإصابة بالعدوى أو انتشار الأمراض المعدية. وإلى جانب العدوى، توجد بعض الأمراض الأخرى التي يُعدّ فيها ضعف الانجذاب الكيميائي العامل المسبب الرئيسي، كما هو الحال في متلازمة شيدياك-هيغاشي ، حيث تُعيق الحويصلات العملاقة داخل الخلوية الهجرة الطبيعية للخلايا.

تم تطوير العديد من النماذج الرياضية للانجذاب الكيميائي اعتمادًا على نوع

• الهجرة (على سبيل المثال، الاختلافات الأساسية في سباحة البكتيريا، وحركة حقيقيات النوى وحيدة الخلية ذات الأهداب / السوط ، والهجرة الأميبية )
• الخصائص الفيزيائية والكيميائية للمواد الكيميائية (مثل الانتشار ) التي تعمل كروابط
• الخصائص البيولوجية للروابط (الجزيئات الجاذبة، والمحايدة، والطاردة)
• أنظمة الفحص المستخدمة لتقييم الانجذاب الكيميائي (انظر أوقات الحضانة، والتطور، واستقرار تدرجات التركيز)
• التأثيرات البيئية الأخرى التي لها تأثير مباشر أو غير مباشر على الهجرة (الإضاءة، درجة الحرارة، المجالات المغناطيسية، إلخ).

على الرغم من أن تفاعلات العوامل المذكورة أعلاه تجعل سلوك حلول النماذج الرياضية للانجذاب الكيميائي معقدًا إلى حد ما، إلا أنه من الممكن وصف الظاهرة الأساسية للحركة المدفوعة بالانجذاب الكيميائي بطريقة مباشرة. في الواقع، لنرمز بـ${\displaystyle \varphi }$التركيز غير المتجانس مكانيًا للمادة الكيميائية الجاذبة و${\displaystyle \nabla \varphi }$كتدرجها. ثم التدفق الخلوي الكيميائي (يسمى أيضًا التيار)${\displaystyle {\bf {J}}}$يرتبط ذلك الناتج عن الانجذاب الكيميائي بالتدرج المذكور أعلاه بموجب القانون: ^{[ 90 ]}

أين${\displaystyle C}$هي الكثافة المكانية للخلايا و${\displaystyle \chi }$هو ما يسمى "معامل الانجذاب الكيميائي" -${\displaystyle \chi }$غالباً ما لا تكون ثابتة، بل هي دالة متناقصة للمادة الكيميائية الجاذبة. بالنسبة لكمية معينة${\displaystyle \rho }$ذلك يخضع للتغير الكلي${\displaystyle {\bf {J}}}$ومصطلح التوليد/التدمير${\displaystyle S}$، من الممكن صياغة معادلة استمرارية :

${\displaystyle {\partial \rho \over {\partial t}}+\nabla \cdot {\bf {J}}=S}$

أين${\displaystyle \nabla \cdot ()}$يمثل هذا التباعد . تنطبق هذه المعادلة العامة على كل من كثافة الخلايا والمادة الكيميائية الجاذبة. لذلك، وبإدراج تدفق الانتشار في حد التدفق الكلي، فإن التفاعلات بين هذه الكميات تخضع لمجموعة من المعادلات التفاضلية الجزئية المترابطة للتفاعل والانتشار، والتي تصف التغير في${\displaystyle C}$و${\displaystyle \varphi }$[ ^{90 ]​}

أين${\displaystyle f(C)}$يصف هذا النمو في كثافة الخلايا،${\displaystyle g(\varphi ,C)}$يمثل مصطلح الحركية/المصدر للمادة الكيميائية الجاذبة، ومعاملات الانتشار لكثافة الخلايا والمادة الكيميائية الجاذبة هي على التوالي${\displaystyle D_{C}}$و${\displaystyle D_{\varphi }}$.

تعتمد البيئة المكانية للكائنات الحية الدقيقة في التربة على حساسيتها الكيميائية تجاه الركيزة والكائنات الحية الأخرى. ^{[ 91 ]} وقد ثبت أن السلوك الكيميائي للبكتيريا يؤدي إلى أنماط سكانية معقدة حتى في غياب التباينات البيئية. كما أن وجود تباينات هيكلية على مستوى المسام له تأثير إضافي على الأنماط البكتيرية الناشئة.

تتوفر مجموعة واسعة من التقنيات لتقييم النشاط الكيميائي للخلايا أو خصائص الجذب والتنافر الكيميائي للروابط. وفيما يلي المتطلبات الأساسية للقياس:

• يمكن أن تتطور تدرجات التركيز بسرعة نسبية وتستمر لفترة طويلة في النظام
• يتم التمييز بين الأنشطة الكيميائية الانجذابية والكيميائية الحركية
• تتحرك الخلايا بحرية باتجاه محور تدرج التركيز وبعيدًا عنه
• الاستجابات المكتشفة هي نتيجة للهجرة النشطة للخلايا

على الرغم من عدم توفر اختبار مثالي للانجذاب الكيميائي حتى الآن، إلا أن هناك العديد من البروتوكولات والأجهزة التي تتوافق بشكل جيد مع الظروف المذكورة أعلاه. يلخص الجدول أدناه أكثرها استخدامًا:

• اختبارات الأطباق الآغارية
  • حجرة PP
• فحوصات ثنائية الحجرات
  • غرفة بويدن
  • غرفة زيغموند
  • غرف دان
  • غرف متعددة الآبار
  • تقنيات الشعيرات الدموية
• آحرون
  • تقنية المتاهة على شكل حرف T
  • تقنية التلألؤ
  • اختبارات التوجيه

تم تصميم روبوتات كيميائية تستخدم الانجذاب الكيميائي الاصطناعي للتنقل بشكل مستقل. ^{[ 92 ] [ 93 ]} تشمل تطبيقاتها توصيل الأدوية بشكل مُوجَّه داخل الجسم. ^{[ 94 ]} في الآونة الأخيرة، أظهرت جزيئات الإنزيمات أيضًا سلوكًا انجذابيًا كيميائيًا إيجابيًا في تدرج ركائزها. ^{[ 95 ]} يُعرف الارتباط المُفضَّل ديناميكيًا حراريًا للإنزيمات بركائزها المُحدَّدة بأنه أصل الانجذاب الكيميائي الإنزيمي. ^{[ 96 ]} بالإضافة إلى ذلك، أظهرت الإنزيمات في السلاسل التفاعلية أيضًا تجميعًا انجذابيًا كيميائيًا مدفوعًا بالركيزة. ^{[ 97 ]}

إلى جانب الإنزيمات النشطة، تُظهر الجزيئات غير المتفاعلة أيضًا سلوكًا كيميائيًا جاذبًا. وقد تم إثبات ذلك باستخدام جزيئات صبغية تتحرك باتجاه محدد في تدرجات محلول البوليمر من خلال تفاعلات كارهة للماء مواتية. ^{[ 98 ]}