" تاژک باکتریایی " با طراحی هوشمندانه اش نافی شمولیت فرگشت تکامل گرایان افراطی

باسمه تعالی

تدوین محمودرضا قاسمی

تاژک باکتریایی

تاژک باکتریای یک ماشین در ابعاد نانو به قطر 45*10^-9   با سیستم سرعت با چرخش بالا ، سیستم شتاب دهنده و سیستم ترمز می باشد که از 40 پروتین تشکیل شده است که نشان دهنده صحیح نبودن بحث فرگشت ( داروینیسم) در همه جانداران است زیرا در اینجا طراحی هوشمندانه صورت گرفته که احتمال انتخاب طبیعی آن تقریبا صفر است و بر این مبنا می باید طراح و مهندس هوشمندی داشته باشد.

حرکت در اکثر گونه های باکتریایی توسط ماشین مولکولی پیچیده ای به نام تاژک انجام می شود که در آن  مقدار بسیار زیادی پروتئین مختلف به کار رفته است که اصلی ترین آنها پروتئین فلاژین  می باشد. این نانو ماشین حیرت آور تا  300 دور بر ثانیه چرخش دارد و نیروی گشتاور آن برابر با 1400 پیکونیوتن نانومتر بر ثانیه (1400 piconewton-nms) می باشد. طول تاژک از پیلی بلند تر بوده و دارای حرکت است .

حتی پیلی جنسی (F Pillus  ) هم که یکی از بزرگترین پیلی هاست به بلندی تاژک نیست.

تاژک دارای سه بخش اساسی است:

 1) بخش بازال    2) هوک یا قلاب  3) فیلامنت یا رشته.

  1)       جسم بازال یا پایه (basal  )  : 

این بخش درون غشاء سیتوپلاسمی باکتری قرار دارد و مسئول اتصال تاژک به باکتری می باشد ، بخش موتوری تاژک که باعث چرخش تاژک می شود نیز در قسمت بازال قرار دارد.

بخش بازال از حلقه های متعددی تشکیل شده است که تعداد این حلقه ها در باکتری های گرم مثبت و گرم منفی متفاوت است به طوریکه در باکتری های گرم مثبت تعداد آنها 2 عدد ودر گرم منفی ها تعداد آنها 4 عدد است. نحوه ی قرار گیری حلقه های تاژک در باکتری های گرم منفی به این صورت است که در سمت داخلی غشای سیتوپلاسمی حلقه ی M  قرار دارد وسمت خارجی غشاء سیتوپلاسمی حلقه ی S  وجود دارد. گاهی این دو حلقه را با یکدیگر به نام حلقه ی M_S  می نامند.

حلقه ی دیگر حلقه ی P  می باشد که در فضای پری پلاسمی  دیواره سلولی و به طور مشخص درون پپتیدوگلیکان باکتری قرار دارد.

خارجی ترین حلقه بخش بازال تاژک ، حلقه ی L  می باشد که در غشاء خارجی باکتری قرار دارد . همانطور که انتظار می رود حلقه های Pو L در باکتری های گرم مثبت وجود ندارد .( زیرا در باکتری های گرم مثبت فضای پری پلاسمی ای وجود ندارد که حلقه P در آن قرار بگیرد و همچنین غشای خارجی هم در این باکتری ها وجود ندارد در نتیجه  حلقه ی L در این باکتری ها وجود ندارد.)

پروتئین Mot که با رنگ کرمی در شکل نشان داده شده است مسئول چرخش تاژک است (Mot مخفف کلمه موتور است). باکتری ها در حالت عادی بوسیله پمپ های پروتونی پیوسته یون های با بار مثبت را به بیرون پمپ می کنند. نتیجه این عمل باعث می شود که همیشه درون باکتری دارای کمبود بار مثبت باشد و در نتیجه بار منفی بیشتر باشد و بیرون از باکتری دارای بار مثبت بیشتری نسبت به داخل باکتری باشد. در نتیجه ی اختلاف پتانسیل الکتروشیمیایی بوجود آمده یونهای مثبت میل به ورود به درون باکتری دارند ، یکی از اصلی ترین مکان های  ورود این یونها به درون باکتری همین قسمت بازال تاژک و مشخاصاً پروتئین Mot است و یونها برای ورود به درون باکتری مجبورند که از این مکان عبور کنند. با عبور یونها، پروتئین Mot باعث چرخش میله وسط (Rod) می شود و این پروتئین نیز نیرو را به بخش بیرونی تاژک انتقال داده و تاژک می چرخد. این مکانیسم نیز در کمپلکس Atp aseکه در غشای داخلی میتوکندری ها قرار دارد دیده میشود با این تفاوت که به جای بخش خارجی تاژک ، میله مرکزی با قسمت سر کمپلکس Atp ase   در ارتباط است و با هر چرخش تولید Atp   میکند.

پروتئین Fliیا Switch motorپروتئینی است که عملکرد آن تغییر جهت چرخش تاژک باکتری است.  زمانیکه تاژک در جهت خلاف عقربه های ساعت بچرخد باکتری را به جلو می راند ولی زمانیکه در جهت  عقربه های ساعت بچرخد باکتری دیگر حرکت جهت داری نمی کند و در همان جا شروع به ملق زدن میکند .

2)  هوک یا قلاب (Hook) :

این بخش که در شکل با رنگ صورتی نمایش داده شده است رابط بین فیلامنت تاژک و بخش میله ای جسم بازال (Rod) است و دارای شکلی خمیده است که همین خمیده بودن از اهمیت بالایی برخوردار است چرا که اگر این بخش وجود نداشته باشد و تاژک به صورت مستقیم به میله ی بخش بازال (Rod)  متصل باشد، با چرخش تاژک باکتری دیگر به جلو حرکت نخواهد کرد. برای تصور بهتر کافیست هلیکوپتری را تصور کنید که دارای همه ی قسمت های موتور و محور مرکزی (Rod) می باشد اما دارای ملخ نیست ! موتور محور اصلی را می چرخاند ولی هلیکوپتر به بالا حرکت نمی کند. در اینجا هم این خمیده بودن موجب می شود تاژک از دینامیک مناسبی جهت جلو راندن باکتری در محیط مایع برخوردار شود.

