روزوباكتر

معظم أنواع بكتيريا روزوباكتر التي تم تحليلها حتى الآن تمتلك جينومات كبيرة، تتراوح أحجامها بين 3.5 و5.0 مليون زوج قاعدي. أصغرها هو جينوم بكتيريا لوكتانيلا فيستفولدينسيس SKA53 بحجم 3.06 مليون زوج قاعدي، وأكبرها جينوم بكتيريا روزوفاريوس إتش تي سي سي 2601 بحجم 5.4 مليون زوج قاعدي. في بكتيريا جاناشيا سي سي إس 1، وسيليكيباكتر بوميروي دي إس إس-3، وسيليكيباكتر تي إم 1040، تشكل الجينات غير المتماثلة ثلث الجينوم. ^{[ 6 ]}

تُعدّ البلازميدات شائعة في بكتيريا روزوباكتر. ويتراوح حجمها بين 4.3 و821.7 كيلوبايت. ^{[ 6 ]} وقد تُشكّل 20% من محتوى الجينوم. ^{[ 6 ]} ويمكن العثور على جينات ذات أهمية بيئية مُشفّرة على البلازميدات. وقد يكون مرونة الجينوم سببًا لتفسير تنوّع بكتيريا روزوباكتر وقدرتها على التكيّف، وهو ما يدعمه العدد الكبير من البلازميدات التي يُحتمل أن تكون قابلة للاقتران. ^{[ 6 ]}

يمكن أن تتخذ البلازميدات شكلاً خطياً، وهو أمر شائع في بكتيريا روزوباكتر. في بعض السلالات، تشكل البلازميدات نسبة كبيرة من محتوى الجينوم. على الرغم من أن حركة البلازميدات لم تُدرس بعد في هذه السلالات، إلا أنها قد تُسهم في التنوع الفيزيولوجي لبكتيريا روزوباكتر. ^{[ 6 ]}

تُعدّ مقارنة وتحليل جينومات كائنات مجموعة روزوباكتر أمرًا بالغ الأهمية، إذ يُمكن أن يُسهم ذلك في فهم عملية نقل الجينات الأفقي وعمليات التكيف الخاصة بها. ونظرًا لانتشار روزوباكتر على نطاق واسع في جميع أنحاء العالم، وتواجدها في بيئات متنوعة، فإن نجاح هذه المجموعة لا يُمكن تفسيره بدراسة مجموعة واحدة فقط. لذا، يكمن مفتاح فهم سبب وفرة هذه المجموعة في دراسة التنوع الجيني والأيضي لكائنات المجموعة بأكملها. ^{[ 7 ]}

يُتوقع أن يعود تاريخ سلف بكتيريا روزوباكتر إلى حوالي 260 مليون سنة مضت. وقد خضعت هذه البكتيريا لانخفاض صافٍ في حجم جينومها من جينوم سلفي مشترك كبير، تلاه حلقتان من ابتكار الجينوم وتوسعه من خلال النقل الجيني الأفقي . ^{[ 8 ]}

تشير التوقعات إلى أن أول توسع جيني حدث قبل حوالي 250 مليون سنة. وقد أرجّح الباحثون أن هذا التوسع كان على الأرجح نتيجةً لظهور بيئات إيكولوجية جديدة بفضل ازدهار مجموعات العوالق النباتية حقيقية النواة، مثل الدياتومات والكوكوليثوفوريدات. ^{[ 8 ]} وتدعم هذه النظرية حقيقة أن السلالات الحديثة من بكتيريا روزوباكتر تُعدّ مكونات وفيرة في الغلاف الحيوي لهاتين المجموعتين من العوالق النباتية. ومن المحتمل أن تكون الجينات المرتبطة بالحركة والانجذاب الكيميائي في سلف سلالة روزوباكتر قد مكّنت هذه البكتيريا من استشعار هذه العوالق النباتية والسباحة نحوها. وفي وقت لاحق، تبيّن أن بعض سلالات روزوباكتر مرتبطة أيضًا بالدياتومات. جميع الدياتومات، والكوكوليثوفوريدات، والدياتومات هي من العوالق النباتية ذات السلالة البلاستيدية الحمراء، ويتوافق تزامن انتشار البلاستيدات الحمراء مع تطور جينوم روزوباكتر مع التطور التكيفي. ^{[ 8 ]} ومع ذلك، لا تزال آلية تغير الجينوم غير محددة. وقد طُرحت نظريتان: الأولى، أن تغير الجينوم إما يهيمن عليه التكيف الوظيفي، حيث حدث التغير قبل التغير البيئي، والثانية، الانتقاء الإيجابي، حيث يتبع التغير البيئي حدث نقل جيني أفقي، والذي حظي بعد ذلك بتفضيل انتقائي.

