The acidic-niche firewall: acetic acid bacteria are dually insulated from acquired resistance and virulence despite a fully active mobilome (a 468- genome archive audit)

تُعد الأطعمة المتخمرة مثل الخل، والكومبوتشا، وبعض أنواع الجعة من بين أكثر المنتجات الميكروبية استهلاكاً على كوكب الأرض. وهي تعتمد على كائنات دقيقة تسمى بكتيريا حمض الأسيتيك لتحويل السكر والكحول إلى النكهات الحادة واللاذعة التي نستمتع بها. لعقود من الزمن، عرف العلماء أن هذه البكتيريا آمنة للاستهلاك البشري بشكل عام، ولكن ظل هناك سؤال عالق: هل يمكن لهذه العمالات المجهرية أن تحمل سراً حمولة جينية خطيرة؟ وتحديداً، هل يمكنها أن تضم جينات تجعلها مقاومة للمضادات الحيوية أو تسمح لها بالتسبب في الأمراض، وهل يمكنها تبادل هذه الجينات مع بكتيريا أخرى؟ هذا السؤال مهم لأننا إذا كانت هذه البكتيريا تعمل كمستودعات خفية لسمات خطيرة، فقد تشكل الأطعوت التي تنتجها خطراً على الصحة العامة. وللإجابة على ذلك، احتاج الباحثون إلى النظر إلى ما وراء الملصقات البسيطة وفحص الكود الجيني الفعلي لهذه البكتيريا على نطاق واسع، والتحقق من البصمات الجزيئية المحددة للمقاومة والضراوة التي قد تشير إلى وجود مشكلة تتعلق بالسلامة.

أجرى فريق من الباحثين مؤخراً تدقيقاً شاملاً لما يقرب من خمسمائة جينوم من بكتيريا حمض الأسيتيك، المستخرجة من قواعد البيانات العلمية العامة. هذه البكتيريا هي المحركات الكامنة وراء الخل، والكومبوتشا، وكفير الماء، وجعة لامبيك. كان العلماء يبحثون عن نوعين محددين من المشاكل: الجينات التي تسمح للبكتيريا بالبقاء على قيد الحياة رغم المضادات الحيوية، والجينات التي تساعد البكتيريا على التسبب في المرض. كما أرادوا معرفة مدى "انفتاح" هذه الجينومات البكتيرية، بمعنى مدى سهولة التقاطها للحمض النووي الغريب من بيئتها. كشفت الدراسة عن مفارقة مدهشة؛ فبينما تمتلك هذه البكتيريا جينومات مفتوحة جداً تتفاعل باستمرار مع محيطها، إلا أنها تبدو خالية تماماً من الحمولة الجينية الخطيرة التي تعاني منها مجموعات بكتيرية أخرى.

بدأ الباحثون بجمع 468 جينوماً بكتيرياً متميزاً من تسعة أجناس مختلفة، تمثل مجموعة متنوعة من بيئات التخمر. واستخدموا عملية صارمة متعددة الخطوات لفحص هذه الجينومات. أولاً، بحثوا عن أي عناصر جينية قد تشير إلى أن البكتيريا قد اكتسبت مقاومة للمضادات الحيوية أو القدرة على التسبب في المرض. ووجدوا أن هذه البكتيريا مليئة بالفعل بـ "بقايا" جينية، مثل القطع المتبقية من الفيروسات القديمة والعناصر الجينية المتحركة، مما أظهر أن جينوماتها نشطة ومنفتحة على التغيير. ومع ذلك، عندما بحثوا عن الجينات المستقرة المحددة التي تمنح مقاومة للمضادات الحيوية أو الضراوة، لم يجدوا شيئاً. فمن بين 46 l8 جينوماً تم فحصها، لم يحمل أي منها جينًا واحدًا مؤكدًا ووظيفيًا للمقاومة المكتسبة للمضادات الحيوية. وبالمثل، فإن فحصاً دقيقاً لستين جينوماً نموذجياً لم يجد أي عوامل ضراوة مكتسبة.

