التخليق الحيوي للمشتتات الحيوية وتنظيمه

ان المواد المشتتة تحوي على طرف كاره للماء وآخر محب للماء وهذا يعني وجود طريقين  الأول لتخليق الجزء الكاره للماء والآخر لتخلق الجزء المحب للماء من الطلائع والمواد السابقة، وكل مسار تشترك فيه إنزيمات معينة. وبالرغم من تنوع المواد هناك بعض المظاهر المشتركة في التخليق والتنظيم ومنها :

• في بعض الأحيان يخلق الجزء الكاره والمحب من جديد de nove بواسطة مسارات تخليقيه غير معتمدة على بعضها.
• في بعض الاحياء يخلق الجزء المحب للماء من جديد والجزء الكاره للماء يتم حثه بمواد الأساس
• قد يكون الجزء الكاره للماء هو الذي يتكون بدون حث والجزء المحب للماء هو الذي يتم حثه بمواد الأساس.
• يكون تخليق الجزء الكاره للماء والمحب للماء متأثرا بوجود مواد الأساس.

وقد تم إثبات وجود كل الآليات المذكورة.

التنظيم

يتم تنظيم تخليق المشتتات الحيوية بطرق التنظيم الشائعة مثل الحث والكبح، وتشارك في التنظيم مستوى كميات النتروجين مما يوضح العلاقة بين استهلاك النفط والذي يكون فقيرا بالمواد النتروجينية والفوسفات، وكذلك يتأثر بوجود الأيونات متعددة التكافؤ. والمشتتات التي هي بيبتيدات دهنية يمكن ان تحث بواسطة وجود الحوامض الدهنية طويلة السلسلة أو الهيدروكاربونات او الكليسيريدات الثلاثية.

اما الكبح فيتم بإضافة الكلوكوز، او الكليسرول وحامض البالميتيك او بعض الحوامض العضوية مثل حوامض TCA  . ولكن هذه القاعدة قد لا تكون عامة فمثلا البكتريا Ps. aeruginosa التي تنمو على الكلوكوز ويضاف إليها حامض الاؤليك يمكن ان تنتج المشتتات عند انتهاء الكلوكوز من الوسط الغذائي.

وتكون الأيونات والنتروجين من العوامل المهمة في التأثير على التنظيم كما ذكر، ففي البكتريا المستعملة كنموذج دراسي في هذا المجال وهي Ps. aeruginosa تقوم بتخليق دهون الرامينوز عند استنزاف النتروجين خاصة في طور الاستقرار ويتوقف انتاجها عند اضافة النتروجين للخلايا الهاجعة. ويعود ذلك الى علاقة تخليق المشتت (دهون الرامينوز) بالإنزيم Glutamine synthetase فوجود DL- glutamine و Glutamic acid والامونيا تلعب دورا مهما في تنظيم عمليات التخليق، وعند استهلاك الكلوتامات والامونيا يؤدي الى نقص مصادر النتروجين مما يؤدي الى حرف الايض من النتروجين الى الكاربوهيدرات وانتاج دهون الرامينوز. وتتحكم هذه الظاهرة في انتاج العديد من المشتتات في أحياء مختلفة.

ويتحفز انتاج المشتتات أيضاً عند قلة المعادن متعددة التكافؤ مثل أملاح المغنيسيوم والكالسيوم وكذلك البوتاسيوم والصوديوم والمعدن النادرة، كما ان قلة الحديد تؤدي الى تحفيز الانتاج في العديد من البكتريا.

ودرست التركيبة الوراثية للماكنة المختصة بإنتاج المشتت مثل دهون الرامينوز في النموذج الدراسي Ps. aeroginosa فوجد ان هناك من الجينات هي rhlABR هي المسئولة عن التخليق وتنظيمه كما موضح في الشكل (1).

واضافة الى هذه المجموعة من الجينات يوجد إنزيم Rhamnosyl transfrerase وهو معقد موجود في الغشاء الخلوي كما يظهر من الشكل، ويكون بشكل معقد مع بروتين ناتج من قطعة DNA بحجم 32.5 كيلو دالتون هي ناتج الجين rhlA ويكون حاويا على توالي الاشارة. اما البروتين rhlB وحجمه 47 كيلو دالتون فيوجد في منطقة الفسحة المحيطة ويحوي على جزأين تشغل الغشاء الخلوي. اما الجين rhlR فهو يشفر لمنشط الانتساخ اذ ينتج بروتين بوزن 28 كيلو دالتون يعود الى العائلة LuxR وهو ينظم تخليق المشتت بشكل ايجابي.

اضافة الى ذلك يوجد الجين rhlI على يمين (Downstream) العنقود rhlABR ويشارك في عملية التنظيم. وفي البكتريا المدروسة يوجد تداخل بين وظيفة hrlR و hrlI ، اذ يقوم الاخير بتخليق مادة حاثة ذاتية تؤدي الى تحفيز انتاج دهن الرامينوز.

شكل 1 : اوبرون تنظيم انتاج دهون الرامينوز في البكتريا Ps. aeruginosa

اما Surfactin فينظم بواسطة جينات كروموسومية هي ComP , ComA , SrfA , Sfp ففقدان الخلايا للجين ComA يؤدي الى فقدان قابلية الخلايا على الانتاج وان كانت حاوية على الجينات الاخرى. و ComA يتم تنشيطه بعمليات الفسفرة من قبل ComP – histidine kinase الذي يكون بمثابة بروتين تحسس على الغشاء الخلوي. ففسفرة بروتين ComA يؤدي الى ارتباطه بقوة الى ممهد SrfA ويؤدي الى زيادة الانتساخ (أي انه جين مستحث على الاقل في البكتريا B. subtilis بمساعدة عدة مواقع قريبة من الجين. والجين SrfA هو مسئول عن انتاج عامل بيبتيدي فرموني الذي يكون مسئولا عن بداية عملية التبوغ في جنس العصيات لذلك فان هذه الفرمونات و Surfactin تكون لها مركبات وسطية مشتركة.

وتتأثر المركبات الوسطية لإنتاج Surfactin بمنتجات الجين Sfp والمناطق القريبة منه، اذ ينتج الجين بيبتيد مكون من 244 حامض اميني تكون مسئولة عن تحويل المركبات الوسطية الى المشتت، اضافة الى ان البيبتيد (224 حامض أميني) يكون مسئولا عن تنظيم انتساخ الاوبرون SrfA .

اما الجينات المسئولة عن تنظيم الجينات ComA و ComP فتقع في الاوبرون SrfB على الكروموسوم اذ تنتج بروتينات تعمل معقدات وتكون بمثابة منظمات ايجابية لعمل SrfA استجابة لمستويات الكلوكوز والكلوتامين.

المصادر

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