التاكسي الكيميائي

التاكسي الكيميائي (من chemo- + taxis ) هو حركة الكائن الحي أو الكيان استجابةً لمحفز كيميائي. [ ^{1] توجه} الخلايا الجسدية والبكتيريا والكائنات الحية أحادية الخلية أو متعددة الخلايا تحركاتها وفقًا لمواد كيميائية معينة في بيئتها. هذا مهم للبكتيريا للعثور على الطعام (مثل الجلوكوز ) عن طريق السباحة نحو أعلى تركيز لجزيئات الطعام، أو للهروب من السموم (مثل الفينول ). في الكائنات متعددة الخلايا، يكون التاكسي الكيميائي أمرًا بالغ الأهمية للتطور المبكر (مثل حركة الحيوانات المنوية نحو البويضة أثناء الإخصاب ) والتطور (مثل هجرة الخلايا العصبية أو الخلايا الليمفاوية ) وكذلك في الوظيفة والصحة الطبيعية (مثل هجرة الكريات البيض أثناء الإصابة أو العدوى). ^[2] بالإضافة إلى ذلك، فقد تم الاعتراف بأن الآليات التي تسمح بالتاكسي الكيميائي في الحيوانات يمكن تخريبها أثناء نقائل السرطان ، ^[3] والتغيير الشاذ للخاصية الكلية لهذه الشبكات، التي تتحكم في التاكسي الكيميائي، يمكن أن يؤدي إلى التسرطن . ^[4] تساهم أيضًا الكيمياء التاكسية الشاذة للكريات البيضاء واللمفاويات في الأمراض الالتهابية مثل تصلب الشرايين والربو والتهاب المفاصل. ^{[5] [6] [7] [8]} قد تظهر المكونات الفرعية للخلية أيضًا، مثل رقعة القطبية الناتجة عن الخميرة المتزاوجة، سلوكًا كيميائيًا. ^[9]

يحدث التاكسي الكيميائي الإيجابي إذا كانت الحركة باتجاه تركيز أعلى من المادة الكيميائية المعنية؛ ويحدث التاكسي الكيميائي السلبي إذا كانت الحركة في الاتجاه المعاكس. ويمكن تسمية الحركة الكيميائية (الموجهة عشوائيًا أو غير الموجهة) بالحركة الكيميائية .

على الرغم من اكتشاف هجرة الخلايا منذ الأيام الأولى لتطوير المجهر بواسطة ليفينهوك ، إلا أن محاضرة في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا حول التاكسي الكيميائي تشير إلى أن "الوصف الواسع النطاق للتاكسي الكيميائي لم يتم إجراؤه إلا لأول مرة من قبل TW Engelmann (1881) و WF Pfeffer (1884) في البكتيريا، و HS Jennings (1906) في الهدبيات ". ^[10] كما ساهم الحائز على جائزة نوبل I. Metchnikoff في دراسة هذا المجال خلال الفترة من 1882 إلى 1886، من خلال التحقيقات في العملية كخطوة أولية للبلعمة . ^[11] تم قبول أهمية التاكسي الكيميائي في علم الأحياء وعلم الأمراض السريرية على نطاق واسع في ثلاثينيات القرن العشرين، وتم صياغة التعريفات الأكثر جوهرية التي تكمن وراء هذه الظاهرة في هذا الوقت. ^{[ من قبل من؟ ]} وصف H. Harris أهم جوانب مراقبة جودة اختبارات التاكسي الكيميائي في الخمسينيات. ^[12] في الستينيات والسبعينيات من القرن العشرين، قدمت ثورة علم الأحياء الخلوية والكيمياء الحيوية الحديثة سلسلة من التقنيات الجديدة التي أصبحت متاحة للتحقيق في الخلايا المستجيبة المهاجرة والكسور الخلوية الفرعية المسؤولة عن النشاط الكيميائي. ^[13] أدى توفر هذه التكنولوجيا إلى اكتشاف C5a، وهو عامل كيميائي رئيسي يشارك في الالتهاب الحاد. أدت الأعمال الرائدة لجيه أدلر إلى تحديث اختبار الشعيرات الدموية لـ Pfeffer ومثلت نقطة تحول مهمة في فهم العملية الكاملة لنقل الإشارات داخل الخلايا للبكتيريا. ^{[14] [15]}

تحتوي بعض البكتيريا ، مثل الإشريكية القولونية ، على عدة أسواط لكل خلية (4-10 أسواط عادةً). ويمكن أن تدور هذه الأسواط بطريقتين:

1. يؤدي الدوران عكس اتجاه عقارب الساعة إلى محاذاة الأسواط في حزمة دوارة واحدة، مما يتسبب في سباحة البكتيريا في خط مستقيم؛
2. يؤدي الدوران في اتجاه عقارب الساعة إلى تفكيك حزمة الأسواط بحيث يشير كل سوط إلى اتجاه مختلف، مما يتسبب في سقوط البكتيريا في مكانها. ^[16]

يتم إعطاء اتجاهات الدوران لمراقب خارج الخلية ينظر إلى أسفل الأسواط باتجاه الخلية. ^[17]

