تجربة جريفيث في التحول البكتيري

تجربة جريفيث هي العمليات التي يتم فيها أخذ المادة الوراثية الخارجية بواسطة خلية تشمل الاقتران، أي نقل الحمض النووي بين خليتين بكتيرية متصلين بشكل مباشر، و نقل حقن DNA الفيروسي بواسطة بكتيريا دموية في الخلية البكتيرية المضيفة، قد أثر وباء الإنفلونزا الإسبانية في فترة ما بعد الحرب العالمية الأولى على فريدريك جريفيث لدراسة علم الأوبئة وعلم الأمراض للالتهاب الرئوي الجرثومي من أجل محاولة إنتاج لقاح ناجح، ومن ثم قام بإجراء تجارب ، حيث قام بحقن الفئران بذرات من العقدية الفيروسية، وأنتجت التجربة التي ذكرها في عام 1928 أول وصف لظاهرة التحول، حيث يمكن أن تتحول سلالة بكتيرية إلى سلالة أخرى ، وكان هذا النشاط مرتبطًا بعنصر غير محدد يسمى عامل التحويل أو مبدأ التحويل .

وقد تنبأ أوزوالد تي أفيري ، وهو باحث أمريكي في مجال المكورات الرئوية ، أن تجربة جريفيث تفتقر إلى السيطرة المناسبة، ومع ذلك أكدت التجارب المماثلة التي أجريت في مختبر أفيري اكتشاف جريفيث، وأثبتت التجارب التي أجريت في وقت لاحق من قبل أفيري ، MacLeod ، و McCarty ، و Hershey و Chase أن عامل التحويل كان DNA وأوضحت طبيعته الدقيقة .

بكتيريا العقدية الرئوية

استخدم جريفيث سلالتين من العقدية الرئوية التي أثرت على الفئران من النوع الثالث S  السلس، والنوع الثاني R الخام، ونموذج الشكل IIIS  له مظهر سلس بسبب وجود طبقة متعددة السكاريد فوق جدار الخلية الببتيدوجليكان للخلية البكتيرية، ويساعد هذا الطلاء الإضافي الخلية في التهرب من البلعمة التي تقوم بها الخلايا المناعية للمضيف، وبالتالي السماح بحدوث الالتهاب فتتكاثر وتصبح خبيثة، وفي المقابل ، يفتقر النموذج من النوع II R إلى هذا الطلاء ، وبالتالي ، فإن مظهره خشن، ويؤدي غياب طبقة تعدد السكاريد إلى القضاء الفعال على الخلايا المناعية للمضيف مما يجعل السلالة عديمة الفوعة .

ابتكر غريفيث أربع مجموعات من التلقيح وهي :

1- بكتيريا النوع IIIS

عندما تم تلقيح الفئران ، تم عرض الفوعة البكتيرية ، مما تسبب في الالتهاب الرئوي ، وهذا أدى في النهاية إلى موت الفئران، وعند فحص دم الفئران الميتة ، تم الحصول على سلالات الخلايا الملقحة .

2- بكتيريا النوع IIR

عندما حقنت في الفئران ، تم القضاء على الخلايا البكتيرية بنجاح من قبل الجهاز المناعي ، وبالتالي عاشت الفئران، ولم يظهر الدم وجود الخلايا الملقحة .

3- البكتيريا المميتة بالحرارة

عندما تم جعل السلالة الخبيثة عتيقة عن طريق التسخين وقتلها، ثم حقنت في الفئران لم تظهر السلالة فوعة ، وتم القضاء عليها من قبل الجهاز المناعي للمضيف، وبالتالي نجا الفئران، ودمهم لم يظهر وجود الخلايا الملقحة .

4- البكتيريا من النوع IIR  و النوع IIIS والبكتيريا المميتة بالحرارة

تم حقن الفئران بمزيج من عدد متساوٍ من الخلايا من نوع سلالة R و سلالة من النوع IIIS المميتة بالحرارة ، ما تسبب في الالتهاب الرئوي الذي أدى إلى وفاة الفئران، وأظهرت الخلايا البكتيرية المعزولة من دم هذه الفئران وجود خلايا بكتيرية من النوع الثالث، وهذا يشير إلى أن السلالة R الحية استوعبت وأدرجت العنصر الخبيث من سلالة S التي قتلت بالحرارة، من أجل تحويل نفسها إلى سلالة S الخبيثة، واستناداً إلى هذه الملاحظة ، استنتج جريفيث إلى أن عنصر المتحول من سلالة قتل الحرارة كان مسؤولاً عن تحويل سلالة عديمة الفوعة إلى السلالة الفيروسية، وأثبتت التجارب المتتالية التي أجراها أوزوالد أفيري ، كولن ماكلويد ، وماكلين مكارتي في عام 1944 ، أن العنصر الذي تناوله السلالة غير الضارة هو طبيعة وراثية .

