به نقل از «ایران اکونومیست»

پیدا شدن راه جدیدی برای شناخت باکتری‌ها پس از ۳۰۰ سال

تاریخ انتشار: ۳ آبان ۱۴۰۱ | کد خبر: ۳۶۲۵۶۹۹۲

محققان دانشگاه "پرینستون" آمریکا در مطالعه اخیرشان اظهار کرده‌اند پس از ۳۰۰ سال مطالعه، راه جدیدی برای درک باکتری‌ها پیدا شده است.

به گزارش ایران اکونومیست و به نقل از تی ان، در آزمایشگاه‌ها، کلنی‌های باکتریایی معمولا به صورت چندین رگه در پتری دیش رشد می‌کنند، اما تاکنون هیچ‌کس درک نکرده است که چگونه کلنی‌ها خود را در محیط‌های سه‌بعدی واقعی‌تر مانند بافت‌ها و ژل‌ها در بدن ما یا خاک‌ها و رسوبات در محیط زیست، سازماندهی می‌کنند.

بیشتر بخوانید: اخباری که در وبسایت منتشر نمی‌شوند!

دانستن این موارد می‌تواند برای پیشرفت تحقیقات پزشکی و زیست محیطی حیاتی باشد.

اکنون یک گروه از محققان دانشگاه "پرینستون" راهی برای مشاهده باکتری‌ها در محیط‌های سه بعدی اختراع کرده‌اند. آنها دریافتند که با رشد باکتری‌ها، کلنی‌های آنها به طور مداوم شکل‌های جذابی شبیه سرِ شاخه‌ای از کلم بروکلی تشکیل می‌دهند که این ساختار بسیار پیچیده‌تر از شکل‌هایی است که معمولا در یک ظرف صاف دیده می‌شود.

"سوجیت داتا"(Sujit Datta) استادیار مهندسی شیمی و بیولوژیکی در دانشگاه پرینستون و نویسنده ارشد این مطالعه گفت: از زمان کشف باکتری‌ها در بیش از ۳۰۰ سال پیش، بیشتر تحقیقات آزمایشگاهی آنها را در لوله‌های آزمایش یا روی پتری دیش مورد مطالعه قرار داده‌اند که این امر نتیجه محدودیت‌های عملی بود و به دلیل عدم کنجکاوی نبود. اگر رشد باکتری‌ها را در بافت‌ها یا خاک‌ها مشاهده کنید، در می‌یابید که آنها مات و کدر هستند و در واقع نمی‌توانید ببینید که کلنی چه می‌کند. این واقعا چالش برانگیز است.

در این مطالعه داتا و همکارانش این رفتار را با استفاده از یک سیستم آزمایشی کشف کردند که این سیستم به آنها اجازه می‌دهد مشاهدات بی‌سابقه‌ای از کلونی‌های باکتری در حالت طبیعی و سه بعدی خود انجام دهند. به‌طور غیرمنتظره، محققان پس از آزمایشات دریافتند که رشد کلنی‌های وحشی به طور مداوم شبیه سایر پدیده‌های طبیعی مانند رشد کریستال‌ها یا گسترش یخ‌زدگی روی شیشه‌های پنجره است.

داتا گفت: این نوع اشکال خشن و شاخه‌دار در طبیعت در همه جا وجود دارند، اما معمولا در زمینه رشد یا تجمع سیستم‌های غیرزنده فعالیت دارند. آنچه ما دریافتیم این است که به رغم این واقعیت که اینها مجموعه‌ای از موجودات زنده هستند، رشد آنها در حالت سه بعدی، ساختار کلنی باکتریایی بسیار مشابهی دارد.

داتا و همکارانش امیدوارند که این یافته‌ها به مجموعه‌ای از تحقیقات مربوط به رشد باکتری‌ها از توسعه مواد ضدمیکروبی مؤثرتر گرفته تا تحقیقات دارویی، پزشکی و زیست‌محیطی و همچنین فرآیندهایی که باکتری‌ها را برای استفاده صنعتی مهار می‌کنند، کمک کند.