الحركة الكلية للبكتيريا هي نتيجة لتناوب مراحل الانقلاب والسباحة، والتي تسمى حركة الجري والانقلاب . ^[18] ونتيجة لذلك، فإن مسار البكتيريا التي تسبح في بيئة موحدة سيشكل سيرًا عشوائيًا مع سباحة مستقيمة نسبيًا تتخللها انقلابات عشوائية تعيد توجيه البكتيريا. ^[19] البكتيريا مثل الإشريكية القولونية غير قادرة على اختيار الاتجاه الذي تسبح فيه، وغير قادرة على السباحة في خط مستقيم لأكثر من بضع ثوانٍ بسبب الانتشار الدوراني ؛ بعبارة أخرى، "تنسى" البكتيريا الاتجاه الذي تسير فيه. من خلال تقييم مسارها بشكل متكرر، وتعديل ما إذا كانت تتحرك في الاتجاه الخاطئ، يمكن للبكتيريا توجيه حركة سيرها العشوائية نحو مواقع مواتية. ^[20]

في وجود تدرج كيميائي ، تقوم البكتيريا بالتحرك كيميائيًا، أو توجيه حركتها الإجمالية بناءً على التدرج. إذا شعرت البكتيريا بأنها تتحرك في الاتجاه الصحيح (نحو المادة الجاذبة/بعيدًا عن المادة الطاردة)، فستستمر في السباحة في خط مستقيم لفترة أطول قبل الانقلاب؛ ومع ذلك، إذا كانت تتحرك في الاتجاه الخاطئ، فسوف تتدحرج في وقت أقرب. تستخدم البكتيريا مثل الإشريكية القولونية الاستشعار الزمني لتحديد ما إذا كان وضعها يتحسن أم لا، وبهذه الطريقة، تجد الموقع الذي يحتوي على أعلى تركيز للمادة الجاذبة، وتكتشف حتى الاختلافات الصغيرة في التركيز. ^[21]

إن هذه الحركة العشوائية المتحيزة هي نتيجة الاختيار ببساطة بين طريقتين للحركة العشوائية؛ وهما التدحرج والسباحة المستقيمة. ^[22] إن الطبيعة الحلزونية للخيوط السوطية الفردية ضرورية لحدوث هذه الحركة. إن بنية البروتين التي تشكل الخيوط السوطية، وهي الفلاجيلين ، محفوظة بين جميع البكتيريا السوطية. ^[23] ويبدو أن الفقاريات استفادت من هذه الحقيقة من خلال امتلاك مستقبل مناعي ( TLR5 ) مصمم للتعرف على هذا البروتين المحفوظ. ^[24]

كما هو الحال في العديد من الحالات في علم الأحياء، هناك بكتيريا لا تتبع هذه القاعدة. العديد من البكتيريا، مثل Vibrio ، أحادية السوط ولها سوط واحد في أحد قطبي الخلية. طريقة التاكسي الكيميائي مختلفة. تمتلك أنواع أخرى سوطًا واحدًا يتم الاحتفاظ به داخل جدار الخلية. تتحرك هذه البكتيريا عن طريق تدوير الخلية بأكملها، والتي تكون على شكل لولب. ^{[25] [ الصفحة مطلوبة ]}

يتم استشعار التدرجات الكيميائية من خلال مستقبلات متعددة عبر الغشاء ، تسمى بروتينات كيمياء التاكسي التي تقبل الميثيل (MCPs)، والتي تختلف في الجزيئات التي تكتشفها. ^[26] من المعروف أن آلاف مستقبلات MCP مشفرة عبر مملكة البكتيريا. ^[27] قد ترتبط هذه المستقبلات بالمواد الجاذبة أو الطاردة بشكل مباشر أو غير مباشر من خلال التفاعل مع بروتينات الحيز المحيط بالبلازما . ^[28] تنتقل الإشارات من هذه المستقبلات عبر الغشاء البلازمي إلى السيتوزول ، حيث يتم تنشيط بروتينات Che . ^[29] تغير بروتينات Che تردد الانقلاب وتغير المستقبلات. ^[29]

ترتبط البروتينات CheW و CheA بالمستقبل. يؤدي غياب تنشيط المستقبل إلى الفسفرة الذاتية في كيناز الهيستيدين ، CheA ، عند بقايا هيستيدين واحدة محفوظة للغاية. ^{[30] [ مصدر أفضل مطلوب ]} ينقل CheA بدوره مجموعات الفسفوريل إلى بقايا الأسبارتات المحفوظة في منظمات الاستجابة CheB و CheY ؛ CheA هو كيناز هيستيدين ولا ينقل مجموعة الفسفوريل بنشاط ، بل يأخذ منظم الاستجابة CheB مجموعة الفسفوريل من CheA. ^{[ بحاجة لمصدر ]} تسمى آلية نقل الإشارة هذه بنظام مكون من مكونين ، وهي شكل شائع لنقل الإشارة في البكتيريا. ^{[ بحاجة لمصدر ]} يحفز CheY الانقلاب عن طريق التفاعل مع بروتين التبديل السوطي FliM ، مما يؤدي إلى تغيير من دوران السوط عكس اتجاه عقارب الساعة إلى اتجاه عقارب الساعة. قد يؤدي التغيير في حالة دوران سوط واحد إلى تعطيل حزمة الأسواط بأكملها والتسبب في الانقلاب. ^{[ بحاجة لمصدر ]}

