بكتيريا التربة تحافظ على "صحّية" شطيرة البرغر التي تأكلها.
الشكل 1: البكتيريا خلافاً للكائنات الأخرى يمكن أن تغيّر مورثاتها. (أ) سلالة الإشريكية القولونية O157:H7 تحتوي على مورثات من بقايا فيروس أُصيبت به. (ب) O157:H7: اكتسبت كذلك مورثات من البيئة. وبإمكان البكتيريا أن تكتسب المورثات من أنواع أخرى من البكتيريا.
الشكل 2 :السبل العديدة التي تتبعها الإشريكية القولونية للوصول إلى شطيرة البيرغر. يستخدم لحم البقر الآتي من الأبقار المصابة في إعداد شطائر الهامبرغر النيئة، وتنتقل الإشريكية القولونية من أمعاء البقر إلى التربة على شكل سماد، وتخوض هنالك منافسة مع البكتيريا الأصلية. وإذا بقيت الإشريكية القولونية حية في التربة وتمكنت من النمو فيها فقد تنقل العدوى إلى المحاصيل مثل الخس والسبانخ.
Open PDF in new window.
Stephanie D. Jurburg1*ستيفاني. د. جوربورغ
1 German Centre for Integrative Biodiversity Research (iDiv), Leipzig, Germany
1المركز الألماني لبحوث التنوع البيولوجي التكاملية (iDiv)، ألمانيا
أدى تفشي الجرثومة الإشريكية القولونية، في سنة 1993، إلى مرض 700 شخص في كل أنحاء الولايات المتحدة، واستهل هذا الحدث سلسلة من الأحداث المماثلة، إذ يعشش نوع خاص من الجراثيم الإشريكية القولونية، يطلق عليه اسم سلالة O157:H7، في أحشاء المواشي وانطلاقا من هنالك ينتشر في المياه والأسمدة عن طريق الرّوث. ويمكن لسلالة O157:H7 أن تعيش في المياه لأشهر عديدة، حتى تصل إلى الإنسان حين يقدم على تناول اللحوم أو الخضار، مما يؤدي إلى إصابته بالمرض. غير أن جرثومة الإشريكية القولونية لا تبقى حية في التربة لفترة طويلة.
وتعامل بكتيريا التربة جرثومة O157:H7 على أنها عدو غاز، ويعتمد الغزاة على "بقايا" الكائنات الحيّة الأصلية للبقاء على قيد الحياة. ولا يتبقى سوى القليل من هذه المصادر في البيئات الأكثر تنوعاً ولذا يصعب على الكائنات أن تغزوها. ولهذا السبب بالذات قّلما تنجح جرثومة الإشريكية القولونية في غزو التربة فهي من أكثر البيئات تنوعا على سطح الأرض، ويعد هذا الأمر أيضاً من بين الأسباب العديدة التي تجعل بكتيريا التربة ضرورية لصحتنا على الرغم من أنها كائن خفيّ.
الإشريكية القولونية تهاجم!
أدى تفشي بكتيريا الإشريكية القولونية، في سنة 1993، إلى 700 حالة مرضية خطيرة في كل أنحاء الولايات المتحدة. وكان السبب في ذلك شرائح لحم البقر النيئة. وبعد ثلاثين سنة، أدت وباء آخر للإشريكية القولونية إلى عمليات سحب واسعة النطاق للسبانخ المعلبة من الأسواق، في جميع أنحاء البلاد. وكان مصدر المرض هذه المرة مزرعة لتربية المواشي تقع بجوار مزرعة للسبانخ. وأخذت أوبئة الإشريكية القولونية، مذ ذلك، تنشأ إثر استهلاك الجبن والبصل والصويا ومؤخراُ الخس الروماني. ويُعزى السبب في هذه الأوبئة دائماً إلى النوع نفسه من البكتيريا وهي سلالة الإشريكية القولونيةO157:H7. فماهي هذه البكتيريا ولماذا لا ينفك يزداد عدد الأوبئة التي تتسبب فيها؟ واصل القراءة لتعرف المزيد.
