نظام الإفراز من النوع الرابع

نظام الإفراز البكتيري من النوع الرابع ، المعروف أيضًا باسم نظام الإفراز من النوع الرابع أو T4SS ، هو مُركّب بروتيني إفرازي يوجد في البكتيريا سالبة الغرام ، والبكتيريا موجبة الغرام ، والعتائق . وهو قادر على نقل البروتينات والحمض النووي عبر غشاء الخلية . ^{[ 1 ]} يُعدّ نظام الإفراز من النوع الرابع واحدًا من بين العديد من أنظمة الإفراز البكتيرية . ترتبط أنظمة الإفراز من النوع الرابع بآلية الاقتران التي تتضمن عمومًا نظام إفراز أحادي الخطوة واستخدام الشعيرة . ^{[ 2 ]} تُستخدم أنظمة الإفراز من النوع الرابع في الاقتران، وتبادل الحمض النووي مع الفضاء خارج الخلوي ، وتوصيل البروتينات إلى الخلايا المستهدفة . يُقسّم نظام الإفراز من النوع الرابع إلى النوع الرابع أ والنوع الرابع ب بناءً على الأصل الجيني .

تشمل الأمثلة البارزة لنظام الإفراز من النوع الرابع إدخال البلازميد في النباتات بواسطة بكتيريا Agrobacterium tumefaciens ، وطرق توصيل السموم بواسطة بكتيريا Bordetella pertussis ( السعال الديكي ) و Legionella pneumophila ( مرض الفيالقة )، ونقل البروتينات المؤثرة إلى الخلايا المضيفة بواسطة بكتيريا من جنس Brucella ( داء البروسيلات )، والزغيبة الجنسية F.

نظام الإفراز من النوع الرابع هو مُركّب بروتيني موجود في بدائيات النوى، يُستخدم لنقل الحمض النووي (DNA) أو البروتينات أو جزيئات التأثير من السيتوبلازم إلى الفضاء خارج الخلية. ^{[ 1 ]} يرتبط نظام الإفراز من النوع الرابع بآلية الاقتران في بدائيات النوى . ^{[ 2 ]} تُعدّ أنظمة الإفراز من النوع الرابع مجموعةً شديدة التنوّع، موجودة في البكتيريا موجبة الغرام ، والبكتيريا سالبة الغرام ، والعتائق . وعادةً ما تتضمن خطوةً واحدةً تستخدم شعيرةً، مع وجود بعض الاستثناءات. ^{[ 3 ]}  

تتميز أنظمة الإفراز من النوع الرابع بتنوعها الكبير، حيث تتعدد وظائفها وأنواعها نتيجةً لمسارات تطورية مختلفة. تُصنف هذه الأنظمة أساسًا بناءً على التشابه البنيوي والجيني، وترتبط فيما بينها ارتباطًا وثيقًا. تشبه أنظمة النوع الرابع أ نظام VirB/D4 في بكتيريا Agrobacterium tumefaciens . أما أنظمة النوع الرابع ب، فتشبه أنظمة Dot/Icm الموجودة في مسببات الأمراض داخل الخلايا، مثل Legionella pneumophila . بينما لا تشبه أنظمة الأنواع الأخرى أنظمة النوع الرابع أ أو الرابع ب. ^{[ 3 ]} تتميز هذه الأنواع باختلافها الجيني، وتستخدم مجموعات بروتينية منفصلة، ​​إلا أن البروتينات بين هذه المجموعات تتشابه فيما بينها تشابهًا كبيرًا، مما يؤدي إلى تشابه وظائفها. ^{[ 1 ]}    

تُصنَّف أنظمة الإفراز من النوع الرابع، بحسب وظيفتها، إلى ثلاثة أنواع رئيسية: أنظمة الاقتران، المستخدمة لنقل الحمض النووي عبر التلامس بين الخلايا (وهي عملية تُسمى الاقتران )؛ وأنظمة إطلاق الحمض النووي وامتصاصه، المستخدمة لتبادل الحمض النووي مع البيئة خارج الخلوية (وهي عملية تُسمى التحول )؛ وأنظمة المؤثرات ، المستخدمة لنقل البروتينات إلى الخلايا المستهدفة. ^{[ 4 ]} تلعب أنظمة الاقتران، بالإضافة إلى أنظمة إطلاق الحمض النووي وامتصاصه، دورًا هامًا في النقل الأفقي للجينات ، مما يسمح للكائنات بدائية النواة بالتكيف مع بيئتها، مثل تطوير مقاومة للمضادات الحيوية . ^{[ 5 ]} تسمح أنظمة المؤثرات بالتفاعل بين الميكروبات والكائنات الحية الأكبر حجمًا. وتُستخدم أنظمة المؤثرات كطريقة لإيصال السموم من قِبَل العديد من مسببات الأمراض البشرية ، مثل جرثومة الملوية البوابية (قرحة المعدة)، والسعال الديكي ، وداء الفيالقة . ^{[ 1 ]}