عندما يتم تنشيط CheB بواسطة CheA، فإنه يعمل كميثيل استريز ، حيث يزيل مجموعات الميثيل من بقايا الغلوتامات على الجانب السيتوبلازمي للمستقبل؛ وهو يعمل بشكل عدائي مع CheR، وهو ميثيل ترانسفيراز ، والذي يضيف بقايا الميثيل إلى نفس بقايا الغلوتامات. ^[26] إذا ظل مستوى عامل الجذب مرتفعًا، فإن مستوى فسفرة CheA (وبالتالي CheY و CheB) سيظل منخفضًا، وستسبح الخلية بسلاسة، وسيزداد مستوى ميثيل MCPs (لأن CheB-P غير موجود لإزالة الميثيل). ^[26] لم تعد MCPs تستجيب للعامل الجاذب عندما يتم ميثيلتها بالكامل؛ لذلك، على الرغم من أن مستوى عامل الجذب قد يظل مرتفعًا، فإن مستوى CheA-P (و CheB-P) يزداد وتبدأ الخلية في الانهيار. ^[26] يمكن إزالة الميثيل من MCPs بواسطة CheB-P، وعندما يحدث هذا، يمكن للمستقبلات أن تستجيب مرة أخرى للجاذبات. ^[26] والوضع هو العكس فيما يتعلق بالمواد الطاردة: تستجيب MCPs الميثيلية بالكامل بشكل أفضل للمواد الطاردة، في حين تستجيب MCPs الأقل ميثيلًا بشكل أسوأ للمواد الطاردة. ^{[ بحاجة لمصدر ]} يسمح هذا التنظيم للبكتيريا بـ "تذكر" التركيزات الكيميائية من الماضي القريب، لبضع ثوانٍ، ومقارنتها بتلك التي تمر بها حاليًا، وبالتالي "معرفة" ما إذا كانت تسافر لأعلى أو لأسفل منحدر. ^[31] بالإضافة إلى التدرجات الكيميائية التي تمتلكها البكتيريا، تشارك آليات أخرى في زيادة القيمة المطلقة للحساسية على خلفية معينة. ومن الأمثلة الراسخة الاستجابة شديدة الحساسية للمحرك لإشارة CheY-P، وتجمع المستقبلات الكيميائية. ^{[32] [33]}

المواد الجاذبة الكيميائية والمواد الطاردة الكيميائية هي مواد غير عضوية أو عضوية تمتلك تأثير تحريض كيميائي في الخلايا المتحركة. تخلق هذه المواد الجاذبة الكيميائية تدرجات تركيز كيميائي تتحرك نحوها الكائنات الحية، بدائية النواة وحقيقية النواة، أو تبتعد عنها على التوالي. ^[34]

يتم استنباط تأثيرات المواد الجاذبة الكيميائية من خلال مستقبلات كيميائية مثل بروتينات كيميائيات التاكسي المتقبلة للميثيل (MCP). ^[35] تشمل البروتينات الكيميائية في الإشريكية القولونية القطران، وTsr، و Trg، وTap. ^[36] تشمل المواد الجاذبة الكيميائية لـTrg الريبوز والجلاكتوز مع الفينول كطارد كيميائي. يتعرف Tap وTsr على ثنائيات الببتيد والسرين كعوامل جاذبة كيميائية، على التوالي. ^[36]

ترتبط المواد الجاذبة الكيميائية أو المواد الطاردة الكيميائية بـ MCPs في نطاقها خارج الخلية؛ ينقل نطاق الإشارة داخل الخلية التغيرات في تركيز هذه الربيطة الكيميائية إلى البروتينات الموجودة في مجرى النهر مثل بروتين CheA الذي ينقل بعد ذلك هذه الإشارة إلى محركات الأسواط عبر بروتين CheY المفسفر (CheY-P). ^[35] يمكن لبروتين CheY-P بعد ذلك التحكم في دوران الأسواط مما يؤثر على اتجاه حركة الخلية. ^[35]

بالنسبة لـ E.coli و S. meliloti و R. spheroides ، فإن ارتباط المواد الكيميائية الجاذبة بـ MCPs يثبط نشاط CheA وبالتالي نشاط CheY-P، مما يؤدي إلى تشغيل سلس، ولكن بالنسبة لـ B. substilis ، يزداد نشاط CheA. ^[35] تتسبب أحداث الميثيل في E.coli في انخفاض تقارب MCPs للمواد الكيميائية الجاذبة مما يؤدي إلى زيادة نشاط CheA و CheY-P مما يؤدي إلى الانهيارات. ^[35] بهذه الطريقة، تتمكن الخلايا من التكيف مع تركيز المواد الكيميائية الجاذبة الفوري واكتشاف المزيد من التغييرات لتعديل حركة الخلية. ^[35]

تتميز المواد الجاذبة الكيميائية في حقيقيات النوى بشكل جيد بالنسبة للخلايا المناعية. تجذب ببتيدات الفورميل، مثل fMLF، الكريات البيضاء مثل العدلات والبلعميات ، مما يتسبب في الحركة نحو مواقع العدوى. ^[37] لا تعمل ببتيدات الميثيونينيل غير المؤسيلة كعوامل جاذبة كيميائية للعدلات والبلعميات. ^[37] تتحرك الكريات البيضاء أيضًا نحو المواد الجاذبة الكيميائية C5a، ومكون المكمل ، والربيطة الخاصة بمسببات الأمراض على البكتيريا. ^[37]

