Comparative genome mining of endophytic Aspergillus species reveals conserved biosynthetic gene clusters across multiple hosts
تقدم هذه الدراسة أول تحليل جينومي مقارن لفطريات *Aspergillus fumigatus* و*Aspergillus terreus* الداخلية التي تم عزلها من نباتات طبية إيرانية، مما يكشف عن تنوع عالٍ في عناقيد الجينات الاصطناعية المحفوظة والخاصة بكل نوع، والتي تسلط الضوء على إمكاناتها الأيضية الاستثنائية لاكتشاف المنتجات الطبيعية.
البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي لبحث مسبق لم يخضع لمراجعة الأقران. وهو ليس نصيحة طبية. لا تتخذ أي قرارات تتعلق بصحتك بناءً على هذا المحتوى. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل
في أعماق الأنسجة السليمة للنباتات، وبعيداً عن الرؤية بالعين المجردة، يعيش عالم خفي من الفطريات. هذه ليست العفونات التي تسبب تعفن الفاكهة أو الفطريات التي تملأ أرض الغابة؛ بل هي فطريات داخلية (endophytes)، وهي كائنات مجهرية تعيش داخل النبات دون أن تصيبه بالمرض. لعقود من الزمن، اشتبه العلماء في أن هؤلاء الضيوف الخفيين هم مصانع كيميائية، ينتجون مركبات فريدة تساعد النبات على البقاء في حالات الجفاف أو مقاومة الآفات. ومن بين أكثر هؤلاء السكان المجهريين غزارة في الإنتاج أنواع من فطر "الرشاشية" (Aspergillus)، وهو جنس من الفطريات يوجد في كل مكان تقريباً على وجه الأرض. وبينما تُعرف بعض أنواع "الرشاشية" بتسببها في أمراض لدى البشر أو إفساد الطعام، تعيش أنواع أخرى بسلام داخل النباتات، ويهتم الباحثون بشكل متزايد بما قد تحمله من أسرار كيميائية. والسؤال الكبير هو ما إذا كان النبات المحدد الذي يعيش فيه الفطر يغير المواد الكيميائية التي ينتجها، أم أن الفطر يحمل مجموعة قياسية من الأدوات الكيميائية بغض النظر عن موطنه. إن فهم هذه العلاقة أمر بالغ الأهمية للعثين على أدوية جديدة، حيث إن العديد من الأدوية المنقذة للحياة، من المضادات الحيوية إلى علاجات خفض الكوليسترول، اكتُشفت في الأصل من الفطريات.
في دراسة حديثة، شرع باحثون في إيران في استكشاف هذه العلاقة من خلال النظر في نوعين محددين من فطريات "الرشاشية" التي تعيش داخل ثلاثة نباتات طبية مختلفة. ركز الفريق على نوعي Aspergillus fumigatus و Aspergillus terreus، وهما نوعان معروفان بقدرتهما على إنتاج مواد كيميائية معقدة. قاموا بجمع عينات من أوراق نبات "الخرط" (camel thorn) و"الخطمي" (hollyhock)، وكذلك من جذور "الطرفاء الملحية" (salt cedar)، وكلها نباتات موطنها الأصلي منطقة أذربيجان الشرقية. ومن خلال تعقيم أسطح النباتات بعناية وتنمية الفطريات في المختبر، أكدوا أن A. fumigatus هو كائن عام حقيقي، حيث وجد يعيش داخل جميع النباتات الثلاثة المختلفة وفي كل من الأوراق والجذور. وفي المقابل، كان A. terreus أكثر انتقائية، حيث ظهر فقط في جذور الطرفاء الملحية وأوراق الخرط، ولكنه غاب تماماً عن نبات الخطمي. هذا الاختلاف في أماكن تواجد الفطريات يشير إلى أن A. fumigatus يتمتع بقدرة عالية على التكيف، بينما قد يكون A. terreus أكثر دقة واختياراً لمضيفه.
