Home / خبرها / نیروهای مکانیکی بیوفیلم ها می توانند در عفونت ها نقش داشته باشند

نیروهای مکانیکی بیوفیلم ها می توانند در عفونت ها نقش داشته باشند

۱۲ اکتبر ۲۰۲۰- دانشمندان مؤسسه پلی‌تکنیک فدرال لوزان در سوئیس (EPFL) با مطالعه بیوفیلم های باکتریایی، کشف کردند که نیروهای مکانیکی درون آنها برای تغییر شکل ماده ی نرمی که بر روی آن رشد می کنند، به عنوان مثال بافت های بیولوژیکی ما کافی است، این نشان می دهد که نیروهای “مکانیکی” حاصل از بیوفیلم در عفونت های باکتریایی نقش دارند.

اکثریت قریب به اتفاق باکتری های جهان با تشکیل ساختارهایی به نام “بیوفیلم” بر روی سطوح زندگی می کنند. این اجتماعات، میزبان هزاران تا میلیون ها باکتری از انواع مختلف هستند و از نظر زیست شناختی بسیار پیچیده و فعال هستند بطوری که دانشمندان آنها را قابل مقایسه با “شهرها” می دانند.

بیوفیلم ها در حقیقت سبک زندگی ترجیحی باکتری ها هستند. آنها با اتصال به یکدیگر بر روی سطوح متنوع از کف اقیانوس ها گرفته تا اندام های داخلی و دندان ها، بیوفیلم هایی را تشکیل می دهند: پلاک های دندانی یک نمونه معمول از بیوفیلم ها است. اما بیوفیلم ها همچنین باعث عفونت های مزمن می شوند، به عنوان مثال پاتوژن فرصت طلب سودوموناس آئروژینوزا، که بیوفیلم هایی را در ریه های بیماران مبتلا به فیبروز کیستیک تشکیل می دهد.

به طور کلی، تصور می شود که تعامل بین بیوفیلم و میزبان، بیوشیمیایی است. اما شواهدی وجود دارد که نشان می دهد تأثیر متقابل فیزیکی و مکانیکی بین آنها ممکن است به همان اندازه مهم باشد که به عنوان یک عامل موثر بر فیزیولوژی میزبان نادیده گرفته می شود. به عنوان مثال، بیوفیلم ها بر روی مواد نرم و شبیه به بافت، چگونه تشکیل می شوند؟

این سوالی است که تیمی از دانشمندان به سرپرستی دکتر Alex Persat در EPFL ، برای پاسخ به آن تلاش کردند. آنها با انتشار نتایج تحقیقات خود در مجله eLife ، اظهار داشتند که بیوفیلم های دو باکتری بیماری زا ، ویبریو کلرا و سودوموناس آئروژینوزا ، می توانند باعث تغییر شکل های ساختاری زیادی در مواد نرم مانند هیدروژل ها شوند.

وقتی باکتری ها بیوفیلم تشکیل می دهند، آنها به یک سطح متصل شده و شروع به تقسیم می کنند. در همان زمان، آنها خود را در مخلوطی از پلی ساکاریدها، پروتئین ها، اسیدهای نوکلئیک و بقایای سلول های مرده دفن می کنند. این مخلوط، ماده ای چسبناک تشکیل می دهد که ماتریس “EPS” نامیده می شود (EPS[1] مخفف “مواد پلیمری خارج سلول” است).

همانطور که باکتری های منفرد در داخل EPS رشد می کنند، آن را تحت کشش و فشار قرار می دهند و فشار مکانیکی ایجاد می کنند. رشد بیوفیلم و خصوصیات الاستیک ماتریس EPS ، باعث ایجاد تنش یا استرس مکانیکی داخلی می شود.

دانشمندان بیوفیلم ها را بر روی سطوح نرم هیدروژلی رشد داده و نحوه اعمال نیرو بر هیدروژل را بسته به تغییرات اجزای EPS ، اندازه گیری کردند. بررسی ها نشان داد که بیوفیلم ها با “کمانش[۲]” حالتی مانند برآمدگی و جمع شدگی فرش یا کمانی شدن یک خط کش، باعث تغییر شکل می شوند. میزان تغییر شکل ها به میزان سفتی ماده ی “میزبان” و ترکیب EPS بستگی دارد.

محققان همچنین دریافتند که بیوفیلم های V.colerae می توانند تنش مکانیکی کافی را برای تغییر شکل و آسیب رساندن به تک لایه های سلولهای نرم اپیتلیال ایجاد کنند، مانند لایه هایی که سطح ریه ها و روده های ما را پوشانده اند. این بدان معنی است که نیروهای تولید شده توسط بیوفیلم ها ممکن است به طور مکانیکی فیزیولوژی میزبان را به خطر بیاندازند. به طور خلاصه، بیوفیلم ها می توانند یک حالت “مکانیکی” از عفونت را تقویت کنند، که ممکن است یک رویکرد کاملا جدید برای درمان بیماریها ارائه دهد.

منبع:

eLife, 2020; 9 DOI: 10.7554/eLife.56533

www.sciencedaily.com/releases/2020/10/201008121306.htm


[۱] extracellular polymeric substances

[۲] buckling