3) فیلامنت یا رشته Filament :

این بخش از تاژک خارجی ترین بخش تاژک می باشد و دارای ساختمانی تو خالی می باشد که به علت همین لوله ای بودن دارای استحکام فوق العاده ای می باشد. این تو خالی بودن تاژک در سنتز تاژک نیز دارای اهمیت است به طوریکه ساب یونیت های تشکیل دهنده فیلامنت در هنگام سنتز تاژک از داخل همین فضای خالی به انتهای تاژک منتقل می شوند.

)حرکت swimming :

این حرکت توسط تاژک صورت میگیرد. زمانیکه تاژک باکتری در جهت خلاف عقربه های ساعت می چرخد   (CCW = Counter Clock Wise) باکتری رو به جلو حرکت می کند ودرواقع حرکت  swimming را از خود نشان میدهداما زمانیکه تاژک باکتری در جهت عقربه های ساعت     (CW = Clock Wise) بچرخد باکتری در جای خود شروع به ملق زدن می کند   (Tumble) ، (باکتری رو به عقب حرکت نمی کند)  سپس بار دیگر تاژک شروع به چرخش در خلاف جهت عقربه های ساعت می کند که در این حالت باکتری را به جلو می راند.

swimming بیشتر برای نزدیک شدن به غذا توسط باکتری صورت میگیردولی tumbling بیشتر برای دور شدن از مواد دافع است.

شاید این سوال مطرح شود که این چرخش تاژک در جهت عقربه های ساعت و ملق زدن باکتری چه ارزشی برای باکتری دارد؟

زمانیکه یک موجود پر سلولی مثل کرم خاکی بخواهد به سمت یک ماده مورد نیاز مانند آب حرکت کند برای مثال اگر آب در سمت انتهایی بدن کرم وجود داشته باشد آنگاه کرم ، رطوبت خاک مرطوب را در انتهای بدن خود حس می کند و به سمت آن حرکت می کند. یا  اگر این رطوبت در طرف راست بدن کرم قرار گرفته باشد، کرم به سمت راست بدن خود حرکت می کند تا به سمت آب حرکت کند. این موضوع در مورد دیگر موجودات پر سلولی نیز صدق می کند زیرا این موجودات به اندازه ای بزرگ هستند که دارای سطوح مختلف می باشند مثلا سمت راست بدن ، سمت چپ بدن ، سمت بالا … و اگر محرکی آنها را تحریک کند بسته به اینکه کدام سطح از بدن را تحریک کرده است نسبت به آن سطح واکنش نشان می دهند. اما در مورد موجودات تک سلولی مانند باکتری ها که کلاً از یک سلول تشکیل شده اند ، سطح بدن معنایی ندارد. پس با این اوصاف چطور می شود که باکتری های متحرک به سمت مواد غذایی حرکت می کنند و تجمع باکتری ها در اطراف مواد غذایی بیشتر است؟

باکتری ها در زمانهایی رو به جلو حرکت می کنند و زمانهایی شروع به ملق زدن می کنند. حال زمانیکه باکتری در شیب غلظت بالایی از یک ماده جاذب مثل یک ماده غذایی که برای حیات باکتری مورد نیاز است قرار می گیرد ، مدت بیشتری رو به جلو حرکت می کند و لی زمانیکه از غلظت ماده دور شد شروع به ملق زدن می کند و به صورت اتفاقی شروع به حرکت رو به جلو می کند حال اگر به سمت ماده جاذب نزدیک شد به حرکت خود ادامه می دهد اما باز هم دور شد شروع به ملق زدن می کند ، تا شاید به صورت اتفاقی سر باکتری به سمت ماده جاذب قرار بگیرد و باکتری به سمت ماده حرکت کند. به چنین پدیده ای کموتاکسی یا شیمیوتاکسی گفته می شود.

وقتی باکتری در شرایطی قرار دارد که هیچ ماده جاذبی که باکتری را به سمت خود جذب کند وجود ندارد و باکتری حدود یک ثانیه حرکت می کند و یک دهم ثانیه ملق می زند و باز به صورت اتفاقی شروع به حرکت می کند. برای مواد جاذب بر سطح باکتری گیرنده هایی قرار دارد که اگر ماده جاذبی مانند گلوکوز در محیط وجود داشته باشد به سطح این گیرنده ها متصل شده و باکتری را تحریک می کند که به حرکت خود ادامه دهد. این تحریک ها باید مداوم باشد تا باکتری به حرکت خود ادامه دهد و اگر باکتری به سمتی حرکت کند که غلظت ماده جاذب کاهش یابد در نتیجه رسپتور ها از آن ماده جاذب خالی می شوند و باکتری دیگر تحریک نمی شود و در نتیجه شروع به ملق زدن می کند و برحسب اتفاق شروع به حرکت می کند و اگر در جهتی که شروع به حرکت کرده است ماده جاذب وجود داشته باشد باکتری به حرکت خود ادامه می دهد.

شرایطی که باکتری در غلظت بالایی از مواد جاذب قرار گرفته و در نتیجه ، مدت زمان حرکت باکتری مدتی طولانی تر است نسبت به شرایطی که در عدم حضور ماده جاذب مشاهده می شود. نتیجتاً باکتری به سمت ماده جاذب حرکت می کند.