ولفهم سبب سلوك هذه الفطريات بشكل مختلف، لجأ الباحثون إلى تقنية تسمى "تعدين الجينوم". فبدلاً من تنمية الفطريات لرؤية المواد الكيميائية التي تنتجها في طبق مخبري، نظروا مباشرة إلى المخططات الجينية، أو الجينومات، لكلا النوعين. واستخدموا برنامج حاسوبي متخصص لمسح الحمض النووي بحثاً عن "عناقيد الجينات الاصطناعية" (biosynthetic gene clusters). هذه العناقيد هي مجموعات من الجينات التي تعمل معاً مثل خط تجميع في مصنع لبناء مركبات كيميائية محددة. وكشف التحليل عن اختلاف صارخ في القدرات بين هذين النوعين من الفطريات؛ إذ احتوى جينوم A. fumigatus على 44 من هذه العناقيد الجينية، بينما امتلك A. terreus عدداً هائلاً بلغ 73 عنقوداً. وهذا الرقم المرتفع لـ A. terreus يعد من بين الأعلى المسجلة لفطر يعيش داخل نبات، مما يشير إلى امتلاكه قدرة استثنائية على ابتكار مجموعة واسعة ومتنوعة من المركبات الكيميائية.
وعندما قارن الباحثون العناقيد الجينية بين النوعين، وجدوا أن 15 منها مشتركة بينهما. ومن المرجح أن هذه العناقيد المشتركة تنتج أدوات أساسية للبقاء، مثل "السييدروفورات" (siderophores)، وهي جزيئات تساعد الفطر على اقتناص الحديد من بيئة النبات، وهو عنصر غذائي غالباً ما يكون نادراً. كما تشاركوا أيضاً في جينات "التربينات" (terpenes)، وهي مواد كيميائية متطايرة يمكن أن تساعد في التواصل أو الدفاع. ومع ذلك، كانت الاختلافات لا تقل أهمية؛ فقد امتلك A. fumigatus عناقيد جينية فريدة لصنع "الفوماجيليل" (fumagillin)، وهو مركب معروف بقدرته على وقف نمو الأوعية الدموية، و"الجليوتوكسين" (gliotoxin)، الذي يؤثر على الجهاز المناعي. ومن ناحية أخرى، حمل A. terreus التعليمات الجينية المحددة لصنع "اللوفاستاتين" (lovastatin)، وهو دواء مشهور يستخدم لخفض الكوليسترول، بالإضافة إلى "حمض التيريك" (terreic acid). أظهرت الدراسة أنه بينما يتشارك كلا الفطرين في مجموعة أدوات أساسية للعيش داخل النباتات، فقد طور كل منهما تخصصات متميزة، حيث يبدو A. terreus بورشة عمل كيميائية أكبر بكثير وأكثر تنوعاً من نظيره.
كما لاحظ الباحثون أن غياب A. terreus في نبات الخطمي قد يعود إلى الدفاعات الكيميائية الخاصة بالنبات نفسه، والتي قد تثبط هذا الفطر المحدد بينما تسمح لـ A. fumigatus الأكثر قدرة على التكيف بالازدهار. ورغم أن الدراسة حددت الإمكانات الجينية لهذه المواد الكيميائية، إلا أن المؤلف حذر من أن امتلاك الجينات لا يضمن أن الفطر ينتج هذه المركبات حالياً؛ إذ تظل العديد من هذه المصانع الجينية صامتة ما لم يتم تحفيزها بظروف معينة. ومع ذلك، تؤكد هذه النتائج أن هذه الفطريات الداخلية غنية بمصادر التنوع البيولوجي. ومن خلال رسم خرائط للإمكانات الجينية للفطريات المستخرجة من النباتات الطبية الإيرانية، تسلط الدراسة الضوء عليها كمرشحات واعدة لاكتشاف الأدوية في المستقبل، مما يقدم لمحة عن المكتبة الكيميائية الهائلة والمتنوعة التي يتشاركها النبات مع شركائه المجهريين.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.