کشف یک ساختار منظم پنهان در بیوفیلم های باکتریایی

به گزارش روابط پایگاه اطلاع رسانی علوم آزمایشگاهی ایران، باکتری ها به طور سنتی به عنوان موجودات تک سلولی تصور می شوند که به صورت پراکنده روی سطوح پخش می شوند یا در مایعات معلق هستند، اما در بسیاری از محیط ها حالت واقعی رشد باکتری در خوشه های چسبنده ای به نام بیوفیلم است. تشکیل بیوفیلم می تواند برای انسان مفید باشد، به عنوان مثال، برای تولید چای کامبوچا ضروری است. اما اغلب مشکل ساز است، زیرا کنترل رشد باکتری را دشوارتر می کند: وقتی سلول های باکتریایی یک بیوفیلم تولید می کنند، به عنوان یک سپر در برابر مهاجمان خارجی عمل می کند و باکتری ها را نسبت به آنتی بیوتیک ها مقاوم تر می کند.

تحقیقات جدید از آزمایشگاه لارس دیتریش، استاد زیست شناسی دانشگاه کلمبیا نشان می دهد که باکتری هایی که بیوفیلم ها را تشکیل می دهند، در واقع یک آرایش بسیار ساختار یافته در آن ماتریس های لزج دارند.

یافته غیرمنتظره آنها می تواند راه را برای توسعه داروهای جدیدی که باکتری های مقاوم به آنتی بیوتیک را بهتر مورد هدف قرار دهند، هموار کند.

یک مبادله یین یانگ yin-yang برای باکتری هایی که بیوفیلم تشکیل می دهند وجود دارد، زیرا بیوفیلم در برابر آنتی بیوتیک ها و سایر تهدیدات محافظت می کند، اما همچنین از ورود غذا و تغذیه به سیستم جلوگیری می کند. این تحقیق به ما پایه ای مهم برای درک چگونگی تأثیرگذاری بر آرایش سلول های باکتریایی و ارزیابی اینکه چگونه آن ها را نسبت به آنتی بیوتیک ها حساس تر کنیم، به ما می دهد.

مطالعه جدید که در مجله PLOS Biology منتشر شده است، جزئیات تحقیقات انجام شده در آزمایشگاه پروفسور دیتریش را به سرپرستی دانشجوی فارغ التحصیل هانا دیتون نشان می دهد. این مقاله به طور خاص به یک پاتوژن مهم و رایج به نام سودوموناس آئروژینوزا پرداخت.

این تیم برای انجام تحقیقات خود از میکروسکوپ الکترونی روبشی scanning electron microscopy و میکروسکوپ فلورسانس همراه با برچسب گذاری سلولی استفاده کردند. آنها دریافتند که سلول های P. aeruginosa در بیوفیلم ها در طول و عمود بر بستر رشدشان. موادی که باکتری ها روی آنها زندگی می کنند و حاوی ماده ای است که آنها برای زنده ماندن و رشد می خورند، چیده شده اند.آنها همچنین دریافتند که جهش هایی که سطح سلول های باکتریایی را تغییر می دهند، این آرایش را مختل می کنند.

هنگامی که آنها اثرات قند اضافه شده از خارج به یک بیوفیلم کاملاً تشکیل شده را آزمایش کردند، مشاهده کردند که توزیع آن تحت تأثیر آناتومی بیوفیلم قرار دارد. باکتری های جهش یافته با آرایش سلولی نامنظم به قند اضافه شده یا آنتی بیوتیک در نواحی خاص درون بیوفیلم، که به عنوان subzones نیز شناخته می شوند، واکنش بیشتری نشان می دهند. در نهایت، آنها نشان دادند که تغییرات در آناتومی بیوفیلم، مکان اوج فعالیت متابولیکی را در ساختار تغییر می دهد.

این مشاهدات نشان می دهد که ریزساختار بیوفیلم خاصیتی است که می توان آن را تنظیم کرد تا بر متابولیسم زیرجمعیت های باکتریایی ساکن تأثیر بگذارد و بر بقای کلی گروه تأثیر بگذارد. این یافته ها پیامدهایی برای رویکردهای ما برای درمان عفونت های ناشی از P. aeruginosa و سایر پاتوژن های تشکیل دهنده بیوفیلم دارد.

دیتون می گوید: آرایش سلول ها عموماً جنبه ای از تشکیل بیوفیلم نادیده گرفته شده است. اکنون می دانیم که به باکتری های موجود در بیوفیلم ها اجازه می دهد تا حالات فیزیولوژیکی خود را کنترل کنند و عواقبی برای بقای آنها در طول درمان آنتی بیوتیکی دارد.

دیتریش گفت: این یک پیشرفت امیدوارکننده برای مشکل خطرناک و رو به رشد باکتری های مقاوم به آنتی بیوتیک است.