توصل باحثون من معهد علم الأحياء الدقيقة التابع للأكاديمية الصينية للعلوم إلى اكتشاف جديد يكشف أن البكتيريا تمتلك جهازا مناعيا فطريا منظما، إلى جانب جهازها المناعي التكيفي المعروف، في خطوة قد تغير الفهم العلمي لآليات دفاع الكائنات الدقيقة ضد الفيروسات.

ونشرت نتائج الدراسة في مجلة Nature.

CRISPR ليس مجرد نظام للدفاع التكيفي

كان العلماء يعرفون سابقا أن البكتيريا والعتائق تستخدم نظام CRISPR-Cas باعتباره وسيلة للمناعة التكيفية، إذ يحتفظ النظام بذاكرة للهجمات الفيروسية السابقة، ما يسمح له بالتعرف على الفيروسات التي أصابت الخلية سابقا والقضاء عليها بدقة عند تكرار الهجوم.

لكن الدراسة الجديدة أظهرت أن دور هذا النظام أوسع بكثير مما كان يعتقد.

مركز قيادة للمناعة

كشف الباحثون أن نظام CRISPR-Cas يعمل أيضا كمركز قيادة ينظم شبكة واسعة من أنظمة المناعة الفطرية داخل البكتيريا.

وأوضح الفريق أن أكثر من 20 وحدة دفاعية فطرية مرتبطة وراثيا بمناطق نظام CRISPR-Cas من النوع الأول.

وتخضع هذه الأنظمة لتنظيم دقيق بواسطة جزيئات صغيرة من الحمض النووي الريبي (RNA)، التي توجه آلية CRISPR إلى مناطق تنظيم الجينات دون أن تتسبب في قطع الحمض النووي.

وأطلق الباحثون على هذه المنظومة الدفاعية الجديدة اسم CRISIS.

كيف تعمل منظومة CRISIS؟

عندما يكون نظام CRISPR-Cas نشطا، فإنه يحافظ على كبح نشاط منظومة CRISIS، مما يبقي المناعة الفطرية عند مستوى أساسي.

ويمنع هذا التنظيم البكتيريا من استهلاك طاقة إضافية أو التعرض لمشكلات مثل بطء النمو أو فقدان البلازميدات المفيدة.

لكن عندما تتمكن الفيروسات من تعطيل نظام CRISPR-Cas باستخدام بروتينات تعرف باسم مضادات CRISPR (Anti-CRISPR أو Acr)، يتغير الوضع تماما.

فعندها يرفع الكبح عن منظومة CRISIS، لتنشط بسرعة وتطلق استجابة مناعية فطرية قوية تساعد على إيقاف الفيروس المهاجم، وإن كان ذلك على حساب استهلاك موارد الخلية البكتيرية.

توازن بين الحماية واستهلاك الطاقة

تشير النتائج إلى أن البكتيريا لا تعتمد على آلية دفاع واحدة، بل توازن باستمرار بين خطر التعرض للفيروسات والتكلفة الحيوية اللازمة لتشغيل أنظمة الدفاع.

ويمنح هذا التنظيم الكائنات الدقيقة القدرة على استخدام دفاعاتها بكفاءة، دون استنزاف طاقتها عندما لا تكون مهددة.

آفاق جديدة للبحث والتكنولوجيا الحيوية

يرى الباحثون أن هذا الاكتشاف يغير النظرة التقليدية إلى جهاز المناعة لدى الكائنات الدقيقة، ويكشف عن مستوى غير متوقع من التعقيد في أنظمة الدفاع البكتيرية.

كما قد يسهم فهم هذه الآليات في اكتشاف أنظمة مناعية ميكروبية جديدة، وتطوير تطبيقات مستقبلية في التكنولوجيا الحيوية والهندسة الوراثية، إضافة إلى تحسين الأدوات المعتمدة على نظام CRISPR في الأبحاث الطبية والعلاجية.