داتا بیان کرد: در سطح بنیادی، ما هیجان‌زده هستیم که این کار پیوندهای شگفت‌انگیزی را بین توسعه شکل و عملکرد در سیستم‌های بیولوژیکی و مطالعات فرآیندهای رشد بی‌جان در علم مواد و فیزیک آماری نشان می‌دهد. اما همچنین، ما فکر می‌کنیم که این دیدگاه جدید از زمان و مکان رشد سلول‌ها به صورت سه بعدی برای هر کسی که علاقه‌مند به رشد باکتری است مانند کاربردهای زیست‌محیطی، صنعتی و زیست‌پزشکی جالب خواهد بود.

برای چندین سال، تیم تحقیقاتی داتا در حال توسعه سیستمی بوده است که به آنها اجازه بدهد پدیده‌هایی را که معمولا در محیط‌های غیر شفاف پنهان می‌شوند(مانند مایع در حال جریان در خاک) را تجزیه و تحلیل کنند. این گروه از هیدروژل‌های طراحی‌شده ویژه، پلیمرهای جاذب آب شبیه به ژله‌ها و لنزهای تماسی به‌عنوان ماتریس‌هایی برای حمایت از رشد باکتری‌ها در حالت سه بعدی استفاده می‌کنند. برخلاف نسخه‌های رایج هیدروژل‌ها، مواد این گروه از محققان از توپ‌های بسیار ریز هیدروژل تشکیل شده‌اند که به راحتی توسط باکتری‌ها تغییر شکل می‌دهند و اجازه عبور آزادانه اکسیژن و مواد مغذی را می‌دهند که از رشد باکتری‌ها حمایت می‌کنند و در برابر نور شفاف هستند.

داتا افزود: این مواد مانند یک گودال توپ هستند که در آن هر توپ یک هیدروژل جداگانه است. آنها میکروسکوپی هستند، بنابراین شما واقعا نمی‌توانید آنها را ببینید. تیم تحقیقاتی ما ترکیب هیدروژل را برای تقلید از ساختار خاک یا بافت کالیبره کردند. هیدروژل به اندازه کافی قوی است که بدون اینکه مقاومت کافی برای محدود کردن رشد ایجاد کند، از کلنی باکتریایی در حال رشد حمایت کند. از آنجایی که کلنی‌های باکتری در ماتریس هیدروژل رشد می‌کنند، می‌توانند به راحتی توپ‌های اطراف خود را مرتب کنند تا به دام نیفتند.

در ادامه محققان آزمایشاتی را با چهار گونه مختلف باکتری انجام دادند تا ببینند چگونه آنها در محیط سه بعدی رشد می‌کنند.

داتا گفت: ما انواع سلول، شرایط مواد مغذی و خواص هیدروژل را تغییر دادیم. محققان در هر مورد الگوهای رشد یکسانی را مشاهده کردند. ما به طور سیستماتیک همه این پارامترها را تغییر دادیم، اما به نظر می‌رسد این یک پدیده عمومی است.

داتا گفت که به نظر می‌رسد دو عامل باعث رشد همانند کلم بروکلی شکل در سطح کلنی می‌شود. اول، باکتری‌هایی که به سطوح بالایی از مواد مغذی یا اکسیژن دسترسی دارند، سریع‌تر از باکتری‌های موجود در محیط‌های دارای اکسیژن کمتر، رشد و تکثیر می‌شوند. حتی یکنواخت‌ترین محیط‌ها دارای تراکم ناهمواری از مواد مغذی هستند و این تغییرات باعث می‌شود لکه‌هایی در سطح کلنی به جلو یا عقب بروند. تکرار در سه بعدی، باعث می‌شود کلنی باکتری، برجستگی‌ها و ندول‌هایی را تشکیل دهد زیرا برخی از زیر گروه‌های باکتری سریع‌تر از همسایگان خود رشد می‌کنند. گِرِهَک یا ندول(nodule) یک ساختار غیرعادی گرد و تقریباً سفت است که در قسمت‌های مختلف بدن ممکن است بروز کند.