حددت الدراسة أيضاً إشارتين أوليتين بدا وكأنهما قد تسببان مشكلة. فقد بدا أن جينوماً واحداً من جعة "لامبيك" البلجيكية يحمل جيناً لمقاومة مضاد حيوي شائع، وبدا أن جينوماً آخر من نبيذ النخيل النيجيري يحتوي على مجموعة من جينات المقاومة. ومع ذلك، عندما تعمق العلماء في البحث، باستخدام البيانات الخام من أجهزة التسلسل بدلاً من مجرد الخريطة الجينية المجمعة، تلاشت هذه الإشارات. فقد وُجد أن الجين في عينة الجعة كان يقع على قطعة صغيرة من الحمض النووي تطابق ناقلاً مخبرياً يُستخدم في دراسات الخلايا الثديية، مما يشير إلى أنه كان ملوثاً من المختبر وليس جزءاً من البكتيريا نفسها. أما جينات عينة نبيذ النخيل فقد تم تتبعها إلى قطعة مكسورة من "بلازميد" من نوع آخر من البكتيريا لم يندمج بنجاح في جينوم بكتيريا حمض الأسيتيك. وفي كلتا الحالتين، كانت الحمولة الخطيرة إما نتاجاً عرضياً لعملية الاختبار أو زائراً عابراً لم يستقر في مكانه.

كما فحص الباحثون البيئات التي تعيش فيها هذه البكتيريا لمعرفة ما إذا كان التهديد موجوداً في النظام البيئي المحيط. وقاموا بتحليل أربعة وثلاثين عينة من الميتاجينوميات التخميرية، والتي تحتوي على المادة الوراثية لجميع الكائنات في بيئة معينة. وفي البيئات الحمضية للخل، والكومبوتشا، وجعة لامبيك، لم يجدوا أي دليل على العناصر الجينية المتحركة التي تحمل عادةً جينات مقاومة المضادات الحيوية بين البكتيريا. وهذا يشير إلى أن الطبيعة الحمضية لهذه البيئات تعمل كحاجز طبيعي؛ إذ إن معظم البكتيريا التي تحمل جينات مقاومة خطيرة لا تستطيع البقاء في ظروف الرقم الهيدروجيني المنخفض (pH) هذه، لذا فهي لا تقترب أبداً من بكتيريا حمض الأسيك لتشاركها جيناتها. كما أن بكتيريا حمض الأسيتيك نفسها مجهزة جيداً، حيث تمتلك أنظمة خلوية داخلية تقوم بتقطيع أو حجب الحمض النووي الغريب الذي يتمكن من الدخول.

ركز جزء كبير من الدراسة على سبب فشل عمليات الفحص السابقة في رصد ملف السلامة هذا. وجد الباحثون أن مجرد النظر إلى أسماء الجينات في قاعدة بيانات هو طريقة معيبة لتقييم السلامة. فالكثير من بكتيريا حمض الأسيتيك تمتلك جينات تبدو وكأنها خطيرة لأنها تشترك في أسماء متشابهة مع جينات المقاومة المعروفة، لكنها في الواقع بروتينات أصلية غير ضارة تؤدي وظائف أساسية للبكتيريا. على سبيل المثال، الجين الذي يحمل اسماً مشابهاً لجين مقاومة "الفانكومايسين" كان في الواقع إنزيماً يساعد البكتيريا على تفكيك المركبات النباتية. وبدون تحليل عميق على مستوى التسلسل للتمييز بين هذه الأسماء المتشابهة، كان الفحص الأمني سيصنف هذه البكتيريا خطأً على أنها خطيرة. وأظهرت الدراسة أن جميع "النتائج" الأولية التي بدت كأنها مقاومة كانت في الواقع هذه الجينات الأصلية غير الضارة.

ترسم النتائج صورة واضحة لسبب سلامة هذه البكتيريا. فهي ليست آمنة لأن جينوماتها مغلقة أو لأنها فقدت القدرة على تبادل الحمض النووي؛ بل على العكس، جينوماتها مفتوحة ونشطة. إنها آمنة لأن البيئة التي تسكنها معادية للبكتيريا التي تحمل الجينات الخطيرة. يعمل النطاق الحمضي كجدار حماية، مما يمنع دخول المانحين الذين من شأنهم توفير عوامل المقاومة أو الضراوة. وحتى عندما يصل حمض نووي غريب، فإن أنظمة الدفاع الداخلية للبكتيريا غالباً ما تحجبه. وتخلص الدراسة إلى أن سلامة بادئات التخمير هذه هي نتيجة لإعدادها البيئي وليس لافتقارها إلى المرونة الجينية. وهذا التمييز أمر بالغ الأهمية لمنظمي وشركات سلامة الأغذية، مما يشير إلى أن التركيز الأساسي للمراقبة يجب أن يظل على عمليات التخمير التقليدية المفتوحة حيث قد تسمح الثقافات المختلطة بتفاعلات مختلفة، بدلاً من التركيز على بادئات المزارع الصناعية التي تبدو نظيفة جينياً. وتؤكد الأبحاث أنه رغم انفتاح هذه البكتيريا على التبادل الجيني، إلا أن بكتيريا حمض الأسيك تظل أساساً آمناً ومستقراً لبعض أشهر الأطعوات المتخمرة في العالم.