الآليات المتعلقة بالمواد الطاردة الكيميائية أقل شهرة من المواد الجاذبة الكيميائية. على الرغم من أن المواد الطاردة الكيميائية تعمل على إضفاء استجابة تجنب في الكائنات الحية، فإن Tetrahymena thermophila تتكيف مع مادة طاردة كيميائية، ببتيد Netrin-1، في غضون 10 دقائق من التعرض؛ ومع ذلك، فإن التعرض للمواد الطاردة الكيميائية مثل GTP وPACAP-38 و nociceptin لا يُظهر مثل هذه التكيفات. ^[38] GTP و ATP هما مواد طاردة كيميائية بتركيزات ميكرومولية لكل من Tetrahymena و Paramecium . تتجنب هذه الكائنات هذه الجزيئات عن طريق إنتاج تفاعلات تجنب لإعادة توجيه نفسها بعيدًا عن التدرج. ^[39]

تختلف آلية التاكسي الكيميائي التي تستخدمها الخلايا حقيقية النواة تمامًا عن تلك الموجودة في بكتيريا الإشريكية القولونية ؛ ومع ذلك، فإن استشعار التدرجات الكيميائية لا يزال خطوة حاسمة في العملية. ^{[40] [ مصدر أفضل مطلوب ]} نظرًا لصغر حجمها والقيود البيوفيزيائية الأخرى، لا تستطيع الإشريكية القولونية اكتشاف تدرج التركيز بشكل مباشر. ^[41] بدلاً من ذلك، فإنها تستخدم استشعار التدرج الزمني، حيث تتحرك لمسافات أكبر عدة مرات من عرضها وتقيس المعدل الذي يتغير به التركيز الكيميائي المدرك. ^{[42] [43]}

الخلايا حقيقية النواة أكبر بكثير من بدائيات النواة ولديها مستقبلات مدمجة بشكل موحد في جميع أنحاء غشاء الخلية . ^[42] تتضمن الكيمياء الحيوية حقيقية النواة اكتشاف تدرج التركيز مكانيًا من خلال مقارنة التنشيط غير المتماثل لهذه المستقبلات في الأطراف المختلفة للخلية. ^[42] يؤدي تنشيط هذه المستقبلات إلى الهجرة نحو المواد الجاذبة الكيميائية، أو بعيدًا عن المواد الطاردة الكيميائية. ^[42] في الخميرة المتزاوجة، والتي هي غير متحركة، يمكن أن تنتقل بقع البروتينات القطبية على قشرة الخلية بطريقة كيميائية جاذبة لأعلى تدرجات الفيرومونات. ^{[44] [9]}

وقد ثبت أيضًا أن كلًا من الخلايا بدائية النواة وحقيقية النواة قادرة على الذاكرة الكيميائية. ^{[43] [45]} في بدائيات النوى، تتضمن هذه الآلية مثيلة المستقبلات التي تسمى بروتينات كيميائيات تقبل الميثيل (MCPs). ^[43] يؤدي هذا إلى إزالة حساسيتها ويسمح لبدائيات النوى "بالتذكر" والتكيف مع التدرج الكيميائي. ^[43] على النقيض من ذلك، يمكن تفسير الذاكرة الكيميائية في حقيقيات النوى من خلال نموذج التثبيط العالمي للإثارة المحلية (LEGI). ^{[45] [46]} يتضمن LEGI التوازن بين الإثارة السريعة والتثبيط المتأخر الذي يتحكم في الإشارات اللاحقة مثل تنشيط Ras وإنتاج PIP3 . ^[47]

تمثل مستويات المستقبلات ومسارات الإشارات داخل الخلايا وآليات التأثير مكونات متنوعة من نوع حقيقيات النوى. في الخلايا وحيدة الخلية حقيقية النوى، تكون الحركة الأميبية والهدب أو السوط حقيقيات النوى هي المؤثرين الرئيسيين (على سبيل المثال، الأميبا أو رباعية الغشاء ). ^{[48] [49]} تتحرك بعض الخلايا حقيقية النوى ذات الأصل الفقاري الأعلى ، مثل الخلايا المناعية أيضًا إلى حيث يجب أن تكون. إلى جانب الخلايا المناعية المختصة (الخلايا الحبيبية ، والوحيدات ، واللمفاويات )، فإن مجموعة كبيرة من الخلايا - التي كانت تعتبر سابقًا مثبتة في الأنسجة - تتحرك أيضًا في حالات فسيولوجية خاصة (مثل الخلايا البدينة ، والأرومات الليفية ، والخلايا البطانية ) أو حالات مرضية (مثل النقائل ). ^[50] تتمتع الكيمياء التاكسية بأهمية كبيرة في المراحل المبكرة من التخلق الجنيني حيث يتم توجيه نمو الطبقات الجرثومية من خلال تدرجات جزيئات الإشارة. ^{[51] [52]}