دوم، محققان مشاهده کردند که در رشد در محیط سه بعدی، تنها باکتری‌های نزدیک به سطح کلنی رشد کرده و تقسیم می‌شوند. به نظر می‌رسید که باکتری‌هایی که در مرکز کلنی جمع شده‌اند، در حالت غیرفعال هستند. از آنجایی که باکتری‌های درونی رشد نمی‌کردند و تقسیم نمی‌شدند، سطح بیرونی تحت فشاری قرار نمی‌گرفت که باعث انبساط یکنواخت آن شود. در عوض، گسترش آن در درجه اول توسط رشد در امتداد لبه کلنی انجام می‌شود و رشد در امتداد لبه در معرض تغییرات مواد مغذی است که در نهایت منجر به رشد ناهموار می‌شود.

"آلخاندرو مارتینز-کالوو"(Alejandro Martinez-Calvo)، محقق مقطع فوق دکتری در دانشگاه پرینستون و نویسنده این مطالعه، گفت: اگر رشد یکنواخت بود و تفاوتی بین باکتری‌های داخل کلنی و باکتری‌های اطراف کلنی وجود نداشت، این کار مانند پر کردن یک بالن بود. فشار از داخل هرگونه آشفتگی در اطراف را پر می‌کند.

برای توضیح اینکه چرا این فشار وجود ندارد، محققان یک برچسب فلورسنت را به پروتئین‌هایی اضافه کردند که با رشد باکتری‌ها در سلول‌ها فعال می‌شوند. پروتئین فلورسنت زمانی که باکتری‌ها فعال هستند روشن می‌شود و زمانی که فعال نیستند تاریک می‌ماند. با مشاهده مستعمرات، محققان مشاهده کردند که باکتری‌های لبه کلنی به رنگ سبز روشن هستند، در حالی که رنگ هسته این کلنی تیره باقی مانده است.

داتا گفت: این کلنی اساسا خود سازماندهی می‌کند و به یک هسته و پوسته تبدیل می‌شود که رفتارهای متفاوتی دارند. نظریه این است که باکتری‌های لبه‌های کلنی بیشتر مواد مغذی و اکسیژن را جذب می‌کنند و مقدار کمی برای باکتری‌های درونی باقی می‌گذارند. ما فکر می‌کنیم که آن‌ها به دلیل گرسنگی در حال خوابیدن هستند. در تحقیقات آینده احتمالاً محققان بر درک بهتر مکانیسم‌های پشت رشد، پیامدهای ساختارهای رشد در عملکرد کلنی‌ها و به کارگیری این درس‌ها در سایر زمینه‌های مورد علاقه تمرکز خواهند کرد.

او گفت: در نهایت، این کار اطلاعات بیشتری را برای درک و در نهایت کنترل نحوه رشد باکتری‌ها در طبیعت به ما ارائه می‌دهد.

یافته‌های این مطالعه در مجله "National Academy of Sciences " منتشر شده است.

 

منبع: خبرگزاری ایسنا برچسب ها: باکتری ، تحقیقات آزمایشگاهی

منبع: ایران اکونومیست

کلیدواژه: باکتری تحقیقات آزمایشگاهی رشد باکتری ها باکتری ها باکتری ها رشد می کنند مواد مغذی کلنی ها سه بعدی

درخواست حذف خبر:

«خبربان» یک خبرخوان هوشمند و خودکار است و این خبر را به‌طور اتوماتیک از وبسایت iraneconomist.com دریافت کرده‌است، لذا منبع این خبر، وبسایت «ایران اکونومیست» بوده و سایت «خبربان» مسئولیتی در قبال محتوای آن ندارد. چنانچه درخواست حذف این خبر را دارید، کد ۳۶۲۵۶۹۹۲ را به همراه موضوع به شماره ۱۰۰۰۱۵۷۰ پیامک فرمایید. لطفاً در صورتی‌که در مورد این خبر، نظر یا سئوالی دارید، با منبع خبر (اینجا) ارتباط برقرار نمایید.

