النمل والمضادات الحيوية

النمل والمضادات الحيوية

Share on facebook
Share on twitter
Share on linkedin

كيفية تواصل النمل ودفاعه عن مستعمراته يمكن أن يؤدي إلى مضادات حيوية جديدة

كثير من الناس يرَصّون البضائع المشتراه من السوق الحرة في الخزائن العلوية قبل الرحلة،ولكن تيد شولتز(TedSchultz) قام بإدخال حقيبة تحتوي على مستعمرات النمل الحية التي تم جمعها خلال مهمة بحثية. من بدايته في المتحف الوطني للتاريخ الطبيعي التابع لمعهد سميثسونيان(Smithsonian)، يسافر تيد بعيدًا وعلى نطاق واسع عبر أمريكا الوسطى والجنوبية لجمع النمل للبحث المخبري. لم يخبر الركاب الآخرين بما في الحقيبة. ويمزح قائلًا «لا أحد يحتاج إلى معرفة».ويقوم في المختبر ببناء أشجار عائلة تطورية للنمل بالتعاون مع علماء البيئة الكيميائيين وعلماء الأحياء.ومع اهتمام خاص بالأنواع النادرة، يتصفح تيد مجموعات النمل المتحفية للعينات النادرة التي تأخذ خياله قبل زيارة المكان الأصلي حيث تم تحديدها. ويقول«غالبًا ما لا تزال هذه الأماكن موجودة ولكنها ليست بأي حال من الأحوال الطبيعي الذي كانت فيه، على سبيل المثال عام 1890، لذا يجب أن أجد نفس المسكن الطبيعي في تلك المنطقة». وخلال رحلات الجمع الطويلة، يجب على فريقه إبقاء النمل على قيد الحياة في صناديق العش الصغيرة.

ويقول مضيفًا: «هذه المستعمرات حساسة للغاية لدرجة الحرارة والرطوبة وتدفق الهواء». ويقول أيضًا«عندما نتوقف في مكان ما لتناول الطعام، نأخذ النمل إلى المطعم معنا». وكل هذا التفاني  يوضح مدى أهمية أنظمة النمل للباحثين في هذا المجال. (النمل أهم المواضيع المثالية لعلماء الأحياء والكيميائيين على حد سواء). يقول (تابي جونز Tappey Jones )، الكيميائي العضوي في (معهد فرجينيا العسكري   Virginia Military Institute )بالولايات المتحدة، والذي يعمل أيضًا مع تيد«هؤلاء الأشخاص الصغار مجرد مصانع كيميائية». ويضيف «إنهم منجم ذهب للمواد الكيميائية الجديدة حيث يبحث الباحثون بشكل متزايد عن مضادات حيوية جديدة بين المواد الكيميائية» ويستخدم النمل مواد كيميائية معقدة للدفاع والإتصال. على مدار الثلاثين عامًا الماضية، كان تابي يدرس مواد كيميائية ينتجها النمل وتحتوي على النيتروجين تسمى قلويات. ويقول«جزء كبير من حياتي المهنية هو اكتشاف الكيمياء الهيكلية لهذه المركبات.» ويعمل تابي على كيفية تجميع المواد الكيميائية في المختبر ويمررها إلى الزملاء في المؤسسات الأخرى بشكل متكرر حتى يتمكنوا من دراستها في أنظمة حقيقية.

وقت المُلاحقة 

الذي يحكم وقت المُلاحقة هم الملكات، النمل له تدرج اجتماعي محدد ويعرف مكانه في الحياة. يخرج النمل العامل بحثًا عن الطعام، ويضع مسارات من (الفيرومونات pheromones) الكيميائية لإخبار زملائه بمكان العثور على فتات لذيذ. العديد من هذه المواد الكيميائية هي بيرازين باللغة الإنجليزية(pyrazines)، تنطلق من الغدد المحيطة بالجسم ، بما في ذلك الغدد السامة والغدد الفك السفلي (الفك السفلي هي أجزاء فم تشبه الكماشة تستخدم لحمل وتقطيع الطعام). يستخدم النمل قرون الإستشعار اليسار واليمين ليخبرهم عن الطريقة التي يجب أن يديروها لمتابعة درب الفيرومون. عندما يتم هرس النملة، فإنها تطلق فرمونًا مختلفًا يحذر الآخرين من الخطر المحتمل. وقد طور النمل طرقًا معقدة لحماية مستعمراته من الغزو من جميع أنواع الآفات، بما في ذلك أنواع النمل الأخرى. ومع ضعيف الرؤية، تستخدم الحشرات قرون الإستشعار بشكل أساسي للتعرف على أعشاش الأصحاب والمتسللين المحتملين من خلال استشعار المواد الكيميائية الخاصة بهم، ومع بساطة النظام؛ فعندما يتم الكشف عن المتسللين يتم تمزيقهم إلى قطع بواسطة الفك السفلي أو يتعرضون للسم. تتعرف الحشرات إلى حد كبير على أعشاش أصحابها من أنماط هيدروكربونات طويلة السلسلة موجودة على هيكلها الخارجي المقاوم للماء اختصارها الإنجليزي (CHCs). يتم تعريف رائحة المستعمرة جزئيًا من خلال تركيبها الجيني ، ولكنها تتأثر أيضًا بالعوامل البيئية مثل مادة العش والنظام الغذائي.يُعتقد أن النملة قادرة على المقارنة السريعة لرائحة نملة تقترب من المستعمرة  الخاصة بها بواسطة نماذج عصبية.وبما أن رائحة المستعمرة تتغير بمرور الوقت، يقوم النمل بتحديث نماذجهم العصبية بانتظام. يحاول المتطفلين غالبًا، بما في ذلك الأنواع الأخرى من النمل، التسلل إلى مستعمرة عن طريق محاكاة الملف الكيميائي. آخرون يبنون المزيج من أنماط هيدروكربونات طويلة السلسلة من خلال قضاء الوقت في مادة العش (التمويه الكيميائي). مكن لبعض النمل أيضًا إنتاج مواد كيميائية لمهاجمة أو إرباك النمل في المستعمرة، مما يعطل قدرتهم على التعرف وتصرفهم الدفاعي.وتعتبر يرقات الفراشات الزرقاء الكبيرة جيدة بشكل مدهش في التمويه. تتسلل إلى مستعمرات النمل