يُعتقد أن الابتكار الجيني الثاني أحدث عهدًا. ويُتوقع أن السلالة القاعدية ذات الجينومات المُختزلة قد نجت من كلتا مرحلتي الابتكار الجيني، وأصبحت مُبسطة مباشرةً من السلف المشترك. ^{[ 8 ]} لذلك، لا تنحدر جميع أنواع روزوباكتر من السلالات التي خضعت للابتكار الجيني. ويُقترح أن اكتساب الجينات يميل لصالح جينات مثل جينات النسخ، وجينات الإصلاح، وجينات آليات الدفاع، لمساعدة روزوباكتر على التنافس مع التجمعات الميكروبية الأخرى على الجسيمات والأسطح الحية في البيئة البحرية.

يُعدّ التجميع الجيني من الصفر من بيانات الميتاجينوم المُتسلسلة بعمق ، وتسلسل جينوم الخلية الواحدة ، أفضل طريقتين لدراسة بكتيريا روزوباكتر غير المُستزرعة دون إنتاج نسبة غير مقبولة من النتائج الإيجابية الكاذبة. وقد وُجد أن التحليلات الجينومية التي تُركز على بكتيريا روزوباكتر المُستزرعة قد تُؤثر على فهمنا لبيئة السلالة. وقد حصلت دراسة حديثة على أربعة أنواع من بكتيريا روزوباكتر غير المُستزرعة من المياه السطحية في شمال المحيط الهادئ وجنوب المحيط الأطلسي وخليج مين. ويبدو أن هذه المجموعة تُمثل ما يصل إلى 35% من تسلسلات بكتيريا روزوباكتر في عينات من مياه المحيطات السطحية. وتتميز هذه البكتيريا بانخفاض محتواها من الجوانين والسيتوزين، وانخفاض نسبة الحمض النووي غير المُشفّر، ويُتوقع أن يكون لها جينومات مُبسطة.

تُعدّ بكتيريا روزوباكتر أساسية في دورات الكربون والكبريت العالمية، فضلاً عن دورها في المناخ. ونظرًا لنسبتها الكبيرة في المجتمع الميكروبي الكلي، تُساهم مجموعة روزوباكتر بشكل كبير في تثبيت ثاني أكسيد الكربون عالميًا _. تشير الدراسات السابقة إلى أن بعض أفراد مجموعة روزوباكتر ينتمون إلى مجموعة تُسمى الكائنات الضوئية الهوائية اللاهوائية (AAPs)، بينما أفراد أخرى غير ضوئية التغذية. تُعدّ AAPs الكائنات الحية الوحيدة المعروفة التي تحتاج إلى الأكسجين لعملية التمثيل الضوئي، ولكنها لا تُنتجه. يمكن استخدام الأفراد غير الضوئية التغذية في أكسدة ثاني أكسيد الكربون، بينما تستطيع AAPs تثبيت _ثاني أكسيد الكربون ، إذ تُنتج روزوباكتر الطاقة من خلال عملية التمثيل الضوئي الهوائي اللاهوائي . ^{[ 10 ]} تمتلك روزوباكتر القدرة على تحليل ثنائي ميثيل سلفونيوبروبيونات (DMSP)، وهو مركب كبريتي عضوي تُنتجه الطحالب البحرية بوفرة. من خلال تحلل المواد المذابة في الطحالب ، يمكنها أيضًا إنتاج غاز ثنائي ميثيل الكبريتيد (DMS) ذي الصلة بالمناخ. ^{[ 11 ]}

تستطيع بكتيريا روزوباكتر تحليل المركبات العطرية ، كما أنها قادرة على استخدامها كركائز أساسية للنمو. وقد أظهرت أبحاث سابقة أن روزوباكتر تحلل المركبات المرتبطة باللجنين بنفس الطريقة. في عزلات روزوباكتر، يُعد وجود إنزيمات ديوكسيجيناز لكسر الحلقة والجينات المرتبطة بها في مسار بيتا-كيتوأديبات ذا أهمية للدراسات المقارنة حول بيئة تحلل المركبات العطرية ^{[ 12 ].}

تمتص بكتيريا روزوباكتر المعادن النزرة . عمومًا، تتمتع جينومات روزوباكتر الأكبر حجمًا بتنوع أكبر في امتصاص المعادن النزرة ومرونة أكبر، مما قد يؤدي إلى اختلاف كبير في قدرات الجينومات المتشابهة وراثيًا. ^{[ 13 ]} يمكن أن يمر اكتساب سلالات روزوباكتر للمعادن العضوية وغير العضوية عبر مسارات متعددة ومتنوعة، مما يشير إلى قدرة روزوباكتر على التكيف مع مجموعة واسعة من بيئات المعادن النزرة في البيئة البحرية وشغلها. كما يعني ذلك أن توافر موارد المعادن النزرة قد يؤثر على تنوع جينوم روزوباكتر. بالنسبة لبعض أفراد بكتيريا روزوباكتر، يُعد ترشيد استخدام المعادن النزرة استراتيجية بيئية قيّمة. ^{[ 13 ]}

