ارتباط باکتری ها از طریق سیگنال های شیمیایی

به گزارش روابط پایگاه اطلاع رسانی علوم آزمایشگاهی ایران، مشابه نحوه ارتباط و عملکرد سلول های درون بافت های انسانی به طور کلی، باکتری ها نیز می توانند از طریق سیگنال های شیمیایی با یکدیگر ارتباط برقرار کنند، رفتاری که به عنوان سیگنالینگ حد نصاب (QS) شناخته می شود. این سیگنال های شیمیایی از طریق یک بیوفیلم پخش می شوند که کلنی های باکتری ها پس از رسیدن به تراکم معینی تشکیل می شوند و برای کمک به کلنی ها در جمع آوری مواد غذایی و همچنین دفاع در برابر تهدیدات مانند آنتی بیوتیک ها استفاده می شوند.

دارمش پارمار، محقق فوق دکترا در آزمایشگاه جاناتان سویدلر (CABBI/BSD/MMG)، کرسی خانواده جیمز آر. آیزنر در بخش شیمی، توضیح داد: QS به آنها کمک می کند تا زیرساخت هایی مانند یک شهر در اطراف خود ایجاد کنند. بیوفیلم ها دارای کانال هایی هستند که اجازه عبور مواد مغذی و اطلاعات به شکل سیگنال های شیمیایی را می دهند. همچنین در صورت وجود تهدید یا استرس در محیط، امکان تداخل بین کلنی ها را فراهم می کنند.

تشکیل بیوفیلم و مقاومت متعاقب آن به آنتی بیوتیک ها می تواند به ویژه برای افرادی که ایمنی ضعیفی دارند یا مبتلا به بیماری هایی مانند فیبروز کیستیک (CF) هستند، خطرناک باشد، که منجر به ایجاد یک سطح مخاطی راکد در داخل ریه ها می شود که باکتری ها می توانند راحت تر به آن بچسبند. برای درک بهتر اینکه چه عوامل سطحی بر تشکیل بیوفیلم در حضور آنتی بیوتیک ها تأثیر می گذارند یا به طور بالقوه آن را مهار می کنند، محققان آزمایشگاه Sweedler در دانشگاه ایلینویز Urbana-Champaign، همراه با همکاران در دانشگاه نوتردام، میزان تشکیل بیوفیلم را در باکتری سودوموناس آئروژینوزا که معمولاً در عفونت های بیمارستانی به دست می آید را از طریق QS اندازه گیری کردند.

سویه موکوئید بیوفیلم ضخیم تری نسبت به سویه غیر موکوئیدی تولید می کند و اغلب با عفونت در بیماران مبتلا به CF مرتبط است، یک بیماری ژنتیکی که ویسکوزیته مخاط و تجمع در ریه ها را افزایش می دهد.

در این مطالعه، هر دوی این سویه ها بر روی سطوح ساخته شده ای رشد کردند که ساختارشان متفاوت بود، یکی یکنواخت یا بدون الگو و دیگری با بلوک های پشته دار الگو شده بود. سپس محققان اندازه گیری کردند که کلنی ها با چه سرعتی می توانند با QS ارتباط برقرار کنند در حالی که در حضور آنتی بیوتیک رشد می کنند یا نه. QS با استفاده از طیف سنجی جرمی و تصویربرداری رامان، که حضور مولکول های سیگنال دهنده مرتبط با رفتار را اندازه گیری می کرد، شناسایی شد.

اولین چیزی که محققان متوجه شدند این بود که آنتی بیوتیک ها رشد یک بیوفیلم و تولید مولکول های QS را در هر دو سویه و نوع ساختار کاهش می دهند. در مرحله بعد، محققان دریافتند که نوع سطح تأثیر زیادی بر سویه غیرموکوییدی دارد، به این صورت که ساختار الگودار قبل از اینکه بیان مولکول های QS به اوج خود برسد، با تاخیرهای طولانی تری همراه بود. این مورد برای سویه مخاطی ضخیم تر صدق نمی کند.

سویدلر می گوید: در حالی که تأثیر آنتی بیوتیک کندکننده رشد بیوفیلم ما را شگفت زده نکرد، تأثیر زیاد و متفاوت آن بر ساختار سطحی چشمگیر بود.

پارمار افزود: در سویه غیر موکوئیدی، الگوسازی سطح تأثیر زیادی بر خواص سیگنال QS داشت. در مورد موکوئید، ساختار سطحی تأثیر بسیار کمی بر علائم متابولیک آن داشت.

محققان همچنین بررسی کردند که چگونه توزیع مولکول های سیگنال دهنده QS در قسمت های مختلف بیوفیلم زمانی که روی یک سطح صاف رشد می کنند و در معرض آنتی بیوتیک ها قرار می گیرند، متفاوت است. نمونه ها از بیوفیلم استاتیک، جایی که بیوفیلم به سطح می چسبد، سوپرناتانت یا محیط مایع کشت، و بیوفیلم پلیکل که در بالای محیط مایع تشکیل می شود و با هوا تعامل می کند، گرفته شد.

محققان دریافتند که بیوفیلم های مایع رویی و لایه ای حاوی مولکول های سیگنال دهنده مرتبط با پاسخ استرس هستند، در حالی که بیوفیلم ساکن این مولکول ها را در بر نداشت. محققان فکر می کنند این به این دلیل است که جزء مایع بیوفیلم چیزی است که به باکتری ها اجازه می دهد در امتداد شناور شوند و کلنی های جدیدی را در جاهای دیگر ایجاد کنند، اما در این فرآیند باکتری ها در معرض موقعیت های تهدیدکننده ای مانند وجود آنتی بیوتیک ها نیز قرار می گیرند.

سویدلر توضیح داد: رویکردهای غنی از اطلاعات شیمیایی و تکنیک های تحلیلی که ما استفاده کردیم به ما این امکان را داد که این رویدادهای مولکولی پیچیده مربوط به تشکیل بیوفیلم در فضا و زمان را بررسی کنیم.

پارمار توضیح داد که یکی از کاربردهای بالقوه آینده می تواند مهندسی سطوح دستگاه های پزشکی برای جلوگیری از چسبندگی باکتری ها و تشکیل بیوفیلم باشد. این یافته ها همچنین می تواند برای کمک به جلوگیری از رسوب زیستی، زمانی که باکتری ها محصولات و سطوح بیولوژیکی را خراب یا تخریب می کنند، استفاده شود.