نانولوله‌های درون‌سلولی، عامل تبادل مواد مغذی بین باکتری‌ها

باکتری‌ها معمولاً در محیط غنی از گونه‌های جاندار زندگی می‌کنند و اغلب به تبادل مواد غذایی می‌پردازند. تاکنون مشخص نبوده‌است که این جانداران میکروسکوپی، مواد را منحصراً با آزادسازی در محیط اطراف مبادله می‌کنند یا اینکه از ارتباط مستقیم بین سلول‌های یکدیگر هم استفاده می‌کنند.
دانشمندان حوزه بوم‌شناسی و تکامل در مؤسسه ماکس پلانک (Max Planck Institute) در ینای آلمان، با استفاده از باکتری خاک و میکروب روده به این سؤال پاسخ دادند. با حذف ژن‌های باکتریایی از ژنوم هر دو گونه، دانشمندان گونه‌های جهش‌یافته‌ای تولید کردند که دیگر قادر به تولید اسیدهای آمینه خاصی نبودند.
هر دو گونه باکتری قادر به جبران کمبود و تغذیه یکدیگر بودند، اما وقتی دو گونه باکتری را با فیلتری از هم جدا کردند که به اسیدهای آمینه اجازه عبور می‌داد ولی مانع ارتباط مستقیم بین سلولها می‌شد، رشد هر دو گونه متوقف شد. دکتر سامای پانده از مؤسسه ماکس پلانک می‌گوید: «این آزمایش نشان داد که تماس مستقیم بین سلول‌ها برای تبادل مواد مغذی ضروری است.»
بررسی کشت میکروب توسط میکروسکوپ الکترونی، مشخص کرد که ساختاری بین گونه‌های باکتریایی شکل می‌گیرد که به‌عنوان نانولوله عمل کرده و مواد مغذی را بین سلول‌ها تبادل می‌کند، اما تنها میکروب روده قادر به تشکیل این ساختار و اتصال به سلول‌های دیگر بود.
کریستین کاست ، مدیر این گروه، می‌گوید: «تفاوت عمده بین دو گونه، توانایی میکروب روده برای حرکت در مایعات است درحالی‌که باکتری خاک ساکن است. یعنی ممکن است میکروب روده برای پیدا کردن شرکای مناسب و اتصال به آن‌ها از طریق نانولوله، نیاز به شنا داشته باشد.»
فقدان اسیدهای آمینه باعث شکل‌گیری نانولوله‌ها می‌شود. حذف ژنی که مسئول تولید یک اسیدآمینه خاص است، باعث اتصال باکتری به دیگر سلول‌های باکتریایی و جبران کمبود تغذیه‌ای خود می‌شود. بااین‌حال، در صورت تأمین اسیدهای آمینه موردنیاز برای رشد، نانولوله‌ای شکل نمی‌گیرد؛ یعنی شکل‌گیری این ساختارها بستگی به میزان نیاز سلول دارد.
به گزارش ستاد توسعه فناوری نانو،سلول‌هایی که در فرآیندهای زیست‌شیمیایی خاصی شرکت کرده و تقسیم‌کار می‌کنند، می‌توانند برای جوامع باکتریایی سودمند باشند؛ زیرا از منابع به‌صورت بهینه‌تری استفاده می‌شود که موجب افزایش رشد و بهره‌وری می‌شود. این‌که آیا تشکیل نانولوله فقط جهت تبادل مواد مغذی است و یا اینکه آیا برخی از گونه‌های باکتری، انگل سلول‌های باکتریایی دیگر می‌شوند، نیاز به بررسی بیشتر دارد. علاوه بر این، هنوز مشخص نیست که آیا باکتری می‌تواند سلول‌هایی که به آن‌ها می‌چسبد را انتخاب نماید. این اتصالات لوله‌ای خطراتی نیز در بر خواهند داشت، زیرا شریک در سمت دیگر لوله می‌تواند مواد مضر را هم فراهم کند.
کاست افزود: «به نظر من، این سؤال هیجان‌انگیز باقی می‌ماند که آیا باکتری در واقع یک ‌سلول و موجودی با ساختار نسبتاً ساده است و یا اینکه با سطح دیگری از چندسلولی مواجهیم که در آن باکتری‌ها با اتصال به یکدیگر پیچیدگی خود را افزایش می‌دهند.»
تحقیقات کاست به‌طور عمده متمرکز بر دلیل همکاری موجودات با یکدیگر است. مطالعه جوامع باکتریایی به‌عنوان سیستم‌هایی مطیع، توضیح می‌دهد که چرا بسیاری از موجودات، برای تکامل خود یک شیوه زندگی تعاونی را توسعه داده‌اند.

No tags for this post.