درک ارتباط میان آنتی‌بیوتیک با تولیدات میکروبی

به گزارش گروه خبر خبرگزاری برنا، میکروب‌ها قدیمی‌ترین موجودات بر روی کره زمین هستند. آن‌ها با کمک شیمی (به عنوان زبان و پل ارتباطی یکدیگر) با یکدیگر ارتباط برقرار می‌کنند. در حالی که محققان در دهه‌های گذشته به کشفیات مهمی در زمینه بر‌هم‌کنش‌های شیمیایی ریزجانداران (microorganisms) در آزمایشگاه رسیده‌اند، اما همچنان فهم آنچه در محیط طبیعی برای آن‌ها رخ می‌دهد، یک چالش بسیار بزرگ محسوب می‌شود. یکی از کلیدی‌ترین موضوعات، فهم ارتباط بین تولیدات گروهی از مولکول‌های مشخص، با سلول‌های باکتریایی منفرد یا حداقل جمعیتی از سلول‌های درون نمونه زیست‌محیطی پیچیده است.

دانشمندان موسسه اکولوژی شیمیایی ماکس پلانک (Max Planck Institute for Chemical Ecology) در همکاری با دانشمندان گروه ترمو فیشر ساینتیفیک (Thermo Fisher Scientific)، با متصور ساختن هم‌زمان توزیع آنتی‌بیوتیک‌ها و تولیدکنندگان آن‌ها در یک نمونه طبیعی، به تازگی گام مهمی را در این راستا برداشته‌اند.

از زمان کشف پنی‌سیلین توسط الکساندر فلمینگ در سال 1928، آنتی‌بیوتیک‌ها پزشکی را متحول ساختند. آن‌ها روش‌های درمانی در مقابل بیماری‌های التهابی زیادی را ایجاد نمودند. پزشکان معتقدند این ترکیبات توسط میکروب‌ها در طبیعت به عنوان سلاح تولید می‌شوند و آن‌ها در رقابت با موجودات دیگر از این ترکیبات استفاده می‌کنند. با این وجود، کشفیات جدیدی در زمینه غلظت پایین آنتی‌بیوتیک‌های موثر بر بیان ژن (gene expression یا بیان ژن فرایندی است که در آن اطلاعات درون ژن استفاده می‌شود - مترجم)، بدون عواقب زیان‌آور برای موجودات هدف، این دیدگاه را به چالش کشانده‌است.

جالب است بدانید علیرغم کاربردهای بسیار مهم آنتی‌بیوتیک‌ها در درمان انسان، اطلاعات کمی نسبت به بوم‌شناختی و نحوه عملکرد آن‌ها در طبیعت در دسترس است. یکی از مشکلات، شناسایی و تعیین کمیت آنتی‌بیوتیک در نمونه پیچیده زیست‌محیطی و نیز پایش تولید و اثر آن‌ها در محل است.

به منظور نائل‌شدن به این هدف، دانشمندان بر سیستم نسبتا ساده‌ای تمرکز کردند که تنها به چند جاندار فعال محدود می‌شد. آن‌ها در ادامه توانستند روشی ابداع کنند که به صورت هم‌زمان مکان سلول‌های باکتریایی و تولید متابولیت‌های ثانویه در نمونه زیست‌محیطی را مشخص می‌کند. آن‌ها در روش خود پیله زنبور ماده (beewolf cocoon) را در حضور مجموعه‌ای از هم‌زیستان (symbionts) بررسی کردند و آنتی‌بیوتیک تولیدی آن‌ها را اندازه گرفتند.

اندازه‌گیری آنتی بیوتیک پیله زنبور با دستگاه جرم‌سنجی (mass-spectrometric) انجام گرفت. در این روش با استفاده از یک پرتو متمرکز، ترکیبات از سطح نمونه به یون تبدیل می‌شوند (در اصطلاح یونیزه می‌شوند) و دستگاه، یون‌های مولکولی منتج را تحلیل می‌کند.

آلیس اِسواتوس ، سرپرست گروه تحقیقاتی جرم‌سنجی می‌گوید: «حتی اگر جرم‌سنجی محدودیت‌هایی داشته‌باشد، روش‌های زیادی برای تعیین ترکیبات شیمیایی درون طبیعت وجود دارد.»

در ادامه نمونه تحت روش هیبریداسیون در محل با فلوئورسنس (fluorescence in situ hybridization) یا به اختصار روش اِف‌آی‌اِس‌اِچ نیز قرار گرفت. دانشمندان با ترکیب تصاویر حاصل از دو روش جرم‌سنجی و اِف‌آی‌اِس‌اِچ، مکان و فراوانی هم‌زیست را در اطراف سلول‌ها پیدا کردند.

مارتین کالتِنپوث ، سرپرست گروه تحقیقاتی ماکس پلانک و استاد دانشگاه ماینز (University of Mainz) می‌گوید: «هر دو روش پیش از این شناخته شده‌بودند اما هیچ‌کس آن دو را ترکیب نکرده‌بود. قدرت این رویکرد به اِف‌آی‌اِس‌اِچ (به منظور شناسایی و تعیین مکان سلول‌های منفرد در نمونه پیچیده) متکی است. ما به صورت هم‌‌زمان و از منظر بوم‌شناختی، ترکیبات مرتبط با جرم‌سنجی را پایش می‌کردیم.»

جهان پر از میکروب‌هایی هست که بر روی زندگی همه موجودات تاثیر می‌گذارند. فهم چگونگی اثرگذاری آن‌ها بر یکدیگر و جانداران چندسلولی همچنان یک چالش بزرگ در زیست‌شناسی محسوب می‌شود.