الأحمر من خلال إنتاج مزيج من المواد الكيميائية.و يقع النمل بسبب الفعل ويحمل اليرقة عميقًا في عشها حيث يتم تغذيتها ورعايتها. بمجرد دخولها في العش، تضيف اليرقة هيدروكربونات إضافية، وتنتهي بمطابقة CHC شبه مثالية. كما أنها تجعل الأصوات تحاكي نملة الملكة. وعادة ما يتم غزو النمل (Sericomyrmex) الذي يزرع الفطريات من قبل النمل( Megalmyrmex )الطفيلي. في عام 2013، عمل تابي مع فريق بقيادة راشيل آدامز(Rachelle Adams ) في جامعة كوبنهاجن لإظهار أن النمل الضيف( guest ants) يحمي مستعمرته ضد غزو نملة المفترس الزراعي( agro-predator ) باستخدام السم القلوي. يستفيد مزارعو الفطريات بالفعل من استضافة النمل الضيف، الذين يرغبون في حماية حياتهم السَلِسَة في المستعمرة.
في عام 2018 قامت راشيل قي جامعة ولاية أوهايو، الولايات المتحدة، ببحث في كيفية تمكن النمل الطفيلي من التسلل والإندماج في مستعمرة Sericomyrmex. باستخدام التحليل اللوني للغاز وقياس الطيف الكتلي، حيث قام فريقها بتحليل المواد الكيميائية من مجموعتي النمل لبناء معلومات الروائح.واكتشفوا أن النمل الطفيلي لديه مجموعات مختلفة جدًا من الهيدروكربونات، مع وجود هيدروكربون واحد فقط مشترك بين العائل والطفيليات. استبعد هذا المحاكاه والتمويه كنظام للتسلل. لكن عاملات الطفيليات كان لديهم تركيز أقل من CHCs على الطبقة الخارجبة للبشرة للمضيف. يقترح الباحثون أن النمل الطفيلي تمكن من استخدام استراتيجية تافهة  للتسلل دون أن يلاحظها أحد. لديهم أيضًا مستويات عالية من القلويات من السم، والتي يستخدمونها لإستبداد عوائلهم وليصبحوا وديين.