تاريخ الإشريكية القولونية وخصائصها
اكتُشفت أغلب البكتيريا التي نعرفها اليوم خلال السنوات العشر الماضية، غير أن ذلك لا ينطبق على الإشريكية القولونية. فقد اكتشف طبيب الأطفال ثيودور إيشيرش وجود هذه البكتيريا في أمعاء بشر أصحاء في عام 1885، وقد سمّيت باسمه بينما يشير مصطلح (Coli) إلى مكان تعشيشها وهو القولون. ونظراً لأن الإشريكية القولونية تنمو بطريقة جيدة في المخابر، عكف علماء الأحياء المجهرية على دراستها ليفهموا كيفية نمو البكتيريا وتفاعلها مع ما يحيط بها.
ويُذكر أن الكثير من هذه الخصائص التي تجعل الإشريكية القولونية محط اهتمام الباحثين هي ما يجعلها كذلك مميزة. فأولاً، تنمو الإشريكية القولونية بطريقة جيدة إذا حصلت على المصادر الغذائية الملائمة. وهنالك العديد من المصادر الغذائية التي تلائم هذه البكتيريا. فبإمكان الإشريكية القولونية أن تنمو بسرعة فائقة: من خلية واحدة إلى مليون خلية في غضون 7 ساعات. وثانياً، تستطيع البكتيريا أن تغيّر مورثاتها، وتجيد الإشريكية القولونية بالذات القيام بذلك (الشكل1). والمورثات هي دليل تعليمات الخلايا، وعلى خلاف كائنات أخرى أكبر حجماً مثل الحيوانات، تستطيع البكتيريا أن تتبادل المورثات أو تحصل عليها من الفيروسات أو تكتسبها من البيئة. وعندما تُغير البكتيريا مورثاتها، يتغير سلوكها وكذلك قدراتها، وتصبح السلالات المنبثقة عنها التي ترث المورثات نفسها أعضاء في سلالة معينة، تماماً مثلما أنت عضو في عائلتك وتُشاركهم في خصائص عديدة. وبدلاً من الأسماء العائلية، يُستعمل رمز متكون من حروف وأرقام للتمييز بين السلالات، مثل O157:H7. فهو بمثابة اسم رمزي للبكتيريا على غرار أسماء الإنسالات (الروبوت) في أفلام حروب النجوم R2- D2 أو C-3PO.
السلالة الخارقة O157:H7
تعيش آلاف خلايا البكتيريا الإشريكية القولونية من مختلف السلالات في قولون الإنسان المعافى، وهي تحميه من غيرها من البكتيريا المسببة للأمراض مثل السالمونيلا. لكن ذلك لا ينطبق على سلالة O157:H7. فقد اكتُشفت البكتيريا الإشريكية القولونية لأول مرة في عام 1983، وأصبحت حالياً تصيب حوالي 73000 شخصاً سنوياً، في الولايات المتحدة وحدها [1]. والأمر الذي يجعل هذه السلالة فريدة من نوعها هو مجموعة المورثات التي اكتسبتها: فمجموعة واحدة من المورثات تجعل سلالة O157:H7 قادرة على إطلاق سمّ الشيغا، وهو المادة السامة المتسببة في مرض الأشخاص المصابين بالعدوى. وليست عملية إطلاق السموم وحدها كفيلة بأن تشكل خطراً على صحتنا. فسلالة O157:H7 تتصرف على نحو يجعلها مسببة للمرض، فهي تحاول جاهدة الانتشار. لكن هذا التصرف ليس عاماً في كل سلالات البكتيريا الإشريكية القولونية. فسلوك الانتشار ناتج كذلك عن المورثات التي اكتسبتها من البيئة (الشكل 1).
وابتداءاً من سنة 1939، تسببت سلالة O157:H7، في تفشي أوبئة في كل سنة تقريباً. ولماذا لا يمكن الوقاية منها؟ الجواب البسيط هو أن الإشريكية القولونية تتبع سبلاً عديدة للوصول إلى طعامك. فإذا كان لحم البقر المستخدم في صنع شطيرة البرغر التي تأكلها مصدره بقرة مصابة، فعلى الأرجح أن شطيرتك تحمل العدوى، لكن ما من مشكلة في ذلك، لأن شطائر البرغر لا تؤكل نيئة البتة. وعندما تَطبُخ شطيرتك، فإن الحرارة تَقتُل الإشريكية القولونية التي بداخلها ويصبح اللحم مأموناً للأكل. بيد أن الخضار مثل الخس كثيرا ما تؤكل نيئة، وفي هذه الحالة، قد تكون البكتيريا حية عندما تأكلها.