تستطيع بكتيريا روزوباكتر إقامة علاقات تكافلية ومرضية. ^{[ 14 ]} يمكن لسلالات روزوباكتر تكوين علاقات تكافلية مع كائنات بحرية حقيقية النواة متنوعة. وقد تم تحديد أنماط وراثية لروزوباكتر في نوع من الطحالب الحمراء البحرية بريونيتيس . ^{[ 15 ]} بالإضافة إلى ذلك، يمكن لبكتيريا روزوباكتر أن تُطوّر علاقة وثيقة مع بكتيريا فايستيريا ، حيث وُجدت داخل هذه السوطيات الدوارة أو مُلتصقة بها. ^{[ 16 ]}

على الرغم من قلة الدراسات التي تناولتها وقلة شيوعها مقارنةً بالعلاقات التكافلية، فقد وُجدت علاقات مرضية في سلالات بكتيريا روزوباكتر. فعلى سبيل المثال، أشارت الدراسات إلى أن أفرادًا من مجموعة روزوباكتر وأنماطها الوراثية تُعدّ من أسباب مرض المحار اليافع في المحار الشرقي، وكذلك مرض الشريط الأسود في المرجان الصلب. ^{[ 5 ]}

تستطيع بكتيريا روزوباكتر إنتاج أنواع مختلفة من المركبات النشطة بيولوجيًا ، بما في ذلك مُحفزات نمو الطحالب (مثل الأوكسينات ) ومركبات مُبيدة للطحالب (مثل روزوباكتيدات). ^{[ 17 ]} كما تُنتج هذه البكتيريا مركبات مضادة للميكروبات، وسمومًا، ومركبات مُبيدة للطحالب. تتمتع هذه المركبات بإمكانية استخدامها في التطبيقات الصيدلانية أو الصناعية الأخرى. بالإضافة إلى ذلك، ومن خلال دراسة جينوم روزوباكتر، يُعتقد أنها قادرة أيضًا على إنتاج مركبات أخرى، يُمكن استخدامها كمصدر لمركبات نشطة بيولوجيًا جديدة (مثل المضادات الحيوية الجديدة).

بينما تمتلك الأسماك اليافعة والبالغة جهاز مناعة مكتملًا ويمكن تطعيمها، فإن يرقات الأسماك البحرية واللافقاريات معرضة للإصابة بالعدوى البكتيرية. وقد أظهرت البكتيريا البحرية من مجموعة روزوباكتر (ألفا بروتيوبكتيريا) إمكانات واعدة كبكتيريا بروبيوتيكية، مما يوفر بديلًا لاستخدام المضادات الحيوية للوقاية من الأمراض البكتيرية. ^{[ 18 ]} ولا يقتصر استخدام روزوباكتر على يرقات الأسماك واللافقاريات فحسب، بل يمكن استخدامها أيضًا لمقاومة البكتيريا الممرضة للأسماك دون إلحاق الضرر بالأسماك أو غذائها الحي. ^{[ 19 ]} ونظرًا لوفرة روزوباكتر الكبيرة، حيث تشكل من 15 إلى 20% من مجتمعات البكتيريا العوالق في المحيطات، يمكن استخدامها لإنشاء ركائز بيولوجية تركيبية لأنشطة الهندسة الجيولوجية الحيوية، مثل المعالجة الحيوية للنفايات البلاستيكية في المحيطات. ^{[ 20 ]}

تمتلك معظم البكتيريا أنظمة تواصل كيميائية. يُعد استشعار النصاب (QS) عمليةً تستشعر من خلالها البكتيريا كثافة مجموعتها السكانية عبر إشارات قابلة للانتشار. في أعضاء مجموعة روزيوباكتر، ينتشر استشعار النصاب القائم على لاكتون أسيل هوموسيرين (AHL) على نطاق واسع: إذ يُشفّر أكثر من 80% من جينومات روزيوباكتر المتاحة جينًا واحدًا على الأقل من نظائر luxI. ^{[ 21 ]} يُظهر هذا الدور المهم الذي تلعبه المسارات التنظيمية التي يتحكم بها استشعار النصاب في التكيف مع البيئات البحرية ذات الصلة. من بين جميع أنظمة استشعار النصاب القائمة على AHL في روزيوباكتر، هناك ثلاثة أنظمة دُرست بشكلٍ مُفصّل: فايوباكتر إينهيبنز DSM17395 ، والمتعايش مع الإسفنج البحري روغيريا sp. KLH11 ، والمتعايش مع السوطيات الدوارة دينوروروزيوباكتر شيباي . ^{[ 21 ]} مع ذلك، لفهم الدور البيئي لآليات استشعار النصاب بشكل أكمل، يلزم إجراء المزيد من الدراسات حول استشعار النصاب وعملية الإشارة في مجموعة متنوعة أكبر من بكتيريا روزوباكتر. ^{[ 21 ]}