الحيز المحيط بالبلازما

الحيز المحيط بالبلازما هو مادة هلامية مركزة تقع بين الغشاء السيتوبلازمي الداخلي والغشاء الخارجي للبكتيريا ، ويُسمى هذا الحيز في البكتيريا سالبة الغرام (أو بالأحرى "ثنائية الغشاء") . وباستخدام المجهر الإلكتروني فائق البرودة، وُجد أن حيزًا محيطًا بالبلازما أصغر بكثير موجود أيضًا في البكتيريا موجبة الغرام (أو بالأحرى "أحادية الغشاء")، بين جدار الخلية والغشاء البلازمي. ^{[ 1 ] [ 2 ]} قد يشكل الحيز المحيط بالبلازما ما يصل إلى 40% من إجمالي حجم الخلية في البكتيريا سالبة الغرام، ولكنه يشكل نسبة أقل بكثير في البكتيريا موجبة الغرام. ^{[ 3 ]}

على الرغم من أن البكتيريا تُقسّم تقليديًا إلى مجموعتين رئيسيتين - موجبة غرام وسالبة غرام - بناءً على قدرتها على الاحتفاظ بصبغة غرام ، إلا أن هذا التصنيف غامض لأنه قد يشير إلى ثلاثة جوانب متميزة (نتيجة التلوين، وبنية غلاف الخلية، والمجموعة التصنيفية)، والتي لا تتطابق بالضرورة في بعض أنواع البكتيريا. ^{[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]} في معظم الحالات، كما هو الحال في هذه المقالة، يعكس تلوين غرام الاختلافات الواضحة في البنية الدقيقة والتركيب الكيميائي للنوعين الرئيسيين من البكتيريا. فالبكتيريا "موجبة غرام" المعتادة لا تحتوي على غشاء دهني خارجي، بينما تحتوي البكتيريا "سالبة غرام" النموذجية عليه. ويُعدّ مصطلحا "ثنائية الغشاء" و"أحادية الغشاء"، اللذان صِيغا للإشارة إلى هذا التمييز فقط ، سمةً أكثر موثوقية وأساسية للخلايا البكتيرية. ^{[ 4 ] [ 8 ]}

جميع البكتيريا موجبة الجرام محاطة بغشاء دهني أحادي الطبقة (أي أحادي الغشاء)؛ وتحتوي عمومًا على طبقة سميكة (20-80  نانومتر) من الببتيدوغليكان المسؤولة عن الاحتفاظ بصبغة غرام. كما أن هناك عددًا من البكتيريا الأخرى المحاطة بغشاء واحد ولكنها تتصبغ بصبغة غرام السالبة إما بسبب افتقارها لطبقة الببتيدوغليكان (مثل الميكوبلازما) أو لعدم قدرتها على الاحتفاظ بصبغة غرام بسبب تركيب جدارها الخلوي، وهي تُظهر أيضًا علاقة وثيقة بالبكتيريا موجبة الجرام. بالنسبة للخلايا البكتيرية (بدائية النواة) المحاطة بغشاء خلوي واحد، فقد اقتُرح مصطلح "البكتيريا أحادية الغشاء" أو " بدائيات النوى أحادية الغشاء". ^{[ 4 ] [ 8 ]} على عكس البكتيريا موجبة الجرام، فإن جميع البكتيريا سالبة الجرام النموذجية محاطة بغشاء سيتوبلازمي بالإضافة إلى غشاء خلوي خارجي؛ وتحتوي فقط على طبقة رقيقة من الببتيدوغليكان (2-3  نانومتر) بين هذين الغشائين. يُشكّل وجود كلٍّ من الغشاءين الخلويين الداخلي والخارجي الحيز المحيط بالبلازما ويُحدّده. وقد صُنّفت هذه الخلايا البكتيرية ذات الغشائين باسم البكتيريا ثنائية الغشاء. ^{[ 4 ] [ 8 ]} ويُدعم التمييز بين بدائيات النوى أحادية الغشاء وثنائية الغشاء بوجود طفرات حذف وإدخال محفوظة في عدد من البروتينات المهمة (على سبيل المثال، DnaK و GroEL ). ^{[ 4 ] [ 5 ] [ 8 ] [ 9 ]}