وتعيش الإشريكية القولونية عادةً في أمعاء البقر لعدة أسابيع أو شهور من دون أن تتسبب في حدوث المرض (الشكل 2). ويحتوي براز هذه الحيوانات على الكثير من خلايا الإشريكية القولونية: وقد يحتوي غرام واحد من براز بقرة مصابة على ما يربو عن 50 مليون خلية للإشريكية القولونية، ويصبح التخلص صعباً وعسيراً عندما تخرج من أمعاء البقرة على شكل روث. لأن الروث يمكن أن يستضيف البكتيريا لأكثر من 21 شهراً، مُهيئاً فرصاً سانحة للبكتيريا لتصل إلى التربة. وإذا وصل الروث إلى المياه، فقد تستطيع البكتيريا أن تبقى حية فيها لأكثر من 8 أشهر، وخلال هذه الفترة يمكنها أيضاً أن تصل إلى التربة حينما تُستخدم هذه المياه لري المحاصيل. وعندما تكون الإشريكية القولونية في التربة، قد تصل إلى المحاصيل الزراعية مما يؤدي إلى انتقال العدوى إلى الفواكه والخضار.
الحل يكمن في بكتيريا التربة
تعيش البكتيريا الإشريكية القولونية طويلاً وبإمكانها الانتشار سريعاً، فلماذا لا تنتشر العدوى على نطاق أوسع؟ والجواب يكمن في: بكتيريا التربة. فكي تتمكن الإشريكية القولونية من إصابة خضارنا بالعدوى، عليها أن تعيش في التربة، غير أنها لا تصمد كثيراً فيها. فالإشريكية القولونية لا تستطيع أن تعيش سوى 3 أشهر في التربة. ويرى الباحثون أن تنوع بكتيريا التربة، أي عدد أنواع البكتيريا المختلفة التي تعيش فيها بصفة طبيعية هو ما يصنع الفرق [2]. وما من بيئة أكثر تنوعاً من التربة، فحفنة واحدة من التراب قد تحتوي على 10000 بكتيريا من مختلف الأنواع [3] وغالبا ما يكون أكثرها من سلالات الأشريكية القولونية غير المعدية. وأثبت العلماء من خلال تجارب عديدة أن التربة كلما زادت تنوعاً، استعصى على البكتيريا الخطيرة غزوها. ويبدو أن ذلك يُعزى إلى مدى توفر المصادر التي تحتاجها البكتيريا الغازية للبقاء على قيد الحياة [4]. فاستهلاك البكتيريا لهذه المصادر يشبه تفضيل الحيوانات لأغذية معينة، إذ تستهلك سلالات البكتيريا المختلفة أصنافا متباينة من المصادر. وعندما تكون نسبة تنوع البكتيريا الطبيعية في بيئة ما عالية مثلما هو الحال بالنسبة للتربة، تستهلك المجتمعات البكتيرية كميات كبيرة من المصادر ولا تذر منها شيئاً. وحين تصل البكتيريا الإشريكية القولونية إلى هذه البيئة، تعجز عن التغذّي والنمو، فتموت. ولا يمكن للمجموعات الأخرى الأقل تنوعاً استهلاك كل المصادر، ومن ثم تترك بعض "البقايا" التي يمكن أن تستغلها الإشريكية القولونية لتنمو وتنتشر.