يبدو أن الجزيء/الجزيئات المحددة التي تسمح للخلايا حقيقية النواة باكتشاف تدرج ربيطات المواد الكيميائية الجاذبة (أي نوع من البوصلة الجزيئية التي تكتشف اتجاه المادة الكيميائية الجاذبة) تتغير اعتمادًا على الخلية ومستقبل المادة الكيميائية الجاذبة المعنية أو حتى تركيز المادة الكيميائية الجاذبة. ومع ذلك، يبدو أن هذه الجزيئات يتم تنشيطها بشكل مستقل عن حركة الخلية. أي أن الخلية التي تم تحصينها لا تزال قادرة على اكتشاف اتجاه المادة الكيميائية الجاذبة. ^[53] يبدو أن هناك آليات يتم من خلالها استشعار تدرج كيميائي خارجي وتحويله إلى تدرجات داخل الخلايا من بروتينات Ras و PIP3 ، مما يؤدي إلى تدرج وتنشيط مسار إشارات، مما يؤدي إلى بلمرة خيوط الأكتين . يطور الطرف البعيد المتنامي لخيوط الأكتين اتصالات مع السطح الداخلي للغشاء البلازمي عبر مجموعات مختلفة من الببتيدات وينتج عن ذلك تكوين شبه أرجل أمامية وأرجل خلفية . ^{[54] [55] يمكن} لأهداب الخلايا حقيقية النواة أيضًا أن تنتج كيمياء التاكسي؛ في هذه الحالة، يكون ذلك بشكل أساسي تحريضًا يعتمد على Ca2 ^{+ للنظام} الأنبوبي الدقيق للجسم القاعدي ونبض 9 + 2 من الأنابيب الدقيقة داخل الأهداب. يتم مزامنة النبض المنظم لمئات الأهداب بواسطة نظام تحت غشائي مبني بين الأجسام القاعدية. لا تزال تفاصيل مسارات الإشارة غير واضحة تمامًا.

تشير كلمة كيميائيا التاكسي إلى الهجرة الاتجاهية للخلايا استجابة للتدرجات الكيميائية؛ وتوجد عدة أشكال للهجرة الناجمة عن المواد الكيميائية كما هو موضح أدناه.

• تشير الكيمياء الحركية إلى زيادة في حركة الخلايا استجابة للمواد الكيميائية في البيئة المحيطة. وعلى عكس الكيمياء الحركية، فإن الهجرة التي تحفزها الكيمياء الحركية تفتقر إلى الاتجاه، وبدلاً من ذلك تزيد من سلوكيات المسح البيئي. ^[56]
• في التاكسي اللمسي، يتم التعبير عن تدرج المادة الكيميائية الجاذبة أو ربطها على سطح، على النقيض من النموذج الكلاسيكي للتاكسي الكيميائي، حيث يتطور التدرج في سائل قابل للذوبان. ^[57] السطح اللمسي النشط بيولوجيًا الأكثر شيوعًا هو المصفوفة خارج الخلية (ECM)؛ وجود ربيطات مرتبطة مسؤول عن تحريض الهجرة عبر الخلايا البطانية وتكوين الأوعية الدموية .
• يجسد التاكسي النخري نوعًا خاصًا من التاكسي الكيميائي عندما يتم إطلاق جزيئات الجاذب الكيميائي من الخلايا الميتة أو الميتة . واعتمادًا على الطبيعة الكيميائية للمواد المنطلقة، يمكن للتاكسي النخري أن يتراكم أو يطرد الخلايا، مما يؤكد الأهمية المرضية الفسيولوجية لهذه الظاهرة.

بشكل عام، تستشعر الخلايا حقيقية النواة وجود المنبهات الكيميائية من خلال استخدام مستقبلات مقترنة بالبروتين ج ذات 7 أغشية (أو سربنتين) ، وهي فئة تمثل جزءًا كبيرًا من الجينوم . ^[58] تُستخدم بعض أعضاء هذه العائلة الجينية في البصر ( الرودوبسين ) وكذلك في الشم . ^{[59] [60]} يتم تحفيز الفئات الرئيسية لمستقبلات الكيميائية بواسطة:

• ببتيدات الفورميل - مستقبلات ببتيد الفورميل (FPR)،
• الكيموكينات - مستقبلات الكيموكين (CCR أو CXCR)، و
• الليكوترينات - مستقبلات الليكوترين (BLT). ^[61]

ومع ذلك، فإن تحفيز مجموعة واسعة من مستقبلات الغشاء (على سبيل المثال، النوكليوتيدات الحلقية ، والأحماض الأمينية ، والأنسولين ، والببتيدات النشطة للأوعية الدموية) يؤدي أيضًا إلى هجرة الخلية. ^[62]

في حين يتم التعبير عن بعض مستقبلات التاكسي الكيميائي في الغشاء السطحي بخصائص طويلة الأمد، حيث يتم تحديدها وراثيًا، فإن البعض الآخر له ديناميكيات قصيرة الأمد، حيث يتم تجميعها بشكل غير متوقع في وجود الربيطة. ^[63] تسمح السمات المتنوعة لمستقبلات التاكسي الكيميائي والربيطة بإمكانية اختيار الخلايا المستجيبة الكيميائية باستخدام اختبار كيميائي بسيط من خلال الاختيار الكيميائي ، يمكننا تحديد ما إذا كان الجزيء الذي لم يتم تحديده بعد يعمل عبر مسار المستقبل طويل الأمد أو قصير الأمد. ^[64] يستخدم مصطلح الاختيار الكيميائي أيضًا لتعيين تقنية تفصل الخلايا حقيقية النواة أو بدائية النواة وفقًا لاستجابتها الكيميائية للربيطة الانتقائية. ^{[65] [ مصدر غير أساسي مطلوب ] [ مصدر غير أساسي مطلوب ]}

عدد الجزيئات القادرة على إثارة الاستجابات الكيميائية عالية نسبيًا، ويمكننا التمييز بين الجزيئات الكيميائية الأولية والثانوية. ^{[ بحاجة لمصدر ]} المجموعات الرئيسية للربيطات الأولية هي كما يلي:

