محفز تلقائي

في علم الأحياء، المُحفِّز التلقائي ( بالإنجليزية:autoinducer)هو جزيء إشارات يُمكِّن من الكشف عن التغيرات في كثافة الخلايا البكتيرية والاستجابة لها. وهو عنصر أساسي في ظاهرة استشعار النصاب.صيغ مصطلح المحفز التلقائي لأول مرة في عام 1970، عندما لوحظ أن البكتيريا البحرية المضيئة حيوياً  ضمة فيشيري تنتج إنزيمًا مضيء فقط عندما تصل تعداد البكتيريا إلى كثافة مرتفعة.Davies, D.G., Parsek, M.R., Pearson, J.P., Iglewski, B.H., Costerton, J.W., Greenberg, E.P. (1998 April 10). The involvement of cell-to-cell signals in the development of a bacterial biofilm. Science. Retrieved from https://www.science.org/doi/abs/10.1126/science.280.5361.295.

 تقديم 
يتم إنتاج المحفز التلقائي بواسطة كل من البكتيريا سلبية وإيجابية الغرام ، حيث يسمح اكتشاف المحفزات التلقائية بالشعور ببعضها البعض وتنظيم مجموعة واسعة من الأنشطة الفسيولوجية، بما في ذلك التعايش، والضراوة، والحركة، وإنتاج المضادات الحيوية، وتكوين الأغشية الحيوية.

تتخذ المُحفِّزات التلقائية أشكالًا مُختلفة تبعًا لنوع البكتيريا، لكن تأثيرها مُتشابه في كثير من الحالات. فهي تسمح للبكتيريا بالتواصل داخل الأنواع وفيما بينها، وبالتالي تُنظِّم استجابات مُنسَّقة لبيئاتها بطريقة تُضاهي السلوك والإشارات في الكائنات الحية العليا.

 الآلية 
تصغير|استشعار النصاب في ضمة هارفي
في أبسط أنظمة استشعار النصاب، تحتاج البكتيريا إلى عنصرين فقط للاستفادة من المحفزات التلقائية. فهي تحتاج إلى طريقة لإنتاج إشارة وطريقة للاستجابة لها. غالبًا ما تكون هذه العمليات الخلوية منسقة بدقة وتتضمن تغييرات في التعبير الجيني. يزداد إنتاج المحفزات التلقائية عمومًا مع زيادة كثافة الخلايا البكتيرية. تُنتج معظم الإشارات داخل الخلايا وتُفرز لاحقًا في البيئة خارج الخلية. غالبًا ما يتضمن اكتشاف المحفزات التلقائية الانتشار مرة أخرى داخل الخلايا والارتباط بمستقبلات محددة. عادةً، لا يحدث ارتباطها بالمستقبلات إلا عند الوصول إلى تركيز مرتفع. بمجرد حدوث ذلك، تُغير المستقبلات المرتبطة التعبير الجيني إما بشكل مباشر أو غير مباشر. بعض المستقبلات هي عوامل نسخ بحد ذاتها، بينما ينقل البعض الآخر الإشارات إلى عوامل النسخ اللاحقة.

في كثير من الحالات، تشارك المحفزات التلقائية في حلقات التغذية الراجعة الأمامية، حيث يعمل التركيز الأولي الصغير للمحفز الذاتي على تضخيم إنتاج نفس الإشارة الكيميائية إلى مستويات أعلى بكثير.

 الأصناف 

 لاكتونات أسيل هوموسيرين 
تُنتج  لاكتونات أسيل الهوموسيرين (AHLs) بشكل أساسي بواسطة البكتيريا سلبة الغرام، وهي فئة من جزيئات الدهون المحايدة الصغيرة تتكون من حلقة لاكتون هوموسرين مع سلسلة أسيل. تختلف هذه اللاكتونات  التي تنتجها أنواع مختلفة من البكتيريا سالبة الجرام في طول وتركيب السلسلة الجانبية للأسيل، والتي غالبًا ما تحتوي على 4 إلى 18 ذرة كربون، و تُصنع  بواسطة إنزيمات AHL. تنتشر داخل الخلايا وخارجها من خلال آليات النقل السلبي والنشط. تشمل مستقبلاتها عددًا من منظمات النسخ تُسمى "بروتينات R"، والتي تعمل كعوامل نسخ مرتبطة بالحمض النووي أو كينازات استشعار.

 الببتيدات 
عادةً ما تستخدم البكتيريا موجبة الجرام التي تشارك في استشعار النصاب الببتيدات القليلة المُفرَزة كمُحفِّزات تلقائية. عادةً ما تنتج المُحفِّزات التلقائية للببتيدات عن تعديل ما بعد الترجمة لجزيء سلائف أكبر. في العديد من البكتيريا موجبة الجرام، يتطلب إفراز الببتيدات آليات تصدير متخصصة. على سبيل المثال، تُفرَز بعض المُحفِّزات  للببتيدات بواسطة ناقلات الكاسيت المرتبطة بـ ATP التي تجمع بين المعالجة البروتينية والتصدير الخلوي. بعد الإفراز، تتراكم  في بيئات خارج الخلية. بمجرد الوصول إلى مستوى عتبة للإشارة، يكتشفها بروتين كيناز مستشعر الهيستيدين لنظام تنظيمي ثنائي المكونات، وتُنقل الإشارة إلى الخلية. كما هو الحال مع لاكتونات أسيل الهوموسيرين، تؤدي الإشارة في النهاية إلى تغيير التعبير الجيني. ومع ذلك، على عكس بعض اللاكتونات لا تعمل معظم الببتيدات القليلة كعوامل نسخ بحد ذاتها.