كما هو موضح في الشكل على اليمين، تقع الحيز المحيط بالبلازما في البكتيريا سالبة الغرام أو البكتيريا ثنائية الغشاء بين الغشاء الداخلي والخارجي للخلية. يحتوي هذا الحيز على الببتيدوغليكان، وتحتوي الأغشية المحيطة به على العديد من البروتينات الغشائية المتكاملة التي تُشارك في الإشارات الخلوية . علاوة على ذلك، يضم الحيز المحيط بالبلازما عضيات الحركة، مثل السوط ، الذي يمتد عبر كلا الغشائين المحيطين به. يوصف الحيز المحيط بالبلازما بأنه هلامي نظرًا لوفرة البروتينات والببتيدوغليكان فيه. يشغل هذا الحيز ما بين 7% و40% من الحجم الكلي للبكتيريا ثنائية الغشاء، ويحتوي على ما يصل إلى 30% من البروتينات الخلوية. ^{[ 10 ] [ 11 ]} يختلف تركيب الحيز المحيط بالبلازما في البكتيريا أحادية الطبقة عن تركيبه في البكتيريا ثنائية الطبقة، إذ لا يُحاط الحيز المحيط بالبلازما في البكتيريا أحادية الطبقة بغشائين، بل يُحاط بالغشاء السيتوبلازمي وطبقة الببتيدوغليكان التي تحته. ^{[ 12 ]} ولهذا السبب، يُشار إلى الحيز المحيط بالبلازما في البكتيريا أحادية الطبقة أيضًا باسم منطقة الجدار الداخلي (IWZ). وتُعدّ منطقة الجدار الداخلي الوجهة الأولى لانتقال البروتينات عبر جدار الخلية البكتيرية أحادية الطبقة. ^{[ 12 ]}

في البكتيريا ثنائية الغشاء ، يحتوي الحيز المحيط بالبلازما على جدار خلوي رقيق مُكوّن من الببتيدوغليكان . بالإضافة إلى ذلك، يحتوي على مواد مذابة مثل الأيونات والبروتينات، التي تُشارك في مجموعة واسعة من الوظائف، بدءًا من ربط المغذيات ونقلها وطَيّها وتحللها، وصولًا إلى تحلل الركائز، وتخليق الببتيدوغليكان، ونقل الإلكترونات ، وتغيير المواد السامة للخلية ( استقلاب المواد الغريبة ). ^{[ 13 ]} ومن الجدير بالذكر أن الحيز المحيط بالبلازما خالٍ من الأدينوسين ثلاثي الفوسفات ( ATP ). توجد أنواع عديدة من الإنزيمات في الحيز المحيط بالبلازما، بما في ذلك الفوسفاتازات القلوية ، وفوسفودايسترازات النيوكليوتيدات الحلقية ، والفوسفاتازات الحمضية ، و5' -نيوكليوتيدازات . ^{[ 14 ]} كما يحتوي الحيز المحيط بالبلازما على إنزيمات مهمة لتسهيل طي البروتينات . على سبيل المثال، تم تحديد بروتين رابطة ثنائي الكبريتيد A (DsbA) وبروتين رابطة ثنائي الكبريتيد C (DsbC)، المسؤولين عن تحفيز تكوين رابطة الببتيد وعملية التماثل، على التوالي، في الحيز المحيط بالبلازما لبكتيريا الإشريكية القولونية . ^{[ 15 ]} ونظرًا لأن تكوين رابطة ثنائي الكبريتيد غالبًا ما يكون خطوةً مُحدِّدةً لمعدل طي البروتينات، فإن هذه الإنزيمات المؤكسدة تلعب دورًا هامًا في الحيز المحيط بالبلازما للبكتيريا. بالإضافة إلى ذلك، يُسهِّل الحيز المحيط بالبلازما امتصاص الحمض النووي DNA في العديد من سلالات البكتيريا القابلة للتحول. ^{[ 16 ]}

يُتيح التقسيم الذي يوفره الحيز المحيط بالبلازما العديد من الوظائف المهمة. فإلى جانب ما ذُكر سابقًا، يُسهم هذا الحيز أيضًا في نقل البروتينات ومراقبة جودتها، على غرار الشبكة الإندوبلازمية في حقيقيات النوى. ^{[ 17 ]} علاوة على ذلك، يسمح فصل الحيز المحيط بالبلازما عن السيتوبلازم بتقسيم الإنزيمات التي قد تكون سامة في السيتوبلازم. ^{[ 17 ]} كما تُوفر بعض الببتيدوغليكانات والبروتينات الدهنية الموجودة في الحيز المحيط بالبلازما نظام دعم هيكلي للخلية، مما يُعزز قدرتها على تحمل ضغط الامتلاء. ومن الجدير بالذكر أن العضيات، مثل السوط، تتطلب تجميع البوليمرات داخل الحيز المحيط بالبلازما لكي تعمل بشكل صحيح. وبما أن محور السوط يمتد عبر الحيز المحيط بالبلازما، فإن طوله يتحدد بموقع الغشاء الخارجي الناتج عن انقباضه، والذي تتوسطه بوليمرات الحيز المحيط بالبلازما. ^{[ 17 ]} يؤدي الحيز المحيط بالبلازما دورًا في الإشارات الخلوية ، كما هو الحال مع البروتين الدهني RcsF، الذي يحتوي على نطاق كروي يقع في هذا الحيز ويعمل كمستشعر للإجهاد. عندما يفشل RcsF في التفاعل مع BamA، كما في حالة تضخم الحيز المحيط بالبلازما، لا يُصدَّر RcsF إلى سطح الخلية ولا يتمكن من إطلاق سلسلة إشارات Rcs. لذا، يلعب حجم الحيز المحيط بالبلازما دورًا هامًا في إشارات الإجهاد. ^{[ 18 ] [ 17 ]}