با استناد به ماده ۷۴ قانون تجارت الکترونیک مصوب ۱۳۸۲/۱۰/۱۷ مجلس شورای اسلامی و با عنایت به اینکه سایت «خبربان» مصداق بستر مبادلات الکترونیکی متنی، صوتی و تصویر است، مسئولیت نقض حقوق تصریح شده مولفان در قانون فوق از قبیل تکثیر، اجرا و توزیع و یا هر گونه محتوی خلاف قوانین کشور ایران بر عهده منبع خبر و کاربران است.

خبر بعدی:

انتقال خون فارغ از گروه خونی ممکن می‌شود

پژوهشگران یک گام به حذف مشکل لزوم هماهنگی گروه خونی اهدا کننده و دریافت کننده نزدیک شده‌اند، چرا که آنزیمی را از یک باکتری معمولی در روده کشف کرده‌اند که می‌تواند عامل گروه خونی را از بین ببرد.

به گزارش ایسنا، پژوهشگران با استفاده از آنزیم‌های تولید شده توسط باکتری‌هایی که تقریباً همه انسان‌ها در روده خود دارند، آنتی‌ژن‌هایی را از گلبول‌های قرمز که گروه خون را تعیین می‌کنند، حذف کردند و به تولید خون جهانی نزدیک شدند.

کمبود جهانی ذخایر خون مورد نیاز برای انتقال خون به دلیل عواملی مانند جمعیت سالخورده، تقاضای روزافزون و کمبود اهداکنندگان وجود دارد. با این حال حتی اگر خون کافی نیز وجود داشته باشد، انتقال خون ساده نیست، چرا که خون اهدا کننده باید با دریافت کننده هماهنگ باشد.

گروه‌های خونی A، B، یا AB با حضور آنتی‌ژن‌های A و B متصل به زنجیره‌های قند(الیگوساکارید) روی سطح گلبول‌های قرمز مشخص می‌شوند. سلول‌های خونی در گروه O فاقد آنتی‌ژن هستند. هنگامی که تزریق خون انجام می‌شود، گروه‌های خون اهدا کننده و گیرنده باید مطابقت داشته باشند. در غیر این صورت، سیستم ایمنی به سلول‌های خونی جدید الورود حمله می‌کند و آنها را از بین می‌برد و باعث واکنش بالقوه کشنده می‌شود.

اکنون پژوهشگران دانشگاه فنی دانمارک(DTU) و دانشگاه لوند(Lund) سوئد، از آنزیم‌های تولید شده توسط یک باکتری معمولی روده برای حذف آنتی‌ژن‌های A و B از گلبول‌های قرمز خون استفاده کرده‌اند که آنها را یک قدم به ساخت خون جهانی نزدیک‌تر کرده‌ است.

ماهر ابو هاشم نویسنده این مطالعه و دانشمند بخش بیوتکنولوژی و زیست پزشکی دانشگاه فنی دانمارک می‌گوید: برای اولین بار، ترکیب‌های آنزیمی جدید نه تنها آنتی‌ژن‌های A و B را حذف می‌کنند، بلکه انواع گسترش یافته‌ای را که قبلاً برای ایمنی انتقال خون مشکل‌ساز شناخته نبودند نیز حذف می‌کنند.

همانطور که گفته شد، اصطلاح «گروه خون» به ترکیبی از آنتی‌ژن‌های موجود در سطح گلبول‌های قرمز خون فرد اشاره دارد. منظور ابوهاشم از انواع گسترش یافته، آنتی‌ژن‌های گروه خونی است که از بیش از ۱۲۰ سال پیش کشف شده است.

انجمن بین‌المللی انتقال خون(ISBT)، سیستم گروه خونی را به عنوان یک سیستم ژنتیکی گسسته از یک یا چند آنتی‌ژن تعریف می‌کند. تا نوامبر ۲۰۲۳ به گفته پژوهشگران ۴۵ سیستم گروه خونی شناخته شده حاوی ۳۶۲ آنتی‌ژن گلبول قرمز وجود داشت که از نظر ژنتیکی توسط ۵۰ ژن تعیین می‌شوند.

