القافزات Transposons

قطع من DNA يمكن ان تتحرك من موقع من الحامض النووي الى موقع اخر في الجزيئة نفسها او الى جزيئة اخرى بعملية تسمى القفز Transposition، وتحدث بطريقة غير معتمدة على التأشب العام Generalized recombination. وتوجد في مختلف الأحياء سواء بدائية النواة او حقيقة النواة المجهرية او الاحياء الراقية. تتكون القافزات او الجينات القافزة من عدد من القواعد النتروجينية (عدة كيلوات) الى حجم اكبر، وتحوي المعلومات اللازمة لتحركها من موقع الى اخر. وبذلك تعد من المسببات لطفرات الاقحام Insertion mutations.

والعناصر القصيرة منها 1500- 4000 زوج من القواعد تعرف بعناصر الاقحام او تواليات الاقحام (IS) Insertion sequences وهي التي تولد أغلبية طفرات الاقحام، واغلب البكتريا تحوي على IS، وكذلك توجد على البلازميدات وتكون مهمة في تكوين سلالات Hfr. و القافزات لا تحوي على نقاط اصل لتضاعفها وانما تعتمد في تضاعفها على المتضاعف الذي توجد فيه.

تعد القافزات عناصر وراثية مهمة لأنها تسبب الطفرات وتشارك في إعادة ترتيب جينوم الكائن الحي ولذلك فهي تؤدي الى اكتساب جينات جديدة وتساعد في انتشارها في المجموع البكتيري مثلا. اذ ان اقحام القافزات في داخل تسلسل الجين المستهدف يؤدي الى تعطيله، اضافة الى انها تساهم في عمليات الحذف، او تضاعف الجينات وكذلك انقلاب قطع DNA، وتساهم في دمج المتضاعفات.

وتشترك القافزات في بعض الصفات المشتركة فكل قافز يشفر لوظائف ضرورية لعملية لقفزة بإنتاج انزيم القفزة Transposoase يتداخل مع توالي خاص في نهاية العنصر القافز. والملاحظ ان بعض القافزات يمكن ان تقحم نفسها في اي توالي من DNA، في حين ان البعض الاخر يقحم نفسه في مواقع محددة وتظهر تخصص صارم باتجاه الهدف. وتتم عملية القفز بطريقتين منها :

1-      قفز دون تضاعف اذ يستأصل القافز من موقع معين من الخلية الواهبة يليه عملية اقحام في الموقع المستهدف.

2-      القفز المتضاعف وفيه تتم عملية مضاعفة القافز في الخلايا الواهبة ثم تنقل نسخة منه الى الموقع المستهدف ويساعد في هذا انزيم Resolvase الذي يساعد في ارتباط القافز في موقع معين. ويعتقد ان القطعة المستهدفة تنفلق بشكل غير متناظر تليها عملية تخليق لإكمال الاشرطة المفردة ثم حدوث الاقحام.

وتصنف القافزات في البكتريا الى ثلاثة مجاميع رئيسة :

أولاً : تواليات الاقحام والقافزات المركبة المتعلقة بها :

تواليات الاقحام IS وهي الابسط في التركيب وتشفر فقط للوظائف التي تحتاجها لعملية القفز، وتختلف في أحجامها من 1500 – 4000 زوج قاعدة وتحوي على تواليات مقلوبة على جانبيها (IR) Inverted repeats تصل الى حوالي 15 – 25 نيوكلوتيد، ومن أمثلتها ISI الذي حجمه 786 نيوكلوتيد. و التواليات بين IRs تحوي جين واحد لإنزيم القفز وفي حالات نادرة تحوي على جينيين ولا تشفر لإنزيم Resolvase.

اما القافزات المعقدة ضمن هذه المجموعة فتختلف في الحجم من 2000 الى أكثر من 40000 نيوكلوتيد، وتحتوي على IS او تواليات متعلقة بها عند النهايات وتكون بشكل تواليات مقلوبة. والقافز يمكن ان يقفز كوحدة كاملة. و DNA بين تواليات الاقحام يشفر لعدد من الوظائف التي قد لا تكون اساسية لعملية القفز. والموجودة في البكتريا المهمة من الناحية الطبية قد تحوي على جينات تنتج مستضدات الالتصاق، او السموم او عوامل الضراوة الاخرى وكذلك المقاومة لواحدة او أكثر من المضادات الحيوية، ومن اهم أمثلتها Tn5 5816) زوج قواعد) وتحيطه على الجانبين IS50 ويشفر لمقاومة الكاناميسين، والقافز الاخر Tn10 الذي يشفر لمقاومة التتراسايكلين .

