التركيب الوراثي للبكتريا  B. thuringiensis

تحوي سلالات البكتريا على جينوم يتراوح حجمه بين 2.4 – 5.7 مليون زوج من القواعد، وكان مسجلا ان هناك 14 جين مسئولة عن تخليق السموم ولكن بتطور الدراسات ازداد عدد المكتشف منها فوصلت في نهاية القرن الماضي الى حوالي 100 جين خاص بالسموم. ونظرا لأهمية البكتريا فقد تم تحديد توالي جينوم 42 سلالة منها. وتشير نتائج تحديد توالي القواعد الى تشابه كبير (على الاقل في النصف القريب لنقطة اصل التضاعف) مع البكتريا B. cereus ، ويوجد اختلاف النصف الثاني.

تحوي سلالات البكتريا على عناصر لا كروموسومية مثل البلازميدات، البعض حلقية واخرى مفتوحة. وبروتينات السم البلوري ويشفر لها بواسطة بلازميد كبير اقتراني. وتوجد تواليات في مناطق التشفير للسموم على البلازميد مشابه لمناطق موجودة على الكروموسوم وقد تشارك هذه المناطق الكروموسومية في انتاج السموم.

العناصر القافزة

تحوي سلالات البكتريا على عدد كبير من العناصر القافزة منها عناصر إقحام IS وجينات قافزة، فمثلا الجين المشفر للسم cry 1 A تحيطه تواليات مقلوبة من IS سميت IS232 , IS231 الأول يعود الى عائلة IS4 والثاني يعود الى العائلة IS21 . وبما ان هذه العناصر يمكن ان تقفز لذلك فمن المحتمل ان تحرك جينات السم معها وتحوي السلالات على قافزات معقدة Composite transposons . والعنصر IS231 منتشر بكثرة في البكتريا. وتوجد العديد من تواليات الإقحام التي تحيط بالجينات المختلفة ولها تسميات خاصة.

وتحوي السلالات على جينات قافزة Tn تحوي على الجينات التي تشفر للإنزيمات التي تساعدها في الانتقال والاندماج وغيرها من الفعاليات مثل انزيمات Recombinase , Resolvase Integrase ، ويعتقد ان وجود العناصر القافزة في البكتريا يؤدي ادوارا معينة منها :

• تضخيم جينات السم في الخلية البكترية.
• تساعد وتتوسط في نقل البلازميدات بآليات مختلفة.

لذلك فان العناصر القافزة تساعد في نقل الجينات أفقيا.

التعبير عن جينات السم

الصفة المميزة لهذه الجينات هو التعبير عنها بشكل أساسي في طور الاستقرار من أطوار المجموع البكتري، وتتجمع النواتج لتكون جسم بلوري التركيب في الخلية الأم والذي تصل نسبته الى 20 – 30% من الوزن الجاف للخلايا المتبوغة، وتتم السيطرة على التعبير بآليات مختلفة وعند مراحل او مستويات مختلفة وهي :

• مستوى الانتساخ.
• مستوى بعد عملية الانتساخ.
• مستوى بعد الترجمة.

آلية الانتساخ : بعض الجينات يكون التعبير عنها معتمدا على عملية التبوغ واخرى غير معتمدة على التبوغ :

الانتساخ المعتمد على التبوغ، عند الانتساخ وتكون البوغ يشترك عددا من العوامل المنشطة وهي عوامل سيكما التي ترتبط الى RNAP لتوجيه الانتساخ والارتباط بالممهدات الخاصة بعملية التبوغ وهي بداية تعود الى الخلايا الخضرية مثل δ ^A وعوامل اخرى هي δ^G , δ^E , δ^F , δ^H , δ^K.

فالعوامل δ^A و δ^H تكون نشطة في الخلايا قبيل الانقسام.

العوامل δ^E و δ ^K تكون نشطة في الخلايا الأم.

العوامل δ^G , δ^E تكون نشطة في البوغ الأول المتكون في المراحل الأولى من عملية التبوغ. ويكون تنشيط هذه العوامل معتمدا على المخطط الزمني الذي تمر به عملية تكوين البوغ. فمثلا cry 3 Aa يعبر عنه في أثناء الطور الخضري وبداية طور الاستقرار ويستمر نشاطه من نهاية الطور اللوغاريتمي الى حين الوصول الى المرحلة الثانية من عملية التبوغ ، اي بعد حوالي 3 ساعات ويبقى نشطا الى حين الوصول الى المرحلة الرابعة من عملية التبوغ اي بعد حوالي 7 ساعات. وهو لا يعتمد على عوامل سيكما الخاصة بعملية التبوغ ولكن قد يكون اختفاء δ^A محفزا للتعبير عنه.

آليات التنظيم بعد الانتساخ

ان ثباتية جزيئات mRNA تكون مهمة لإنتاج كميات كبيرة من السم في Bt. فالعمر النصفي للجزيئات mRNA يصل الى 10 دقائق والذي يعادل خمسة اضعاف العمر لجزيئات mRNA العادية، ومما يؤدي الى ثباتية الجزيئات وجود تواليات (SD) Shine – Dalgarno الثابتة المكونة من التوالي (GAAAGGAGG) والذي يطلق عليها STAB – SD . والثباتية يمكن ان تنتج من تداخل النهاية 3' للـ 16S rRNA مع STAB – SD ولذلك فان الارتباط الى وحدة الرايبوزوم الصغيرة 30S يساعد في حماية mRNA من تأثير الانزيمات الحالة Ribonucleases ويوجد STAB – SD في مواقع مختلفة من الجينات وتقوم بإضفاء الثباتية على منتجاتها.

آليات التنظيم بعد الترجمة

بعد تخليق السموم تنتظم في بلورات لغرض حمايتها من التعرض للإنزيمات، وتكون البلورات المتكونة داخل الخلية الأم بأشكال مختلفة اعتمادا على تركيب السم الاولي Protoxin ، والاشكال اما ان تكون هرمية مثل cry 1 او مكعبة الشكل cry 2 او مستطيلات مفلطحة cry 3A ، او تتخذ أشكال غير منتظمة مثل cry 3B او اشكال كروية كما في، cry 4B , cry 4A او اشكال معينية cry 11A.

ان عملية تكوين البلورات تعتمد على تركيب بروتين السم ووجود الطاقة والأواصر الكبريتيدية الثنائية ووجود بعض المركبات الخاصة، فعند كثرة ثمالات السستيئين في النهاية الكاربوكسيلية لبروتين السم فانها تساعد في تكوين التركيب البلوري عند تكوين الأواصر الكبريتيدية الثنائية. اما عند غياب المناطق الحاوية على السستيئين فان السم يكون تراكيب مفلطحة او غير منتظمة كما في السم cry 3A ، اذ لا ترتبط فيه البيبتيدات المتعددة بأواصر S=S . وتساهم الجسور الملحية في تكوين التراكيب البلورية. اضافة الى احتمال وجود بعض البروتينات تقوم بتثبيت السلاسل البيبتيدية للسم الأولي بعد ترجمتها وتساعدها في تكوين التراكيب البلورية.

بعض السموم تفرز الى الوسط المحيط مثل cry IIa ويفرز أثناء التبوغ كما يحصل في افراز بعض سموم انواع Clostridia وقد تكون له أهمية بيئية، أما الباقي فتبقى داخل الخلايا.

المصادر

الخفاجي , زهرة محمود (2008) . التقنية الحيوية الميكروبية (توجهات جزيئية ) . معهد الهندسة الوراثية والتقنية الحيوية . جامعة بغداد .