 ثنائي إستر بورات الفورانوسيل 
تصغير|تفعيل معامل lux في ضمة هارفي
تستخدم البكتيريا البحرية الحرة المضيئة حيويًا، ضمة هارفي جزيئًا آخر للإشارات بالإضافة إلى لاكتون أسيل هوموسيرين . هذا الجزيء، المسمى المحفز التلقائي 2 ، هو ثنائي إستر بورات الفورانوسيل. ويُعتقد أن المحفز التلقائي الذي تُنتجه وتستخدمه أيضًا عدد من البكتيريا سلبية وموجبة الجرام، يُمثل حلقة وصل تطورية بين النوعين الرئيسيين من دوائر استشعار النصاب.

 البكتيريا سلبية الغرام 
كما ذُكر سابقًا، تستخدم البكتيريا سلبية الغرام بشكل أساسي لاكتونات أسيل الهوموسيرين كجزيئات مُحفِّزة ذاتيًا. تتكون دائرة استشعار النصاب الأدنى في هذه البكتيريا من بروتين يُصنِّع تلك اللاكتونات   وبروتين آخر مختلف يكتشفه ويُحدِث تغييرًا في التعبير الجيني. تم تحديد هذين البروتينين لأول مرة في ضمة فيشيري وهما LuxI وLuxR على التوالي.

تستخدم البكتيريا سلبية الجرام الأخرى بروتينات شبيهة بـ LuxI وLuxR ، مما يُشير إلى درجة عالية من الحفاظ التطوري. ومع ذلك، تم تعديل دائرة LuxI/LuxI في أنواع مختلفة. وتعكس هذه التعديلات الموصوفة تكيفات البكتيريا للنمو والاستجابة لبيئات متخصصة معينة.

 أمثلة 

 ضمة فيشري: التلألؤ الحيوي 
تصغير|سبيدج هاواي قصير الذيل
من الناحية البيئية، تُعرف ضمة فيشري بارتباطاتها التكافلية مع عدد من العوائل حقيقية النواة، بما في ذلك حبار هاواي قصير الذيل. في هذه العلاقة، يُحافظ الحبار المضيف على البكتيريا في أعضاء ضوئية متخصصة. يوفر بيئة آمنة وغنية بالمغذيات للبكتيريا، وبدورها، تُوفر البكتيريا الضوء. على الرغم من إمكانية استخدام التلألؤ الحيوي للتزاوج وأغراض أخرى، إلا أنه يُستخدم في حبار هاواي قصير الذيل  للإضاءة المضادة لتجنب الافتراس.

جزيء المحفز الذاتي الذي تستخدمه ضمة فيشيري هو لاكتونات أسيل هوموسيرين أوكسوهكسانويل3 ، الذي يتم إنتاج هذا الجزيء في السيتوبلازم بواسطة إنزيم LuxI synthase ويتم إفرازه من خلال غشاء الخلية إلى البيئة خارج الخلية.

كما هو الحال بالنسبة لمعظم المحفزات التلقائية، فإن التركيز البيئي له هو نفس التركيز داخل الخلايا داخل كل خلية. ينتشر  في النهاية مرة أخرى إلى الخلايا حيث يتعرف عليه LuxR بمجرد الوصول إلى تركيز ~10 مل. يرتبط LuxR بالمحفز وينشط بشكل مباشر نسخ أوبيرون luxICDABE. يؤدي هذا إلى زيادة هائلة في كل من إنتاج المحفز  وفي التلألؤ الحيوي.  كما أن LuxR المرتبط بالمحفز التلقائي يثبط أيضًا التعبير عن نفسه، والذي يُعتقد أنه يوفر آلية تعويضية للتغذية الراجعة السلبية للتحكم الدقيق في مستويات جينات التلألؤ الحيوي.

 الزائفة الزنجارية: الضراوة وإنتاج المضادات الحيوية 
الزائفة الزنجارية مُمْرِضٌّ انتهازيٌّ يصيب الإنسان، ويرتبط بالتليف الكيسي. في حالات عدوى الزائفة الزنجارية، يُعدّ استشعار النصاب أمرًا بالغ الأهمية لتكوين الأغشية الحيوية وزيادة قدرتها الإمراضية. تحتوي هذه الزائفة على زوجين من متماثلات LuxI/LuxR، اللاواتي يساعدان في تخليق  لاكتونات أسيل هوموسيرين أوكسوهكسانويل3 ولاكتونات أسيل هوموسيرين بيوتيريل على التوالي. تعمل دوائر LasI/LasR وRhlI/RhlR معًا لتنظيم التعبير عن عدد من جينات الضراوة.

البروتينLasR المرتبط بمحفزه التلقائي ينشط أيضًا التعبير عن نظام RhlI/RhlR في الزائفة الزنجارية. وهذا يسبب التعبير عن RhlR الذي يرتبط بعد ذلك بمحفزه ، لاكتونات أسيل هوموسيرين بيوتيريل،  بدورهينشط RhlR المرتبط بالمحفز التلقائي فئة ثانية من الجينات المشاركة في المراحل اللاحقة من العدوى، بما في ذلك الجينات اللازمة لإنتاج المضادات الحيوية. ومن المفترض أن إنتاج المضادات الحيوية بواسطة الزائفة الزنجارية يُستخدم لمنع العدوى الانتهازية من الأنواع البكتيرية الأخرى. 

 انظر أيضا 

 حبار هاواي قصير الذيل
 ضمة هارفي
 المحفز التلقائي2
 ضمة فشيري

 المراجع 

تصنيف:توصيل الإشارة
تصنيف:علم الأحياء الخلوي