النمل قاطع الأوراق

يركز تيد شولز (Ted Schulz’s) بشكل رئيسي على نوع النمل المزارعين الأوائل  للفطريات في هذا الكوكب حيث ينتمي إلى قبيلة أتيني (Attini). ولعل أشهر مزارعي الفطريات هم النمل القاطع للأوراق، الذي يُنظر إليه على أنه آفة زراعية في أمريكا الجنوبية، حيث تستهلك مستعمرة نبتة الأوراق الكاملة بمقدار ما تستهلك  البقر.ويحصد النمل المواد النباتية الطازجة لزراعة فطر يتغذى على يرقاته. ويقومون بإزالة بقايا أوراق الشجر بدقة، بينما تحمي المضادات الحيوية ومضادات الفطريات النمل وحدائقهم. حيث يتجه النمل العامل إلى الحديقة ويدافع النمل الجندي عنها.يدرس علماء الأحياء والكيميائيون على حد سواء النمل القاطع لأوراق الشجر لفهم المواد الكيميائية التي تؤثر على سلوكهم الإجتماعي والدور الذي تلعبه البكتيريا في نظامهم البيئي. ويستخدم الباحثون النمل بشكل متزايد للبحث عن مبيدات حشرية ومضادات حيوية جديدة. في حين أن بعض أنواع النمل تنتج مضادات الميكروبات من الغدد الداخلية أو مكونات الحصاد مثل راتينج الشجرة للمساعدة في مكافحة البكتيريا غير المرغوب فيها، فحيث قاطعات الأوراق تحمل بكتيريا واقية تسمى البكتيريا الشعاعية التي تنتج المضادات الحيوية. يفرك النمل أجسادهم فوق حدائقهم الفطرية الثمينة لنشر المضادات الحيوية. (تنتج بكتيريا Actinobacteria) أيضًا العديد من المضادات الحيوية الطبية لدينا، بما في ذلك أنثراسيكلين وتتراسيكلين. وغالبًا ما تنهار الأنظمة عندما تنهار مستعمرات قاطعة الأوراق بعد أن تغزوا عليها مع فطر طفيلي يسمى إسكوفوبسيس (Escovopsis).في عام 2018 ، كشف فريق بقيادة مات هاتشين(Matt Hutchings) في جامعة إيست أنجليا وباري ويلكنسون من مركز جون إينيس، المملكة المتحدة، عن أن إسكوفوبسيس (Escovopsis) ينتج مواد كيميائية تمنع نمو البكتيريا المنتجة للمضادات الحيوية للنمل. وفي الوقت نفسه، فإن مادة كيميائية تسمى shearinine تقوم بشلل الشغالات بشكل فعال، وتمنعهم من تنظيف الأعشاش بكفاءة. وهذا يمهد الطريق لعمل لمبيدات حشرية جديدة في مناطق من العالم حيث يسبب النمل مشاكل. عدد مركبات المضادات الحيويةالمتعلقة بالنمل التي يتم تحديدها في تزايد مضاعف تقول سارة وورسلي(Sarah Worsley)، باحثة الدراسات العليا فيمختبر مات«نحاول العثور على مضادات حيوية جديدمن أنظمة النمل». ينقل الباحثون البكتيريا من النمل إلى أطباقالأجار، ثم يرون ما إذا كانوا يمنعون نمو سلالة مسببة للأمراض من البكتيريا. تقول سارة:«إذا رأينا أن بكتيريا النمل تبطئنمو البكتيريا السيئة، فمن المحتمل أنها تنتج نوعًا من المركب الذي يحتوي على مضادات حيوية أو تأثيرات مضادةللفطريات». ثم يحاولون عزل المادة الكيميائية النشطة ومعرفة ما إذا كانت حديثة مقارنة بالمضادات الحيوية الموجودة.وتقول أيضًا«نريد أن نحاول إيجاد تراكيب جديدة تمامًا». يعتقد الباحثون أن البكتيريا تترعرع مع عوائل النمل، مما يؤديإلى تغيير المضادات الحيوية التي تنتجهاباستمرار.وجمعت سرة مستعمرتها من النمل من غابة مطيرة في بنما، وحملتهاإلى المنزل في حقيبة حاملة في حقيبة يدها. وتقول«أنت تبحث حرفياً عن نملة قاطعة الأوراق وتتبعها إلى حفرة صغيرةفي الأرض». ويمكن تجريف التربة للكشف عنالفطريات.حافظت سارة على نملها على قيد الحياة مع أوراق شجيرة تمجمعها من بحيرة في حرم جامعة إيست أنجليا.

وتقول«إن نظام قص الأوراق مذهل للغاية». وتقول أيضًا «يستخدم البشرالمضادات الحيوية منذ حوالي 100 عام، وقدأخطأ الأمر بشكل رهيب، لكن النمل يستخدم البكتيريا منذ حوالي 50 مليون عام”.كان الفريق يحقق في كيفية جذب النمل بشكل انتقائي للبكتريا الشعاعية المفيدة إلى هيكلهم الخارجي.وذلك منخلال إضافة نظائر الكربون إلى طعام النمل

وتتبعها، ويمكن للباحثين إثبات أن النمل يوفر الغذاء للبكتيريا. وتقولسارة«نعرف أنها تعتمد على الكربون ولديها شعور قد يكون هيدروكربوني”.يقول تيد«كلما تعلمنا أكثر عن الأنظمة، كلماكان ما نتعلمه أكثر فائدة للتحكم في هذه النمل» ويقول أيضًا«هذا مجال واسع حقًا»  وقال«إن عدد مركبات المضاداتالحيوية المتعلقة بالنمل التي يتم تحديدها في تزايد

متضاعف».عزلت جامعة ايست انجليا(UEA) مجموعة مئات منالسلالات البكتيرية من النمل المختلف. يقول

باري(Barrie)«نعمل ببطء في طريقنا عبر تلك المكتبة». يقول أيضًا«لقدقمنا بتسلسل جينومات في بعض الأماكن ما بين

50 و 100 سلالة ووجدنا أن بعضها يحتوي على مجموعات جينية تشيرإلى أنها تصنع بعض الأنواع الجديدة المثيرة

للإهتمام من المركبات وهذه هي المرحلة التالية».

ترجمة: سميرة شحتة سلامة