كيف تساعد المضادات الحيوية البكتيريا الإشريكية القولونية
ها أنتم تدرون الآن أن تنوع البكتيريا في التربة أمر مهم، فهو يضمن بقاء نسبة ضئيلة فقط من المصادر التي يمكن للبكتيريا المسببة للمرض أن تستغلها. لكن يا للأسف، فإن استخدام المضادات الحيوية دوما ما يشكل خطراً على وجود بكتيريا التربة. إذ يستعمل الإنسان المضادات الحيوية لمحاربة الأمراض التي تصيبه هو أو الحيوانات، غير أن التربة تتعرض لهذه المواد بطرق لم تكن لتخطر على البال للوهلة الأولى. فلنتدبر في كيفية انتقال عدوى سلالة الأشريكية القولونية المسببة للمرض إلى التربة: تنتقل عبر براز المواشي. فسعيا إلى منع تفشي الأمراض، كثيراً ما تتلقى الأبقار جرعات عالية من المضادات الحيوية. لكن أجسامها لا تستخدمها كلها وغالباً ما تتخلص منها في البيئة عبر بول البقر وبرازه. لكن تلك هي البداية فقط. فمياه الصرف الصحي تحتوي على الكثير من المضادات الحيوية التي تخرج من جسم الإنسان بالطريقة نفسها. وينطبق ذلك أيضاً على مياه مزارع الأسماك التي تحتوي على نسبة مرتفعة من هذه المضادات.، وتصب هذه المياه في الأنهار وتُستخدم بعد ذلك في ري الأراضي الزراعية. وعندما تصل المضادات الحيوية إلى التربة، تقتل أغلب بكتيريا التربة النافعة. وبعد موت أغلب بكتيريا التربة النافعة بينما تمتلك البكتيريا المسببة للمرض الكثير من المصادر مما يجعلها تعيش لمدة أطول في التربة، فقد تتسبب هذه الأخيرة في حدوث المرض. وما فتئ يتزايد، في كل أنحاء العالم، مجموع البلدان التي سنت قوانين للحد من استخدام المضادات الحيوية على الحيوانات مثل المواشي، سعياً منها إلى خفض انتشار استخدام المضادات الحيوية في البيئة، بغية تحسين صحة مواطنيها والحفاظ على الحياة البرية.
البكتيريا: السبيل المتناهي الصغر للمضي قدماً.
أدرك البشر أن البكتيريا هي العلّة وراء حدوث الأمراض منذ أوائل القرن التاسع عشر، غير أننا مازلنا نتعلم كيفية استخدامها للوقاية من الأمراض. والواقع هو أننا لم نتنبه لمدى تنوع البكتيريا إلا خلال السنوات العشرين الماضية فقط، فقد كنا نظن أن البيئة النظيفة هي البيئة المعقمة والخالية من البكتيريا. ولكن كلما زادت وغزرت معرفتنا بعالم البكتيريا، تغير مدلول "النظافة" لدينا من التركيز على ضرورة غياب البكتيريا إلى ضرورة وجود البكتيريا النافعة، بهدف منع البكتيريا المسببة للمرض من استكمال عملية الغزو بنجاح. وأصبحنا نعلم الآن أن البكتيريا موجودة في كل مكان، وأن العيش مستحيل من دونها. ومن ثم انتقلت أبحاثنا من محاولة تخليص العالم من البكتيريا إلى تعلّم كيفية انتقاء البكتيريا النافعة: وهي تلك التي تساعد على حِفظ سلامة بيئاتنا وصحة أجسامنا. ولكن بقيت هنالك العديد من علامات الاستفهام. فعلى سبيل المثال، ماهي البكتيريا النافعة؟ وما الذي يميّزها عن غيرها؟ ربما يمكن إيجاد حلول للكثير من الألغاز العالقة.
المصطلحات
الموّرثة
جزء من الدّنا (الحمض النووي) يحتوي على تعليمات بناء البروتين.
السلالة
نوع فرعي من أنواع البكتيريا يختلف اختلاقاً طفيفاً في مورثاته عن السلالات الأخرى من النوع نفسه.
مسبب المرض
هو كائن يمكن أن يتسبب في الإصابة بالمرض.
التنوع
عدد الأنواع المختلفة التي تنتمي إلى مجتمع واحد.
