راز عجیب تبادل مداوم DNA در میکروب‌های قطب شمال چیست؟

به گزارش مجله خبری نگار،دانشمندان با بررسی هشت سال نمونه‌برداری از خاک منطقه Stordalen Mire در شمال سوئد دریافتند تبادل ژن میان میکروب‌ها بسیار گسترده‌تر از آن چیزی است که پیش‌تر تصور می‌شد و می‌تواند به سازگاری سریع‌تر این موجودات با تغییرات محیطی کمک کند.

تبادل مداوم DNA در میکروب‌های قطب شمال

میکروب‌ها موجودات زنده‌ای هستند که تنها با میکروسکوپ دیده می‌شوند. هر میکروب DNA اختصاصی خود را دارد، اما علاوه بر آن می‌تواند قطعاتی از مواد ژنتیکی را از محیط اطراف یا از سایر میکروب‌ها دریافت کند.

این انتقال از طریق عناصر ژنتیکی متحرک (Mobile Genetic Elements) انجام می‌شود؛ قطعات کوچکی از DNA که میان موجودات مختلف جابه‌جا شده و ژن‌ها را از یک سلول به سلول دیگر منتقل می‌کنند.

پژوهشگران با استفاده از روش‌های پیشرفته بیوانفورماتیک، حدود ۲.۱ میلیون عنصر ژنتیکی متحرک را در میان میکروب‌های این تالاب توربی در شمال سوئد شناسایی کردند.

نمونه‌برداری از ترکیب‌های جدید ژنی

تیم تحقیقاتی علاوه بر DNA، مولکول‌های RNA را نیز بررسی کرد تا مشخص شود کدام عناصر ژنتیکی در حال حاضر فعالانه جابه‌جا می‌شوند. همچنین با تحلیل DNA، سابقه انتقال ژن‌ها در گذشته نیز بررسی شد.

نتایج نشان داد تبادل ژن ممکن است در هر زمان، نزدیک به نیمی از جمعیت میکروبی یک جامعه را تحت تأثیر قرار دهد.

Sarah Bagby، استادیار زیست‌شناسی در دانشکده علوم و هنر Case Western Reserve و یکی از نویسندگان اصلی مطالعه، گفت:

«این اتفاق‌ها نادر نیستند. جوامع میکروبی دائماً در حال آزمایش ترکیب‌های جدیدی از ژن‌ها هستند.»

فراتر از مقاومت آنتی‌بیوتیکی

بخش زیادی از تحقیقات گذشته درباره عناصر ژنتیکی متحرک بر انتقال ژن‌های مقاومت به آنتی‌بیوتیک متمرکز بود، اما این مطالعه تصویری بسیار گسترده‌تر ارائه می‌دهد.

پژوهشگران دریافتند بسیاری از ژن‌های منتقل‌شده به فعالیت‌های روزمره و حیاتی سلول‌ها مربوط هستند؛ فرایند‌هایی که میکروب‌ها برای ادامه حیات به آنها نیاز دارند.

به گفته Bagby:

«بیشتر مطالعات روی انتقال مقاومت آنتی‌بیوتیکی تمرکز داشته‌اند، اما این تنها بخش کوچکی از فعالیت واقعی میکروب‌هاست. حدود نیمی از عملکرد‌هایی که تحت تأثیر عناصر ژنتیکی متحرک قرار می‌گیرند، به فرایند‌های پایه سلولی مربوط هستند؛ یعنی کار‌هایی که میکروب‌ها فقط برای زنده ماندن انجام می‌دهند، نه مقابله با تهدیدها.»

چرا پرمافراست قطب شمال اهمیت دارد؟

پرمافراست یا خاک دائماً یخ‌زده، مقدار عظیمی کربن را هزاران سال در خود ذخیره کرده است. با افزایش دمای زمین، این خاک‌ها به‌تدریج ذوب می‌شوند و کربن بیشتری در اختیار میکروب‌ها قرار می‌گیرد.

فعالیت میکروب‌ها تعیین می‌کند این کربن در خاک باقی بماند یا به شکل گاز‌های گلخانه‌ای مانند متان وارد جو شود.