باکتری مورد مطالعه پژوهشگران که ساکن معمولی روده سالم انسان است، آکرمانسیا موسینیفیلا(Akkermansia muciniphila) نام دارد و جزء اصلی مخاطی پوشش داخلی روده را تولید می‌کند. این باکتری از آنزیم‌ها برای تجزیه موسین‌ها و ایجاد منبع کربن، نیتروژن و انرژی استفاده می‌کند.

به گفته پژوهشگران، این باکتری به شکل اتفاقی، علاوه بر ظاهر شدن روی گلبول‌های قرمز، آنتی‌ژن‌های گروه خونی نیز در پوشش مخاطی روده وجود دارد.

ابوهاشم می‌گوید: آنچه در مورد مخاط روده خاص است این است که باکتری‌ها که قادر به زندگی بر روی این ماده هستند، اغلب دارای آنزیم‌های سفارشی برای تجزیه ساختارهای قند مخاطی هستند که شامل آنتی‌ژن‌های گروه‌های خونی است.

پژوهشگران ۲۴ آنزیم باکتریایی را روی صدها نمونه خون آزمایش کردند و دریافتند که در تبدیل خون گروه A و B به خون جهانی بسیار کارآمد هستند. ضمن اینکه عملکرد آنها در برابر آنتی‌ژن‌های B موثرتر از آنتی‌ژن‌های A بود.

ابوهاشم می‌گوید: ما به توانایی تولید خون جهانی از اهداکنندگان گروه B نزدیک هستیم، در حالی که هنوز کار برای تبدیل خون پیچیده‌تر گروه A وجود دارد. تمرکز ما اکنون این است که با جزئیات بررسی کنیم که آیا موانع دیگری وجود دارد یا خیر و چگونه می‌توانیم آنزیم‌های خود را برای رسیدن به هدف نهایی تولید خون جهانی بهبود بخشیم.

پژوهشگران می‌گویند که یافته‌های آنها پیامدهای مهمی برای آینده انتقال خون دارد.

مارتین اولسون دیگر نویسنده این مطالعه گفت: خون جهانی استفاده کارآمدتری از خون اهدایی کنونی دارد و همچنین از تزریق اشتباه خون که می‌تواند عوارض کشنده‌ای داشته باشد، جلوگیری می‌کند.

وی افزود: زمانی که ما بتوانیم یک خون جهانی ایجاد کنیم، حمل و نقل و تزریق فرآورده‌های خونی ایمن را ساده می‌کنیم و در عین حال ضایعات خون را به حداقل می‌رسانیم.

گفتنی است که پژوهشگران در مطالعه خود به فاکتور Rh اشاره‌ای نکرده اند. علاوه بر گروه خونی، خون به عنوان Rh مثبت(گلبول‌های قرمز خون حامل آنتی‌ژن Rh) یا Rh منفی(گلبول‌های قرمز فاقد آنتی‌ژن Rh) طبقه‌بندی می‌شود. به عنوان مثال ممکن است شخصی بگوید گروه خونی من «AB منفی» است.

انتقال خون Rh مثبت به یک اهدا کننده Rh منفی باعث می‌شود که بدن دریافت کننده آنتی‌بادی‌های ضد Rh تولید کند و در صورت تزریق بعدی خون ممکن است واکنشی مشابه با تزریق خون گروه A به یک فرد دارای گروه خونی B ایجاد کند و منجر به تخریب سلول‌های خون وی شود.

پژوهشگران برای ثبت اختراع در مورد این آنزیم‌های جدید و روش ابداعی خود درخواست داده‌اند. آنها انتظار دارند که در طول سه سال و نیم آینده مطالعات خود را ادامه دهند و سپس به سراغ آزمایشات کنترل شده روی بیماران بروند.

این مطالعه در مجله Nature Microbiology منتشر شده است.

انتهای پیام