ترسل البكتريا حينما تتفاعل مع بعضها إشارات تحرض استجابة في البكتريا المجاورة دافعةً إياها لأن تسلك سلوكًا معينًا أو أن تفرز مواد مختلفة. فعلى سبيل المثال يمكن للبكتريا أن تتواصل لتنسيق التحرك بعيدًا عن الخطر أو لتصدر ضوءًا يدحر المفترسين.
قام علماء من جامعتي فلوريدا وكليفلاند الحكوميتين، في بحث جديد نُشر في Biophysical Reports ، بوضع نموذج رياضي يشرح كيفية تواصل البكتريا ضمن نظام بيئي أكبر. يمكن للعلماء، عبر فهم آلية تلك العملية، أن يتنبؤوا بماهية الأفعال التي من شأنها أن تحرض استجابات بيئية معينة من تجمع بكتريّ.
يقول بارغاف كارامتشيد، أح مؤلفي الدراسة والأستاذ المساعد في قسم الرياضيات ومعهد الفيزياء الحيوية الجزيئية في جامعة فلوريدا الحكومية، «نموذجيًا، اعتادت نماذج البكتريا في البيئات التركيبية أن تتضمن الكثير من المعادلات التي توصّف الكثير من الأشياء إلا أنها افتقرت للمرونة التي توائم تطبيقات مختلفة». وأضاف «ما قمت به مع زملائي يتمثل بتصميم نموذج رياضي مرن قابل للتطبيق على طيف واسع من السياقات التجريبية».
تساعد النماذج كتلك المطورة من قبل فريق كارامتشيد على التنبؤ بكيفية تنسيق تلك التجمعات البكترية لنشاطاتها، ما يسمح للمصممين بتعديل وضبط المتغيرات الخاصة بكل تجمع بكتري، كتعدادات الجمهرات الخاصة بأنواع البكتريا المختلفة أو حلقات التلقيم الراجع، ومواءمتها لأغراض مختلفة.
فعلى سبيل المثال، يمكن لتواجد أكثر من نوع بكتري واحد ضمن جمهرة تحوي نوعين من البكتريا أن يشكل خطرًا على الكائن المضيف، بينما تواجد مضيفين أكثر يمكن أن يكون مفيدًا. إن تحقيق النسبة الصحيحة أمر ضروري، وتساعد النماذج الباحثين على تصميم وتحليل التجمعات البكترية التي يصمموها.
بحسب كارامتشيد «ما يفتقره علم الأحياء التركيبي حاليًا يتمثل بهذه النماذج العامة والمرنة الجاهزة» ويضيف «هذه النماذج يمكن ألا يحاكي كافة التفاصيل في التجمع البكتري، لكنها مع ذلك تصور الإطار العام لماهية العمليات التي تحدث ضمنه. يستطيع العلماء والمهندسون أن يستخدموا تلك البيانات ليقارنوها مع عملهم التجريبي والمضي به قُدمًا».
اختبر الباحثون أيضًا نموذجهم بالمقارنة مع بحث منشور سابقًا والذي فحص كيف يمكن للبكتريا أن تتواصل عبر أحياز مكانية كبيرة. وجد هذا البحث القديم أن البكتريا احتاجت فقط حلقة تلقيم راجع إيجابية لترسل إشارات فيما بينها. بيد أن نموذج كاراماتشيد وفريقه يتنبأ أن معدل إنتاج الجزيئات التأشيرية ينبغي أن يكون ضمن نطاق معين لتحقيق التنسيق.
يقول شون راين، أحد مؤلفي الدراسة والأستاذ المساعد في قسم الرياضيات والإحصاء والمدير المساعد في مركز تحليل البيانات والنمذجة التطبيقي في جامعة كليفلاند الحكومية «يمهد هذا النموذج لطيف واسع من التجارب المستقبلية التي تختبر التفاعلات والهندسيات لسلالات مختلفة».
راين غودن، طالب سابق في جامعة كليفلاند الحكومية وطالب دكتوراه في الهندسة الكيميائية حاليًا في جامعة آيواه الحكومية، كان المؤلف الرئيسي لهذه الورقة البحثية.
ترجمة: حاتم زيداني
المصدر: phys.org