مطالعه نشان داد DNA متحرک به‌طور مکرر ژن‌های مرتبط با موارد زیر را تغییر می‌دهد:

چرخه کربن

پردازش مواد مغذی

سایر فرایند‌های مؤثر بر عملکرد اکوسیستم

این موضوع نشان می‌دهد تبادل ژنتیکی می‌تواند سرعت سازگاری جوامع میکروبی با تغییرات محیطی را تحت تأثیر قرار دهد.

یک مخزن انعطاف‌پذیر از ژن‌ها

برخلاف موجودات بزرگ‌تر، میکروب‌ها هنگام تغییر شرایط محیطی یک مزیت منحصر‌به‌فرد دارند.

Bagby توضیح داد:

«برخلاف انسان‌ها، میکروب‌ها می‌توانند DNA موجود در محیط را جذب کرده و از آن استفاده کنند.»

وی افزود:

«هر میکروب مجموعه‌ای از ژن‌های اصلی دارد که هویت آن را تشکیل می‌دهند، اما در کنار آن به یک مخزن بسیار بزرگ و انعطاف‌پذیر از ژن‌های موجود در محیط نیز دسترسی دارد.»

«در جمعیتی متشکل از میلیارد‌ها سلول که در حال واکنش به تغییرات هستند، بسیاری از آنها از بین می‌روند، اما برخی تنها به این دلیل موفق می‌شوند که در زمان مناسب همان قطعه اضافی DNA را دریافت کرده‌اند.»

هشت سال پژوهش برای کشف راز‌های زیر سطح زمین

این یافته‌ها حاصل نزدیک به یک دهه همکاری بین‌المللی است.

دانشمندان طی هشت سال از خاک‌های شمال سوئد نمونه‌برداری کردند و سپس با بهره‌گیری از تحلیل‌های گسترده ژنتیکی، مسیر حرکت DNA در میان جوامع میکروبی را دنبال کردند.

علاوه بر آشکار کردن گستردگی تبادل ژن در طبیعت، پژوهشگران چارچوبی نیز توسعه دادند که می‌تواند برای اندازه‌گیری میزان جابه‌جایی ژنتیکی در اکوسیستم‌های مختلف جهان مورد استفاده قرار گیرد.

با ادامه تغییرات اقلیمی و دگرگونی چشم‌انداز‌های طبیعی، شناخت نحوه سازگاری میکروب‌ها می‌تواند به درک بهتر واکنش چرخه کربن زمین به گرمایش جهانی کمک کند.

نتایج کامل این پژوهش در نشریه Nature Microbiology منتشر شده است.

سؤالات متداول

میکروب‌های قطب شمال چرا DNA خود را مبادله می‌کنند؟

برای سازگاری سریع‌تر با تغییرات محیطی، میکروب‌ها می‌توانند ژن‌های جدیدی از محیط یا سایر میکروب‌ها دریافت کنند.

پرمافراست چیست؟

پرمافراست لایه‌ای از خاک دائماً یخ‌زده است که مقدار بسیار زیادی کربن را هزاران سال در خود ذخیره کرده است.

این پژوهش چه ارتباطی با تغییرات اقلیمی دارد؟

فعالیت میکروب‌ها بر آزاد شدن یا باقی ماندن کربن در خاک اثر می‌گذارد و در نتیجه می‌تواند بر میزان انتشار گاز‌های گلخانه‌ای تأثیرگذار باشد.

پژوهش در کدام مجله منتشر شده است؟

این مطالعه در مجله علمی Nature Microbiology منتشر شده است.

جمع‌بندی

این مطالعه نشان می‌دهد میکروب‌های قطب شمال به‌طور مداوم DNA خود را مبادله می‌کنند و این ویژگی می‌تواند نقش مهمی در سازگاری آنها با ذوب پرمافراست و تغییرات اقلیمی داشته باشد. درک بهتر این فرایند به دانشمندان کمک می‌کند چرخه کربن زمین و آینده اکوسیستم‌های قطبی را با دقت بیشتری پیش‌بینی کنند.

منبع: فوت وفن