• ببتيدات الفورميل هي ببتيدات ثنائية وثلاثية ورباعية من أصل بكتيري، يتم تكوينها على الطرف الأميني للببتيد. ^{[ بحاجة لمصدر ] [66]} يتم إطلاقها من البكتيريا في الجسم الحي أو بعد تحلل الخلية، والعضو النموذجي لهذه المجموعة هو N-formylmethionyl-leucyl-phenylalanine (يُختصر fMLF أو fMLP). ^{[ بحاجة لمصدر ]} fMLF البكتيري هو أحد المكونات الرئيسية للالتهابات وله تأثيرات كيميائية جاذبة مميزة في الخلايا الحبيبية والوحيدات العدلات. ^{[ بحاجة لمصدر ]} تم تلخيص ربيطات ومستقبلات عامل الجذب الكيميائي المتعلقة ببتيدات الفورميل في المقالة ذات الصلة، مستقبلات ببتيد الفورميل .
• المكمل 3أ ( C3a ) والمكمل 5أ ( C5a ) هما منتجان وسيطان لتسلسل المكمل. ^{[ بحاجة لمصدر ]} يرتبط تركيبهما بالمسارات الثلاثة البديلة (الكلاسيكية، والمعتمدة على الليكتين، والبديلة) لتنشيط المكمل بواسطة إنزيم كونفيرتاز. ^{[ بحاجة لمصدر ]} الخلايا المستهدفة الرئيسية لهذه المشتقات هي الخلايا الحبيبية والوحيدات العدلات أيضًا. ^{[ بحاجة لمصدر ]}
• تنتمي الكيموكينات إلى فئة خاصة من السيتوكينات ؛ لا تمثل مجموعاتها (الكيموكينات C، CC، CXC، CX ₃ C) جزيئات ذات صلة بنيوية بترتيب خاص من جسور ثنائي الكبريتيد فحسب، بل إن خصوصيتها تجاه الخلايا المستهدفة متنوعة أيضًا. ^{[ بحاجة لمصدر ]} تعمل الكيموكينات CC على الخلايا الوحيدة (على سبيل المثال، RANTES )، وتكون الكيموكينات CXC خاصة بالخلايا المحببة العدلة (على سبيل المثال، IL-8 ). ^{[ بحاجة لمصدر ]} قدمت التحقيقات في الهياكل ثلاثية الأبعاد للكيموكينات دليلاً على أن التركيب المميز لصفائح بيتا واللولب ألفا يوفر التعبير عن التسلسلات المطلوبة للتفاعل مع مستقبلات الكيموكينات. ^{[ بحاجة لمصدر ]} تم إثبات تكوين ثنائيات الجزيئات وزيادة نشاطها البيولوجي من خلال علم البلورات للعديد من الكيموكينات، على سبيل المثال IL-8. ^{[ بحاجة لمصدر ]}
• مستقلبات الأحماض الدهنية المتعددة غير المشبعة
  • الليكوترينات هي وسطاء دهنيون من نوع إيكوسانويد يتم تصنيعهم عن طريق استقلاب حمض الأراكيدونيك بواسطة ALOX5 (يُطلق عليه أيضًا 5-ليبوكسيجيناز). العضو الأكثر بروزًا مع نشاط عامل كيميائي هو الليكوترين B4 ، الذي يثير الالتصاق والكيميائية وتجمع الكريات البيضاء. يتم تحفيز عمل الكيميائي الجاذب لـ LTB4 من خلال أي من مستقبلين مقترنين بالبروتين ج ، BLT1 و BLT2 ، واللذان يتم التعبير عنهما بشكل كبير في الخلايا المشاركة في الالتهاب والحساسية . [67 ^]
  • عائلة حمض إيكوسانويد 5-هيدروكسي إيكوساتيراينويك هي مستقلبات حمض الأراكيدونيك التي تتشكل أيضًا بواسطة ALOX5. تتكون ثلاثة أعضاء من العائلة بشكل طبيعي ولها نشاط كيميائي بارز. هذه، المدرجة بترتيب تناقص الفعالية، هي: حمض 5-أوكسو إيكوساتيراينويك ، وحمض 5-أوكسو-15-هيدروكسي إيكوساتيراينويك ، وحمض 5-هيدروكسي إيكوساتيراينويك . تحفز هذه العائلة من المحفزات الاستجابات الكيميائية في الخلايا الحمضية البشرية والعدلات والوحيدات عن طريق الارتباط بمستقبل أوكسيكوسانويد 1 ، والذي مثل مستقبلات الليكوترين B4، هو مستقبل مقترن بالبروتين ج. ^[67] بصرف النظر عن الجلد، تعد العدلات خط الدفاع الأول للجسم ضد الالتهابات البكتيرية . بعد مغادرة الأوعية الدموية القريبة، تتعرف هذه الخلايا على المواد الكيميائية التي تنتجها البكتيريا في الجرح أو الخدش وتهاجر "نحو الرائحة".
  • حمض 5-هيدروكسي إيكوساترينويك وحمض 5-أوكسو إيكوساترينويك هما مستقلِبان لحمض ميد ( حمض إيكوساترينويك 5Z ، 8Z ،11Z ) ؛ وهما يحفزان كيمياء التاكسي للكريات البيضاء من خلال مستقبل أوكسو إيكوسانويد 1 ^[68] مع كون حمض 5-أوكسو إيكوساترينويك بنفس فعالية نظيره المشتق من حمض الأراكيدونيك، حمض 5-أوكسو إيكوساترينويك، في تحفيز كيمياء التاكسي للخلايا الحمضية والعدلات في الدم البشري . ^[67]
  • حمض 12-هيدروكسي إيكوساتيراينويك هو أحد نواتج أيض حمض الأراكيدونيك التي يتم تصنيعها بواسطة ALOX12 والذي يحفز كيمياء التاكسي للكريات البيضاء من خلال مستقبل الليكوترين B4، BLT2. ^[67]
  • البروستاجلاندين D2 هو أحد نواتج أيض حمض الأراكيدونيك التي تصنعها السيكلوأكسجيناز 1 أو السيكلوأكسجيناز 2 التي تحفز التاكسي الكيميائي من خلال مستقبل البروستاجلاندين D2 . وهو يثير استجابات كيميائية في الخلايا الحمضية والخلايا القاعدية والخلايا التائية المساعدة من النمط الفرعي Th2. ^{[69] [ مصدر غير أساسي مطلوب ] [ مصدر غير أساسي مطلوب ]}
  • حمض 12-هيدروكسي هبتاديكاترينويك هو أحد نواتج أيض حمض الأراكيدونيك غير الإيكوسانويدية التي يتم تصنيعها بواسطة سيكلوأوكسجيناز 1 أو سيكلوأوكسجيناز 2 الذي يحفز كيمياء التاكسي للكريات البيضاء من خلال مستقبل الليكوترين B4، BLT2. ^{[70] [ مصدر غير أساسي مطلوب ] [ مصدر غير أساسي مطلوب ]}
  • حمض 15-أوكسو-إيكوساتيراينويك هو مستقلِب إيكوسانويد لحمض الأراكيدونيك المصنوع من ALOX15 ؛ له نشاط كيميائي ضعيف للخلايا الوحيدة البشرية (انظر حمض 15-هيدروكسي إيكوساتيراينويك#15-oxo-ETE ). ^{[71] [ مصدر غير أساسي مطلوب ] [ مصدر غير أساسي مطلوب ]} لم يتم توضيح المستقبل أو الآلية الأخرى التي يحفز بها هذا المستقلِب الكيمياء الحيوية.

