دانشمندان ساختاری لوله‌ای و ناشناخته را درون باکتری کوچکی به نام Profftella یافته‌اند؛ باکتری‌ای که در بدن یکی از خطرناک‌ترین آفات مرکبات جهان زندگی می‌کند. این کشف، دریچه‌ای تازه به چگونگی شکل‌گیری سازوکارهای پیچیده در موجودات زنده گشوده و می‌تواند راهی نو برای مبارزه با حشرات مخرب محصولات کشاورزی باشد.
باکتری Profftella و نقش آن در آفت مرکبات آسیایی
این کشف حاصل پژوهش تیمی بین‌المللی از دانشمندان است که یافته‌های خود را در نشریه npj Imaging منتشر کرده‌اند. موضوع مطالعه، باکتری Candidatus Profftella armatura بود؛ شریکی درون‌سلولی از حشره‌ای به نام Diaphorina citri، مشهور به “پسیل آسیایی مرکبات”.
پسیل حشره‌ای کوچک است که از شیره گیاه تغذیه کرده و موجب خسارت گسترده در مزارع مرکبات می‌شود. این حشره باکتری Profftella را در بدن خود جای داده و از مادر به نسل بعد منتقل می‌کند. نقش این باکتری حیاتی است؛ زیرا ترکیبات سمی تولید می‌کند که شکارچیان را از حشره دور نگه می‌دارند.
به همین دلیل، هرگونه ساختار غیرمعمول درون Profftella تنها یک پدیده زیستی جالب نیست، بلکه می‌تواند کلید کنترل این آفت باشد.
کشف لوله‌های اسرارآمیز در باکتری
دانشمندان با استفاده از میکروسکوپ الکترونی سه‌بعدی پیشرفته دریافتند که سلول‌های Profftella – که به‌طور طبیعی بسیار بلند و گاه بیش از ۱۰۰ میکرومتر طول دارند – شامل چندین لوله کشیده و هم‌اندازه هستند.
هر لوله ده‌ها میکرومتر طول و حدود ۲۳۰ نانومتر قطر دارد. این ساختارها از پنج تا شش رشته مارپیچ راست‌گرد تشکیل شده‌اند که به شکل استوانه‌ای تابیده در کنار هم قرار گرفته‌اند.
جالب آن‌که این لوله‌ها به‌صورت تصادفی درون سلول پخش نشده‌اند. اندازه ثابت آن‌ها نسبت به حجم سلول نشان می‌دهد که باکتری به‌طور هدفمند در ساخت آن‌ها سرمایه‌گذاری می‌کند.
اندامک‌های پیچیده در باکتری‌ها
«به‌طور معمول، باکتری‌ها چنین اندامک‌های پیچیده‌ای ندارند.»
— دکتر چی‌هونگ سونگ، استادیار دانشگاه ملی پوسان
سونگ، نویسنده اصلی مقاله، می‌گوید: «شگفت‌زده شدم وقتی دیدم این لوله‌ها آن‌قدر پایدار و مقاوم‌اند که حتی در شرایط خلأ بالا در میکروسکوپ الکترونی هم شکل خود را حفظ می‌کنند.»
این ویژگی بسیار استثنایی است. بیشتر ساختارهای باکتریایی در چنین شرایطی فرو می‌ریزند یا برای مشاهده باید با مواد شیمیایی تثبیت شوند. اما لوله‌های Profftella کاملاً مقاوم باقی ماندند.
درون لوله‌ها چه می‌گذرد؟
پژوهشگران با ترکیب میکروسکوپی نوری و الکترونی موفق شدند محتویات لوله‌ها را بررسی کنند. آن‌ها متوجه شدند که این ساختارها پر از ریبوزوم هستند – همان ماشین‌های ریز سلولی که وظیفه ساخت پروتئین را بر عهده دارند.
این یافته تعبیر لوله‌ها را از سازه‌های ایستا به سامانه‌هایی فعال و پویا تغییر می‌دهد.
«بر این اساس، ممکن است لوله‌ها در فرایند سنتز پروتئین نقش داشته باشند.»
— دکتر آتسوشی ناکاباچی، دانشگاه فناوری تویوهَشی
ناکاباچی، از نویسندگان همکار پژوهش، اضافه می‌کند که این ساختارها شاید علاوه‌بر حمایت فیزیکی از سلول‌های کشیده Profftella، مانند اسکلت سلولی در سلول‌های یوکاریوتی عمل کرده و مسیرهایی برای انتقال مواد فراهم کنند.