المراجع
[1] Lim, J. Y., Yoon, J. W., and Hovde, C. J. 2013. A brief overview of Escherichia coli O157:H7 and its plasmid O157. J. Microbiol. Biotechnol. 20:5–14. doi: 10.4014/jmb.0908.08007
[2] Thakur, M. P., Putten, W. H., Cobben, M. M. P., Kleunen, M., and Geisen, S. 2019. Microbial invasions in terrestrial ecosystems. Nat. Rev. Microbiol. 17:621–31. doi: 10.1038/s41579-019-0236-z
[3] Le Roux, X., Recous, S., and Attard, E. 2011. “Soil microbial diversity in grasslands,” in Grassland Productivity and Ecosystem Services, eds G. Lemaire, J. Hodgson, and A. Chabbi (CAB International). p. 158–65.
[4] Eisenhauer, N., Schulz, W., Scheu, S., and Jousset, A. 2013. Niche dimensionality links biodiversity and invasibility of microbial communities. Funct. Ecol. 27:282–8. doi: 10.1111/j.1365-2435.2012.02060.x
المحرر: مالته يوخوم، المركز الألماني للبحوث المتكاملة للتنوع البيولوجي(iDiv)، ألمانيا
للاقتباس من المقال: جوربورغ س. د.(2020) بكتيريا التربة تحافظ على "صحّية" شطيرة البرغر التي بحوزتك. Front. Young Minds 8:545905. doi: 10.3389/frym.2020.545905
إقرار تضارب المصالح.
يصرح المؤلفون بأن البحث قد أجري بمنئً عن أية علاقات تجارية أو مالية يمكن أن تُفسَّر على أنها تضارب محتمل في المصالح.
بيان إسهام المؤلف.
حقوق الطبع والنشر 2020 يوربورغ. هذا المقال متاح للانتفاع الحر بموجب أحكام ترخيص نسبة المصنّف إلى صاحبه. ويُسمح باستخدامه أو توزيعه أو نسخه في منتديات أخرى، مع مراعاة المؤلفين الأصليين ومالكي حقوق النشر. ويجب الاستشهاد بالمقال وفقًا للممارسات العلمية. وفي حالة مخالفة هذه الشروط، فلا يُسمح باستخدام هذا المقال أو توزيعه أو إعادة تحريره.
المراجعون الصغار
مادي،14عاماً
اسمي مادي. وأبلغ من العمر 15 عاماً، وأعيش بالقرب من سان فرانسيسكو.
ماتياس،15 عاماً
أنا شاب في الرابعة عشر من العمر، وأحب العلوم والبرمجة والفايكنج والأساطير والجوجيتسو والروك آند رول والغناء والعزف على الطبول.
تاسي،13عاماً
مرحباً أنا تايسي. أبلغ من العمر 13 عاماً، وأعيش بالقرب من سان فرانسيسكو. أحب الرسم وألعاب الفيديو والعزف على القيثارة.
كاتب المقال
ستيفاني. د. جوربورغ
ستيفاني جوربورغ تهوى كل ما هو صغير. فقد درست على مدى عقد من الزمن تقريباً كيف أن البكتيريا التي تعيش داخلنا وحولنا تشكل عالمنا، وتجعلنا أصحاء أو مرضى وكيف أنها تحافظ على خصوبة تربتنا. وهي مهتمة بوجه خاص بكيفية تغيّر مجتمعات البكتيريا بمرور الوقت، وكيفية تعافيها بعد تعرضها للاختلالات. وهي تعمل
حالياً كباحثة في المركز الألماني للبحوث المتكاملة للتنوع البيولوجي (iDiv)، حيث تجري أبحاثاً عن تشابه المجتمعات البكتيرية في البيئات المختلفة. *s.d.jurburg@gmail.com
(Zahia Bourezah)ترجمة: زهية بورزاح
Zahia Bourezah is a professional translator, graduated from ESIT (School of Interpreters and Translators) at the University of Paris 3 - Sorbonne Nouvelle. She specializes in institutional translation, social sciences, education and human resources. In 2022, she founded her own business, B2Z Translation, and has been working as a freelancer ever since.
زهية بورزاح هي مترجمة احترافية، تخرجت من مدرسة المترجمين (ESIT) التابعة لجامعة باريس 3 - السوربون الجديدة. وهي متخصصة في الترجمة المؤسسية، والعلوم الاجتماعية، والتعليم، والموارد البشرية. وفي عام 2022، أسست شركتها الخاصة "B2Z Translation"، وهي تعمل الآن كمترجمة مستقلة.