تختلف الاستجابات الكيميائية الجاذبة التي تثيرها تفاعلات الربيطة والمستقبلات باختلاف تركيز الربيطة. وتُظهِر التحقيقات التي أجريت على عائلات الربيطة (مثل الأحماض الأمينية أو الببتيدات القليلة ) أن نشاط الجاذب الكيميائي يحدث على نطاق واسع، في حين أن أنشطة الطارد الكيميائي لها نطاقات ضيقة. ^[72]

إن تغير القدرة على الهجرة للخلايا له أهمية كبيرة نسبيًا في تطور العديد من الأعراض والمتلازمات السريرية. إن النشاط الكيميائي المتغير لمسببات الأمراض خارج الخلية (مثل الإشريكية القولونية ) أو داخل الخلية (مثل الليستيريا المستوحدة ) يمثل في حد ذاته هدفًا سريريًا مهمًا. إن تعديل القدرة الكيميائية الذاتية لهذه الكائنات الحية الدقيقة بواسطة العوامل الصيدلانية يمكن أن يقلل أو يثبط نسبة العدوى أو انتشار الأمراض المعدية. بصرف النظر عن العدوى، هناك بعض الأمراض الأخرى حيث يكون ضعف التاكسي الكيميائي هو العامل المسبب الأساسي، كما هو الحال في متلازمة شدياق هيجاشي ، حيث تمنع الحويصلات داخل الخلايا العملاقة الهجرة الطبيعية للخلايا.

التاكسي الكيميائي في الأمراض ^{[ بحاجة لمصدر ]}

نوع المرض	زيادة التاكسي الكيميائي	انخفضت التاكسي الكيميائي
العدوى	الالتهابات	الايدز ، داء البروسيلات
يؤدي التاكسي الكيميائي إلى المرض	—	متلازمة شدياق هيغاشي ، متلازمة كارتاجينر
يتأثر التاكسي الكيميائي	تصلب الشرايين ، التهاب المفاصل ، التهاب اللثة ، الصدفية ، إصابة إعادة التروية ، الأورام النقيلية	التصلب المتعدد ، مرض هودجكين ، العقم عند الذكور
التسممات	الأسبستوس ، البنزبيرين	أملاح الزئبق والكروم والأوزون​

تم تطوير العديد من النماذج الرياضية للكيمياء التاكسية اعتمادًا على نوع

• الهجرة (على سبيل المثال، الاختلافات الأساسية في سباحة البكتيريا، وحركة حقيقيات النوى وحيدة الخلية مع الأهداب / السوط والهجرة الأميبية )
• الخصائص الفيزيائية والكيميائية للمواد الكيميائية (على سبيل المثال، الانتشار ) التي تعمل كربيطات
• الخصائص البيولوجية للربيطات (الجزيئات الجاذبة والمحايدة والطاردة)
• أنظمة التحليل المستخدمة لتقييم التاكسي الكيميائي (انظر أوقات الحضانة، والتطور، واستقرار تدرجات التركيز)
• التأثيرات البيئية الأخرى التي لها تأثير مباشر أو غير مباشر على الهجرة (الإضاءة، درجة الحرارة، المجالات المغناطيسية، الخ.)