حالياً، لا يُعرف سوى بنية أنظمة الإفراز من النوع الرابع أ، الموجودة في البكتيريا سالبة الغرام، وصفاً دقيقاً. تتكون هذه الأنظمة من 12 وحدة بروتينية فرعية، هي VirB1 و VirB11 و VirD4، وتوجد نظائر لها في جميع أنظمة النوع الرابع أ. ^{[ 1 ]} يمكن تقسيم مكونات نظام الإفراز من النوع الرابع إلى ثلاث مجموعات: هيكل قناة النقل، وإنزيمات ATPase، والزغيبة.

يُعدّ هيكل قناة النقل جزءًا من الآلية التي تُنشئ القناة بين الفضاء خارج الخلوي والسيتوبلازم عبر الغشائين الداخلي والخارجي، ويحتوي على البروتينات VirB6 إلى VirB10. يتألف المركب الأساسي لهذا الهيكل من 14 نسخة من البروتينات VirB7 وVirB9 وVirB10، والتي تُشكّل قناة أسطوانية تمتد عبر كلا الغشائين وتربط السيتوبلازم بالفضاء خارج الخلوي. ^{[ 6 ]}

يُعدّ بروتين VirB10 بروتينًا أساسيًا في كلٍّ من الغشاءين الداخلي والخارجي. يندمج هذا البروتين في الغشاء الخارجي عبر بنية أسطوانية حلزونية ألفا، مما يُساعد على تكوين قناة بين الغشائين. ^{[ 7 ]} توجد فتحة في الطرف السيتوبلازمي للقناة، تليها حجرة كبيرة وفتحة ثانية. تتطلب الفتحة الثانية تغييرًا في البنية الفراغية للسماح بمرور الركيزة من السيتوبلازم إلى القناة. ^{[ 1 ]} يُعتقد أن بروتين VirB6 أو VirB8 يُشكّلان مسام الغشاء الداخلي، كونهما بروتينين أساسيين في الغشاء الداخلي، ولهما اتصال مباشر بالركيزة . ^{[ 8 ]}

تتكون إنزيمات ATPases من VirB4 و VirB11 و VirD4، التي تُحرك الركيزة عبر القناة وتُزود النظام بالطاقة. ينتمي VirB11 إلى فئة من النواقل عبر الغشاء تُسمى "إنزيمات ATPases المرورية". أما VirB4، فلا تزال خصائصه غير موصوفة بدقة. ^{[ 9 ] [ 1 ]}

يتكون الشعيرة من بروتينَي VirB2 و VirB5، حيث يُعدّ VirB2 المكوّن الرئيسي. [ 1 ^{] في بكتيريا} Agrobacterium tumefaciens ، يبلغ قطر الشعيرة 8-12 نانومتر، وطولها أقل من ميكرومتر واحد. أما شعيرات F ، وهي نوع آخر من الشعيرات التي تُفحص عادةً، فهي أطول بكثير، إذ يتراوح طولها بين 2 و20 ميكرومتر. ^{[ 2 ]}

نظراً للتنوع الكبير في أنظمة الإفراز من النوع الرابع من حيث الأصل والوظيفة، فمن الصعب تحديد الكثير من الناحية الميكانيكية حول المجموعة ككل.

بشكل عام، بعد تغليف الحمض النووي في نظام الاقتران، يتم استقطابه بواسطة نظائر إنزيم ATPase إلى بروتين الاقتران VirD4، ثم يُنقل عبر الشعيرة. ^{[ 3 ]} في بكتيريا A. tumefaciens تحديدًا، يمر الحمض النووي عبر سلسلة محددة من الإنزيمات قبل وصوله إلى الشعيرة. يتم استقطاب الحمض النووي بواسطة VirD4، ثم VirB11، ثم إلى البروتينات الغشائية (VirB6 وVirB8)، ثم يُنقل إلى VirB9، وأخيرًا يُرسل إلى الشعيرة (VirB2). ^{[ 10 ] [ 1 ]}