ما هو مفهوم التحول

التحول هو تغيير وراثي مستقر ينجم عن امتصاص الحمض النووي العاري، وتسمى حالة القدرة على تناول الحمض النووي الخارجي، وتحدث في شكلين، طبيعية ومصطنعة .

1- التحول الطبيعي للبكتيريا

فقط 1 ٪ من الأنواع البكتيرية قادرة على تناول الحمض النووي، كما تقوم البكتيريا بتبادل المادة الوراثية من خلال عملية تسمى نقل الجينات الأفقي ، حيث تتقارن الخلايا البكتيرية وتشكل جسراً يتم من خلاله نقل المادة الجينية من خلية إلى أخرى، وهناك عدد قليل من الأنواع البكتيرية تطلق أيضا الحمض النووي الخاص بها عن طريق exocytosis ، ويتم تناول هذا الحمض النووي في وقت لاحق من قبل الخلايا البكتيرية الموجودة في المنطقة المجاورة، وفي حين أن التحول يمكن أن يحدث بين أنواع بكتيرية مختلفة ، إلا أنه أكثر فعالية عند حدوثه بين الأنواع ذات الصلة الوثيقة، وتمتلك هذه الخلايا جينات محددة ترمز للكفاءة الطبيعية ، مما يسمح لها بنقل الحمض النووي عبر الغشاء الخلوي وإلى الخلية، كما ينطوي هذا النقل على البروتينات المرتبطة بالنوع IV pili ونظام الإفراز من النوع II بالإضافة إلى مجمع DNA translocase في الغشاء السيتوبلازمي .

تختلف هذه الآلية قليلا بسبب الاختلاف في بنية أغشية الخلايا من البكتيريا، وتصنف البكتيريا على نطاق واسع إلى نوعين على أساس هذا الاختلاف، وهم سالبة الجرام وإيجابية الجرام، والمخطط العام متشابه إلى حد ما، ويتم الكشف عن وجود الحمض النووي الخارجي من قبل الخلية ويتم تحفيز الكفاءة الطبيعية، وتظهر البكتيريا سالبة الجرام وجود غشاء إضافي ، وبالتالي ، لنقل الحمض النووي يتم تشكيل قناة على الغشاء الخارجي من قبل secretins ، ولا يكون امتصاص جزء الحمض النووي محددًا بشكل عام في تسلسله .

2- تحول البكتيريا في المختبرات : المصطنع “

تتم في المختبرات من أجل إجراء دراسات التعبير الجيني لنقل الكفاءة ، ويتم تحضين الخلايا في محلول يحتوي على كاتيونات ثنائية التكافؤ، وهو كلوريد الكالسيوم، في الظروف الباردة ، ومن ثم يتعرض لنبضات الحرارة المتقطعة، ويعتمد تركيز المحلول على محتوى البروتين والسكروزار في الغشاء ، وتختلف شدة نبضات الحرارة باختلاف المدة الزمنية للنبضات ، أي أن النبضات عالية الكثافة يجب أن تكون لفترات قصيرة جدًا، في حين يمكن أن تكون النبضات منخفضة الكثافة لفترات أطول .

تعمل الكاتيونات ثنائية التكافؤ لإضعاف البنية الجزيئية لغشاء الخلية ، مما يجعلها أكثر نفاذية، وتتسبب نبضات الحرارة اللاحقة في خلق خلل في التوازن الحراري ، وفي عملية استعادة التوازن ، تحصل جزيئات الدنا على دخول عبر الغشاء الضعيف وفي الخلية، ويمكن تحفيز الكفاءة الاصطناعية والترويج لها عن طريق استخدام تقنية تسمى electroporation وهو ينطوي على تطبيق تيار كهربائي لتعليق الخلية، وهذا يسبب تشكيل المسام في غشاء الخلية، ويتم أخذ الحمض النووي الخارجي عبر هذه الثقوب ، والتي يتم عزلها عن طريق آلية إصلاح الغشاء الخلوي .