ميكروب بأصغر الجينوم لكنه يتجاوز حدود الحياة

تمتلك البكتيريا التكافلية التي تعيش داخل خلايا الحشرات أصغر الجينومات المعروفة لأي كائن حي. وتزيد النتائج من تشويش التمييز بين العضيات الخلوية مثل الميتوكوندريا ومعظم الميكروبات المجردة في الطبيعة.

يقول بيوتر لوكاسيك من جامعة جاجيلونيان في كراكوف، بولندا: “أعتقد أنه من الصعب جدًا تحديد أين ينتهي هذا التكافل المتكامل للغاية وتبدأ العضية”. “هذه حدود غير واضحة للغاية.”

نطاطات النبات هي حشرات تعيش بشكل كامل على عصارة النباتات، وتكمل تغذيتها بفضل العلاقة القديمة مع البكتيريا التكافلية. على مدى ملايين السنين، تطورت هذه الميكروبات لتعيش داخل خلايا متخصصة في بطون نطاطات النبات، وتنتج عناصر غذائية لا تستطيع نطاطات النبات الحصول عليها من نظامها الغذائي السكري. تعتمد العديد من هذه البكتيريا بشكل كامل على مضيفيها، وقد تركت أدواتها الجينية تتدهور إلى جزء صغير من حجم أسلافها.

كان لوكاسيك وزملاؤه مهتمين بتطور العلاقة بين البكتيريا والجراثيم ومدى صغر حجم هذه الجينومات البكتيرية. أخذ الفريق عينات من 149 حشرة فردية من 19 عائلة من حشرات النباتات، واستخرجوا الحمض النووي من أنسجة بطن الحشرات. وقام الباحثون بتحليل وتسلسل الحمض النووي، وإعادة بناء جينومات البكتيريا التكافلية فيدانيا و سولسيا.

وكانت الجينومات البكتيرية صغيرة بشكل استثنائي. يمكن قياس طول الجينوم بعدد الأزواج الأساسية، أي تسلسل “الحروف” المزدوجة في الشفرة الجينية. كان طول الجينومات البكتيرية أقل من 181000 زوج قاعدي. للمقارنة، يبلغ طول الجينوم البشري مليارات الأزواج الأساسية.

بعض من فيدانيا كان طول الجينوم 50 ألف زوج قاعدي فقط، وهو أصغر عدد معروف لأي شكل من أشكال الحياة. في السابق، كان الأصغر ناسويا، وهي بكتيريا تكافلية يستضيفها أقارب نطاطات النباتات تسمى نطاطات الأوراق، ويبلغ عددها ما يزيد قليلاً عن 100000 زوج قاعدي.

عند 50000 زوج أساسي، فيدانيا الجينومات هي على نطاق تلك الموجودة في الفيروسات، التي لا تعتبر حية: الفيروس الذي يقف وراء كوفيد-19 لديه جينوم يبلغ طوله حوالي 30 ألف زوج قاعدي، على سبيل المثال. بعض من فيدانيا لديهم فقط حوالي 60 جينًا لترميز البروتين، وهو من بين أقل الأعداد المسجلة على الإطلاق.

لقد تطورت البكتيريا مع الحشرات المضيفة لها منذ حوالي 263 مليون سنة، وطورت بشكل مستقل أحجام جينوم صغيرة للغاية داخل مجموعتين مختلفتين من نطاطات النباتات. أحد الأشياء القليلة التي تقوم بها هذه البكتيريا هو إنتاج الحمض الأميني فينيل ألانين، وهو مادة كيميائية أولية لصنع وتقوية الهياكل الخارجية للحشرات.

ويعتقد لوكاسيك وفريقه أن الفقدان الهائل للجينات قد يحدث عندما تأكل الحشرات أطعمة جديدة تحتوي على عناصر مغذية كانت توفرها البكتيريا، أو عندما ينتقل المزيد من الميكروبات وتتولى تلك الأدوار.

وتذكرنا البكتيريا المنخفضة للغاية بالميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء – وهي عضيات منتجة للطاقة داخل الخلايا الحيوانية والنباتية تنحدر من البكتيريا القديمة. وبالمثل، تتواجد البكتيريا التكافلية داخل الخلايا المضيفة وتنتقل بين الأجيال.

تقول نانسي موران، من جامعة تكساس في أوستن، والتي لم تشارك في البحث: “إن كلمة “عضية” هي مجرد كلمة، لذا فلا بأس أن أسمي هذه العضيات إذا أراد شخص ما إدراجها في التعريف”. “ولكن لا تزال هناك اختلافات عن الميتوكوندريا أو البلاستيدات الخضراء.”

فالميتوكوندريا أقدم بكثير، إذ نشأت قبل 1.5 مليار سنة أو أكثر، وجينوماتها أصغر حجما ــ نحو 15 ألف زوج قاعدي.

يقول موران: “تعيش هذه المتكافلات فقط في خلايا مضيفة متخصصة، وليس في معظم الخلايا في جميع أنحاء الكائن الحي، كما هو الحال في الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء”.

يعتبر لوكاسيك أن هذه البكتيريا والميتوكوندريا موجودة ببساطة في أماكن مختلفة على “تدرج الاعتماد” التطوري على مضيفيها. وهو يشك في أنه لم يتم بعد اكتشاف جينومات تكافلية أصغر.