بما أن البكتيريا هي المسبب الرئيسي للعديد من العدوى والأمراض، فإن المكونات البيوكيميائية والبنيوية التي تميز الخلايا البكتيرية المسببة للأمراض عن الخلايا حقيقية النواة الأصلية تحظى باهتمام كبير من الناحية السريرية. ^{[ 19 ]} تميل البكتيريا سالبة الغرام إلى أن تكون أكثر مقاومة للمضادات الحيوية من البكتيريا موجبة الغرام، كما أنها تمتلك حيزًا محيطيًا أكبر بكثير بين طبقتي غشائها. ولأن حقيقيات النوى لا تمتلك حيزًا محيطيًا، فإن التراكيب والإنزيمات الموجودة في الحيز المحيطي للبكتيريا سالبة الغرام تُعد أهدافًا جذابة للعلاجات الدوائية المضادة للميكروبات. ^{[ 20 ]} بالإضافة إلى ذلك، تؤدي مكونات الحيز المحيطي وظائف حيوية مثل تسهيل طي البروتين، ونقل البروتين، وإشارات الخلية، والسلامة البنيوية، وامتصاص العناصر الغذائية، ^{[ 17 ]} مما يجعله غنيًا بالأهداف الدوائية المحتملة. وبصرف النظر عن الإنزيمات والمكونات البنيوية الضرورية لوظيفة الخلية وبقائها، يحتوي الحيز المحيطي أيضًا على بروتينات مرتبطة بالضراوة مثل DsbA التي يمكن استهدافها بالعلاجات المضادة للميكروبات. ^{[ 21 ]} نظرًا لدورها في تحفيز تكوين روابط ثنائي الكبريتيد لمجموعة متنوعة من عوامل الضراوة، فقد حظي نظام DsbA/DsbB باهتمام خاص كهدف للأدوية المضادة للضراوة. ^{[ 22 ]}

يرتبط الحيز المحيط بالبلازما ارتباطًا وثيقًا بآلية إمراضية الأمراض في سياق العدوى الميكروبية. العديد من عوامل الضراوة المرتبطة بإمراضية البكتيريا هي بروتينات إفرازية، والتي غالبًا ما تخضع لتعديلات ما بعد الترجمة، بما في ذلك تكوين روابط ثنائية الكبريتيد. ^{[ 23 ]} تحتوي البيئة المؤكسدة للحيز المحيط بالبلازما على بروتينات Dsb (بروتينات تكوين روابط ثنائية الكبريتيد) التي تحفز هذه التعديلات ما بعد الترجمة، وبالتالي تلعب دورًا مهمًا في تحديد البنية الثالثية والرابعية لعوامل الضراوة الضرورية لوظيفة البروتين السليمة. ^{[ 23 ]} بالإضافة إلى بروتينات Dsb الموجودة في الحيز المحيط بالبلازما، تُعد عضيات الحركة، مثل السوط، ضرورية أيضًا لإصابة العائل. يرتكز السوط في الحيز المحيط بالبلازما ويتم تثبيته من خلال التفاعل مع المكونات الهيكلية للحيز المحيط بالبلازما، ^{[ 17 ] [ 23 ]} ولذلك فهو هدف آخر مرتبط بالإمراضية للعوامل المضادة للميكروبات. أثناء إصابة العائل، تتعرض خلية البكتيريا للعديد من الظروف البيئية المضطربة، مما يُبرز أهمية السلامة الهيكلية التي يوفرها الحيز المحيط بالبلازما. وعلى وجه الخصوص، يُعدّ تخليق الببتيدوغليكان حيويًا لإنتاج جدار الخلية، وقد حظيت مثبطات تخليق الببتيدوغليكان باهتمام سريري لاستهداف البكتيريا لعقود عديدة. ^{[ 24 ] [ 25 ]} علاوة على ذلك، يُعدّ الحيز المحيط بالبلازما ذا صلة بالتطورات السريرية من خلال دوره في التوسط في امتصاص الحمض النووي المُحوِّل . ^{[ 16 ]}