اگر این فرض درست باشد، Profftella درون سلول‌هایش نوعی «خط مونتاژ» پر از ریبوزوم دارد؛ سطحی از سازمان‌یافتگی که در باکتری‌ها بسیار نادر است.
بازنگری در تصویر ساده از باکتری‌ها
کتاب‌های درسی اغلب باکتری‌ها را به‌صورت کیسه‌ای ساده از واکنش‌های شیمیایی معرفی می‌کنند، اما این تصویر دیگر درست نیست. اکنون می‌دانیم برخی باکتری‌ها آهنرباهای درونی می‌سازند، غشاها را لایه‌لایه می‌چینند یا آنزیم‌ها را در بخش‌های جداگانه تقسیم می‌کنند.
با این حال، وجود اندامک‌های لوله‌ای بزرگ و مشخص مانند Profftella هنوز پدیده‌ای بسیار نادر است. این کشف نشان می‌دهد باکتری‌ها از آنچه می‌پنداشتیم، پیچیده‌ترند.
چشم‌اندازهای تکاملی تازه
معماری مارپیچی و تکرارشونده لوله‌ها پرسش‌های بزرگی را درباره فرگشت برمی‌انگیزد:
- آیا این ساختارها به‌صورت مستقل در Profftella و در واکنش به زندگی درون بدن پسیل شکل گرفته‌اند؟
- آیا ساختارهای مشابه در سایر همزیستان حشرات وجود دارد که تاکنون دیده نشده‌اند؟
- و آیا این لوله‌ها مرز میان پیچیدگی سلول‌های باکتریایی و یوکاریوتی را کمرنگ می‌کنند؟
امید تازه برای کشاورزان
از آنجا که Profftella نقشی حیاتی در زندگی پسیل دارد، ساختار منحصربه‌فرد آن می‌تواند نقطه‌ضعفی برای کنترل این آفت باشد. اگر این لوله‌ها در ساخت پروتئین یا حفظ شکل سلول نقش کلیدی داشته باشند، تخریب آن‌ها ممکن است به تضعیف باکتری و در نتیجه خود حشره منجر شود.
این رویکرد می‌تواند بدون استفاده از سموم شیمیایی گسترده، به مهار آفت کمک کند. البته هر راهبردی باید با دقت و ارزیابی زیست‌محیطی همراه باشد. اما وجود اهداف ساختاری مشخص، طراحی دارو یا عامل‌های کنترلی دقیق را ممکن می‌کند.
پرسش‌های بی‌پاسخ درباره Profftella
با وجود پیشرفت‌ها، پرسش‌های زیادی باقی مانده است:
- ترکیب مولکولی این لوله‌ها چیست؟
- آیا از پروتئین ساخته شده‌اند یا از ترکیب‌های پروتئین–RNA؟
- آیا به غشا یا انتهای سلول متصل‌اند؟
- و در صورت مسدود شدن یا از بین رفتن آن‌ها، چه بر سر باکتری و میزبانش می‌آید؟
پاسخ به این پرسش‌ها نیازمند پژوهش‌های بیشتر در زمینه بیوشیمی، ژنتیک و تصویربرداری در مراحل مختلف رشد باکتری و حشره است. همچنین ممکن است بررسی سایر باکتری‌های همزیست آفات کشاورزی، شگفتی‌های مشابهی را آشکار کند.
جمع‌بندی
در درون یکی از کوچک‌ترین همزیستان حشرات، دانشمندان ساختاری مارپیچی، مقاوم و پر از ریبوزوم یافته‌اند که تاکنون در هیچ موجود زنده‌ای مشاهده نشده بود. این کشف نه‌تنها درک ما از سادگی باکتری‌ها را به چالش می‌کشد، بلکه هدفی تازه در نبرد با آفات مرکبات پیش روی پژوهشگران قرار می‌دهد.
اگر به دنیای میکروب‌ها و نوآوری‌های علمی علاقه‌مندید، این مقاله را با دوستانتان به اشتراک بگذارید و دیدگاهتان را درباره این کشف شگفت‌انگیز بنویسید.