ثانياً : وتضم المجموعة عددا من القافزات المتباينة بشكل كبير وهي متمثلة بـ  TnA family وهذه تحوي على تواليات مقلوبة (IR) طويلة نوعا ما تصل الى 35 -40 نيوكلوتيد ولكنها لا تحوي على تواليات الاقحام. التواليات الوسطية تشفر لإنزيمات القفز و Resolvase. ومنها Tn37(4957 زوج قواعد) ويشفر لمقاومة الامبسيلين و Tn1000 ويوجد على بلازميد الخصوبة (F factor).

وتسبب بعضها مشاكل صحية مثلا بعضها يشفر لمقاومة الامبسيلين الذي كان يستعمل في معالجة بكتريا السيلان N. gonorrhoeae و H. influenzae وذلك لان البلازميد الحاوي على القافز قد انتشر من بلازميدات العائلة المعوية الى بلازميدات هذه البكتريا مما ادى الى عدم جدوى استعمال الامبسيلين.

ثالثاً : وهذا الصنف يشمل القافزات المتمثلة بالعاثي Mu (37 كيلو قاعدة) والعاثيات المعتدلة الربية منه . فجينوم العاثي الكامل يعمل كقافز، ويتحرك DNA العاثي اثناء نمو الخلايا بواسطة القفز المتضاعف Replicative transposition ويمكن ان يندمج العاثي على شكل عاثي اولي (Prophage) في مواقع متعددة من كروموسوم البكتريا ويؤدي الى نشوء الطفرات ولذلك فان هذا العاثي والعاثيات الاخرى القريبة منه تسمى العاثيات المطفرة Mutator phages.

رابعاً : المجموعة اكتشفت في البكتريا الموجبة لصبغة كرام مثل Tn917 ويكون قافز اقتراني ويختلف عن القافزات الاخرى في المجاميع الاخرى. ويحصل تضاعف لقطعة DNA المستهدفة ثم يقحم فيها القافز ولذلك فان البكتريا الموجبة الحاوية عليه تعمل كمعط لعملية الاقتران Conjugal donor والخلايا المستلمة يجب ان تكون قريبة الصلة بالخلايا الواهبة. ويتم استئصال القافز من جينوم الخلايا الواهبة وينقل بواسطة الاقتران الى الخلايا المستلمة ويندمج بشكل عشوائي في جينومها. والقافز Tn917 يشفر للمقاومة للتراسايكلين. وتوجد قافزات اخرى تشفر لمقاومة أكثر من مضاد ويبدو ان القافز الاقتراني هو السبب في انتشار المقاومة للمضادات في البكتريا الموجبة لصبغة كرام. وعمليات اقحام مجاميع مختلفة من القافزات في الكروموسوم البكتيري موضحة في الشكل (شكل 1)

الشكل 1  :اقحام القافزات المختلفة في الكروموسوم البكتيري

ويعتقد ان القافزات هي التي سببت المقاومة للمضادات نظراً لان البلازميدات المعزولة من الاصابات في الوقت الحاضر تحمل عددا من القافزات التي تشفر للمقاومة لعدة مضادات موجودة محدداتها على مواقع مختلفة من القافزات مقارنة بمجموعة البلازميدات المعزولة من عزلات بكتيرية قبل عهد المضادات والتي تخلو من المقاومة للمضادات.

والسلالات او العزلات الحديثة تحوي على القافزات البعض منها مهجنة نتيجة لاندماج أكثر من قافز. فاكتساب القافز لمحددات المقاومة يمكن ان يؤدي في بعض الحالات الى تكوين قافزات معقدة تشفر لمقاومة عدد من المضادات الحيوية ومما يزيد في بروز وزيادة تأثير مثل هذه القافزات وجود الضغط الانتخابي المتمثل باستعمال المضادات في العلاج والاعلاف الحيوانية. كما ان وجود عمليات النقل الوراثي الافقي بين الخلايا مثل التحول والاقتران والتنبيغ ساعد في انتشار البلازميدات الحاملة للقافزات مثل R factor وبعد دخول هذه البلازميدات الى الخلايا يمكن للقافز ان يقفز الى بلازميدات الخلية الداخلية وكذلك يمكن ان يقفز الى كروموسوم الخلية وعليه فان ثبات البلازميدات المتحركة في الخلايا لا يقف حاجز امام انتشار المقاومة المحمولة على القافزات.

وتستعمل القافزات بكثرة في الهندسة الوراثية ولأغراض مختلفة ولكن عماد استعمالها هو حملها لصفة المقاومة للمضادات الحيوية التي تكون بمثابة واسمة وراثية Genetic marker واضحة ويسهل الكشف عنها.

المصادر

الخفاجي , زهرة محمود (2008) . التقنية الحيوية الميكروبية (توجهات جزيئية ) . معهد الهندسة الوراثية والتقنية الحيوية . جامعة بغداد .