بدأ العلماء في فك رموز النظم البيئية الميكروبية المهددة بالانقراض
الكاكابي النيوزيلندي المهدّد بالانقراض هو أثقل ببغاء في العالم، لا يطير، وينشط في الليل فقط، ويمتلك ريشًا أخضر بلون طحلبي، ورائحة عطرية، ووجه خشن غريب، وعمر يصل حتى 90 عامًا، وميكروبيوم أمعاء مكون بالكامل تقريبًا من بكتيريا الإشرشيا كولي. مثل البشر، تحمل الحيوانات الأخرى تريليونات من البكتيريا والفيروسات والعتائق والفطريات في قنواتها الهضمية وعلى جلدها وأماكن أخرى، فهي النظم البيئية الداخلية التي تساعدها على استخلاص العناصر الغذائية من الطعام ومحاربة مسببات الأمراض وتطوير المناعة. الآن، نظرًا لأن التسلسل الجيني أصبح أرخص وأكثر تقدمًا، يفحص العلماء الميكروبيومات المميزة للحيوانات المهددة بالانقراض، ويحاولون الحصول على معلومات قد تساعد في تجنب الانقراض.
كشفت مثل هذه الأبحاث أن الكاكابي غريب من الداخل والخارج أيضًا، وتقول عالمة البيئة الميكروبية بجامعة أوكلاند آني ويست: «الميكروبيوم الخاص بهم غريب جدًا، مثل كل شيء آخر يتعلق بهم». لا يزال حوالي 250 كاكابي يسكن في خمس جزر نائية خالية من الحيوانات المفترسة، حيث يراقبها بشكل مكثف مسؤولو الحياة البرية في نيوزيلندا. في عام 2019، جمع موظفو الحكومة والمتطوعون فضلات طازجة ذات لون بني مائل إلى الأخضر ومواد عش من 67 من صغار هذه الحيوانات وأرسلوا العينات إلى الغرب لتحليل الحمض النووي.
تعتبر الإشريكية القولونية منتشرة في الجهاز الهضمي للإنسان، لكنها لا تشكل سوى نسبة صغيرة من البكتيريا الموجودة. وقد أظهرت الأبحاث السابقة أن هذا الميكروب يهيمن على أحشاء الكاكابي البالغة. تختلف النسبة بشكل كبير بين الأفراد، وفي بعض الحالات تشكل 99 بالمئة من الميكروبيوم بأكمله. وجدت دراسة ويست وزملائها الجديدة، التي نُشرت في مجلة Animal Microbiome، أنه بعد فترة وجيزة من فقس الكاكابي، تشكل الإشريكية القولونية بالفعل الغالبية الميكروبية في أمعائها. وتزداد هذه الهيمنة مع نمو الحيوان.
تقول ويست: «إنه أمر غير معتاد للغاية. إذا كنت قد رأيته عند الإنسان، فسوف تشعر بالقلق». ليس من الواضح بعد ما إذا كان ذلك سيئًا بالنسبة للكاكابي، ولكن قد يكون الميكروبيوم المتجانس جدًا مدعاة للقلق؛ لأنه قد لا يؤدي جميع الوظائف التي يحتاجها النوع. وتضيف ويست: «إذا فقدت التنوع، فمن المحتمل أن تكون قد فقدت بعض وظائف الميكروبيوم». وجد الباحثون أيضًا أنه عندما أطعموا فراخ الكاكابي علفًا مُعدًا لصغار الببغاوات، سيطرت مجموعة مختلفة من البكتيريا على الميكروبيوم.
يمكن تفسير الميكروبيوم المبسط للكاكابي جزئيًا من خلال ندرة الطائر الشديدة. أظهرت دراسات أخرى أنه عندما تتقلص أعداد الحيوانات أو تصبح مجزأة، فإن بعض الميكروبات التي تستضيفها تُفقد أيضًا، بحسب ليفينج تشو عالم البيئة في جامعة نانجينغ نورمال الصينية، والذي لم يشارك في البحث الجديد. يقول تشو: «بالإضافة إلى تنوع النظام البيئي والأنواع، نحتاج أيضًا إلى الحفاظ على تنوع الميكروبيوم داخل أجسام الحيوانات». يوضح أن تغير المناخ والموائل المتدهورة والاتصال بالبشر والوقت في الأسر يمكن أن يغير بشكل جذري ميكروبيوم الحيوان، وعندما يبدأ البشر في التدخل لإنقاذ الأنواع المهددة بالانقراض، قد يكون لهم تأثيرات غير مقصودة على العوالم المصغرة في داخلهم.