على الرغم من أن تفاعلات العوامل المذكورة أعلاه تجعل سلوك حلول النماذج الرياضية للجاذبية الكيميائية معقدًا إلى حد ما، فمن الممكن وصف الظاهرة الأساسية للحركة التي تحركها الجاذبية الكيميائية بطريقة مباشرة. في الواقع، دعنا نشير إلى التركيز غير المنتظم مكانيًا للجاذب الكيميائي و باعتباره تدرجه. ثم يرتبط التدفق الخلوي الكيميائي (يُسمى أيضًا التيار) الذي يولد بواسطة الجاذبية الكيميائية بالتدرج أعلاه بالقانون: ^[73]${\displaystyle \varphi }$${\displaystyle \nabla \varphi }$${\displaystyle {\bf {J}}}$

حيث هي الكثافة المكانية للخلايا و هي ما يسمى بـ "معامل الجاذب الكيميائي" - غالبًا ما لا يكون ثابتًا، ولكنه دالة متناقصة للجاذب الكيميائي. بالنسبة لبعض الكميات التي تخضع للتدفق الكلي ومصطلح التوليد/التدمير ، من الممكن صياغة معادلة الاستمرارية : ${\displaystyle C}$${\displaystyle \chi }$${\displaystyle \chi }$${\displaystyle \rho }$${\displaystyle {\bf {J}}}$${\displaystyle S}$

${\displaystyle {\partial \rho \over {\partial t}}+\nabla \cdot {\bf {J}}=S}$

أين هو التباعد . تنطبق هذه المعادلة العامة على كل من كثافة الخلية والجاذب الكيميائي. لذلك، عند دمج تدفق الانتشار في مصطلح التدفق الكلي، يتم التحكم في التفاعلات بين هذه الكميات من خلال مجموعة من معادلات التفاضل الجزئي للتفاعل والانتشار المقترنة التي تصف التغيير في و : ^[73]${\displaystyle \nabla \cdot ()}$ ${\displaystyle C}$${\displaystyle \varphi }$

حيث يصف النمو في كثافة الخلايا، هو مصطلح الحركية/المصدر للجاذب الكيميائي، ومعاملات الانتشار لكثافة الخلايا والجاذب الكيميائي هي على التوالي و . ${\displaystyle f(C)}$${\displaystyle g(\varphi ,C)}$${\displaystyle D_{C}}$${\displaystyle D_{\varphi }}$

إن البيئة المكانية للكائنات الحية الدقيقة في التربة هي وظيفة لحساسياتها الكيميائية تجاه الركيزة والكائنات الحية الأخرى. ^{[74] [ مصدر غير أساسي مطلوب ] [ مصدر غير أساسي مطلوب ]} لقد ثبت أن السلوك الكيميائي للبكتيريا يؤدي إلى أنماط سكانية غير تافهة حتى في غياب التباين البيئي. إن وجود تباينات في مقياس المسام البنيوية له تأثير إضافي على الأنماط البكتيرية الناشئة.

تتوفر مجموعة واسعة من التقنيات لتقييم النشاط الكيميائي للخلايا أو طبيعة الجاذب الكيميائي والطارد الكيميائي للربائط. المتطلبات الأساسية للقياس هي كما يلي:

• يمكن أن تتطور تدرجات التركيز بسرعة نسبية وتستمر لفترة طويلة في النظام
• يتم التمييز بين الأنشطة الكيميائية الجاذبة والكيميائية الحركية
• تتم هجرة الخلايا بحرية نحو محور تدرج التركيز وبعيدًا عنه
• الاستجابات المكتشفة هي نتائج الهجرة النشطة للخلايا

على الرغم من حقيقة أن اختبار التاكسي الكيميائي المثالي لا يزال غير متاح، إلا أن هناك العديد من البروتوكولات والقطع من المعدات التي توفر توافقًا جيدًا مع الظروف الموضحة أعلاه. يتم تلخيص أكثرها استخدامًا في الجدول أدناه:

نوع التحليل	اختبارات لوحة الأجار	اختبارات الغرفتين	آحرون
أمثلة	غرفة PP	غرفة بويدن غرفة زيجموند غرف دان غرف متعددة الآبار تقنيات الشعيرات الدموية	تقنية المتاهة تقنية الأوباليسنس اختبارات التوجيه

تم تصميم الروبوتات الكيميائية التي تستخدم التاكسي الكيميائي الاصطناعي للتنقل بشكل مستقل. ^{[75] [76]} تشمل التطبيقات توصيل الأدوية المستهدفة في الجسم. ^[77] في الآونة الأخيرة، أظهرت جزيئات الإنزيم أيضًا سلوكًا كيميائيًا إيجابيًا في تدرج ركائزها. ^[78] يتم التعرف على الارتباط الديناميكي الحراري الملائم للإنزيمات بركائزها المحددة على أنه أصل التاكسي الكيميائي الأنزيمي. ^[79] بالإضافة إلى ذلك، أظهرت الإنزيمات في الشلالات أيضًا تجميعًا كيميائيًا مدفوعًا بالركيزة. ^[80]

بصرف النظر عن الإنزيمات النشطة، تظهر الجزيئات غير المتفاعلة أيضًا سلوكًا كيميائيًا. وقد تم إثبات ذلك باستخدام جزيئات الصبغة التي تتحرك في اتجاه معين في تدرجات محلول البوليمر من خلال تفاعلات كارهة للماء مواتية. ^[81]

• التاكسي الكيميائي
• كيمياء التاكسي العدلي
• بوابة هجرة الخلايا
• محاكي كيمياء التاكسي القابل للتنزيل في ماتلاب
• محاكي تفاعلي لكيمياء التاكسي البكتيري (تطبيق ويب)