أظهر بحث تشو الخاص أن الباندا العملاقة الموجودة في مرافق التكاثر تؤوي ميكروبات مختلفة تمامًا عن الباندا البرية، ويرجع ذلك أساسًا إلى أنها تأكل طعامًا مختلفًا. عندما يُطلَق سراح الباندا الأسيرة، يجب أن يخضع الميكروبيوم الخاص بها لعملية تحول لمدة عام، فمن المرجح أن تمرض خلالها. يقول تشو: «لقد أدركنا أن الباندا تحتاج إلى وحشية ميكروبيوم أمعائها، وليس فقط الوحشية في سلوكها».
ما يزال علماء الأحياء يصنفون الميكروبات التي تعيش في وداخل معظم الأنواع المهددة بالانقراض، وكيف تتغير هذه المجتمعات بمرور الوقت، بحسب عالمة الأحياء البحرية بجامعة فليندرز إليزابيث دينسديل، التي تغوص مع أسماك القرش لجمع عينات من ميكروبات بشرتها. فقد كانت حوالي 90% من الكائنات الحية الدقيقة التي عثرت عليها جديدة على العلم، وحدد فريقها مجموعات مختلفة من أسماك قرش الحوت من خلال ميكروبات الجلد النموذجية.
السؤال الكبير التالي هو بالضبط ما الذي تفعله كل هذه الكائنات الدقيقة لمضيفيها. يمكن أن يوفر تسلسل الجينوم الكامل تلميحات عن طريق الكشف عن الجينات التي تصنع البروتينات لمهام مثل هضم الألياف، وتحمل الملوحة والتعامل مع المعادن الثقيلة. إن زراعة المستعمرات في المختبر، والتي تساعد على تأكيد دور الكائنات الحية الدقيقة، هي حاليًا بطيئة ومكلفة وصعبة للعديد من الميكروبات. لكن التكنولوجيا الروبوتية الناشئة تعد بتسريع العملية، مما يسمح للعلماء بمراقبة كيفية عمل كل ميكروب بالتنسيق مع الآخرين.
يجري عدد قليل من الباحثين حاليًا تجارب على هندسة الميكروبيوم. فمثلًا الميكروبيوميات المخاطية للشعاب المرجانية حساسة لدرجة الحرارة والتلوث. يمكن أن تؤدي البحار شديدة الحرارة إلى طرد الشعاب المرجانية للطحالب الدقيقة التكافلية التي تعتمد عليها. يقول دينسديل إن العلماء في أستراليا يختبرون ما إذا كان بإمكانهم جعل الشعاب المرجانية مقاومة للمناخات من خلال معالجتها «بنوع من الإكسير الميكروبي» من البكتيريا التي اعتادت أكثر على تقلبات درجات الحرارة. أظهر علماء البيئة الآخرون في أستراليا أنه من الممكن تغيير ميكروبات الكوالا من خلال عمليات زرع البراز حتى تتمكن الجرابيات الشهيرة من هضم أنواع مختلفة من الأوكالبتوس.
في الولايات المتحدة، يستخدم مختبر فاليري ج. ماكنزي في جامعة كولورادو بولدر البروبيوتيك لمحاولة إنقاذ الضفادع الشمالية من مرض فطري. تحتوي البرمائيات على الكثير من الميكروبيوم على جلدها المغطى بالمخاط، وهي الميكروبيومات التي تهاجمها الفطريات المدمرة. حدد فريق ماكنزي بكتيريا قوية مضادة للفطريات توجد بشكل طبيعي في موطن روكي ماونتن المهددة بالانقراض وبكميات صغيرة على جلدها. أظهرت المجموعة في المختبر أن غمر الضفادع في هذا البروبيوتيك زاد من قدرتها على النجاة من العدوى الفطرية بنسبة 40%.
بعد ذلك، التقطت ماكنزي وزملاؤها الضفادع البرية الصغيرة ووضعوها في «فنادق مائية» تشبه المنتجعات الصحية للاستحمام في البروبيوتيك لمدة 24 ساعة قبل إطلاقها. يقول ماكنزي: «يجب تقدير الوقت المناسب اللازم لنموهم» حتى ينجح العلاج. عندما درسوا الضفادع المعالجة، لاحظوا معدلات مراضة أقل مقارنة بالضفادع التي لم تُعالَج.
تأمل ويست أن تؤدي أبحاثها في الميكروبيوم في يوم من الأيام إلى علاجات مماثلة للكاكابي. وبحسب قولها، على أقل تقدير الآن، بعد أن أصبح التركيب المعوي النموذجي للطيور معروفًا، فإن التحليل الروتيني لفضلات الكاكابي يمكن أن يعطينا تحذيرات مبكرة من المرض. تقول ويست: «الفكرة هي أنه بدلاً من أخذ عينات غازية، يمكنك استخدام تنميط الميكروبيوم لتحديد متى قد يكون الحيوان مريضًا، حتى لو لم تشاهد أي أعراض مرئية حتى الآن. ويبدأ ذلك في إحداث آثار كبيرة على برامج الحفظ».
ترجمة: ولاء سليمان
المصدر: scientificamerican
