محققان Stanford نشان دادند باکتری موثر در عفونت‌های مجاری ادراری (UTI)، برای چسبیدن به سلول‌های جدار مثانه به یک مولکول شیمیایی سلولزی، که به تازگی شناسایی شده، وابسته است.
یافته‌های منتشر شده در ژورنال پیشرفت‌ها در علوم آکادمیک ملی (Proceedings of the National Academy of Sciences)، می‌تواند به کشف راه‌های جدیدی برای درمان عفونت‌های مجاری ادراری و سایر عفونت‌ها، بدون استفاده از آنتی بیوتیک‌ها بینجامد.
حتما بخوانید: چرا بعضی از سویه‌های باکتری E. Coli کشنده هستند، درحالی‌که بعضی دیگر با ما همزیستی دارند؟
Lynette Cegelski سرپرست و پروفسور شیمی در دانشکده علوم انسانی Stanford می‌گوید:
استفاده بیش از حد از آنتی بیوتیک می‌تواند باعث مقاومت به آن شود و بر روی باکتری‌های طبیعی بدن که میکروبیوم نام دارند، تاثیر بگذارند. راه‌های بسیاری برای مورد هدف قرار دادن بیماری‌ها وجود دارد و اگر به کمک روشی، فقط ویژگی اختصاصی یک باکتری مورد هدف قرار گیرد، هم می‌توان از بروز عفونت پیشگیری کرد و هم مانع هر گونه آسیب بر میکروبیوم طبیعی بدن شد.
سلولز فراوان‌ترین پلی مر طبیعی در جهان می‌باشد که توسط گیاهان، باکتری‌ها و نوع خاصی از گیاهان که بدون ساقه و برگ هستند، تولید می‌شود. همچنین از موادی است که بسیار مورد مطالعه قرار گرفته است و برای تولید بسیاری از مواد، از کاغذ گرفته تا سوخت اتانولی، استفاده می‌شود. Cegelski و تیمش در اوایل این سال اظهار داشتند موفق به یافتن شکل شیمیایی ویژه‌ای از سلولز شده اند. این خبر بسیار شگفت انگیز بود. این ماده شیمیایی در باکتری E. coli، فسفواتانول امین (pEtN) نام گرفت.
یافته‌های جدید که در Science منتشر شده است، حاکی از این است که سلولز pEtN، جز مهمی از بیوفیلم باکتری‌ها است. بیوفیلم ترشح لزجی است که باکتری‌ها از آن برای به اشتراک گذاشتن مواد غذایی و محافظت در برابر آنتی بیوتیک‌ها و حمله‌ی سیستم ایمنی میزبان، استفاده می‌کنند.
مطالعه‌ی جدید گروه Cegelski نشان می‌دهد pEtN نقش مهمی را عفونت‌های ادراری (UTI) ایفا می‌کند. UTI یکی از شایع‌ترین بیماری‌های عفونی در سرتاسر دنیا است که باکتری E. coli از مهمترین علل ایجاد آن می‌باشد.
حتما بخوانید: ۶ درمان خانگی عفونت ادراری
Gerald Fuller سرپرست و Fletcher Jones II پروفسور در دانشکده علوم مهندسی، در این باره می‌گویند:
تجربیات حاصل از این مطالعه، نقش ویژه‌ی سولز را آشکار می‌کند. این ماده مانند ملات عمل می‌کند و در افزایش قدرت چسبندگی باکتری به سلول‌های اپیتلیالی جدار مثانه نقش دارند.
کمک گرفتن از یک منبع غیر منتظره
این کشف حاصل مواجهه اتفاقی Fuller با گروه Cegelski درهنگام ناهار بود که Fuller بعد از آگاهی از تلاش این گروه برای یافتن راهی برای اندازه گیری قدرت اتصال لایه‌ای از باکتری E. coli به لایه‌ای از سلول‌های مثانه، آماده‌ی همکاری با آن‌ها شد.
چند سال قبل، Fuller به کمک دستگاهی به نام روان سنج سلول زنده تک لایه (LCMR)، راهی برای اندازه گیری اتصال لنز تماسی به سلول‌های قرنیه یافت. Fuller توضیح می‌دهد که هدف آن‌ها این بود که بیابند آیا سلول‌های موجود در چشم به لایه‌ی زیرین لنز متصل می‌شوند یا نه. نتیجه کاملا مثبت بود.
LCMR طوری طراحی شده بود که یک لایه‌ی شیشه‌ای بتواند با لایه‌ای از سلول‌های زنده تماس یابد و فشار بین آن‌ها به طور مداوم حفظ شود. میکروسکوپ متصل به این دستگاه به دانشمندان اجازه‌ی مشاهده‌ی سلول‌ها در طول آزمایش را می‌داد و کلید مربوط به گرما، شرایط را برای زنده ماندن سلول‌ها فراهم می‌ساخت.
دانشمندان به این نتیجه رسیدند که دستگاه Fuller با کمی تغییر، می‌تواند به اندیشه‌ی Cegelski تحقق بخشد. محقق اول مربوط به این مطالعه Emily Hollenbeck، فارغ التحصیل سابق که هم در گروه Fuller و هم در گروه Cegelski فعالیت داشته است، می‌گوید:
برای مشاهده بهتر ارتباط بین باکتری و سلول مثانه و اندازه گیری آن، ما این دستگاه را بهبود بخشیدیم. این عمل برای اطمینان از این که همیشه نیروی اتصالی بین این لایه‌های نازک را اندازه می‌گیریم، ضروری بود.
وادار کردن باکتری‌ها برای رشد در یک لایه بسیار چالش برانگیز بود. Hollenbeck قبل از رسیدن به نتیجه مورد نظر، روش‌های بسیاری را آزمود. او می‌گوید:
تهیه‌ی یک لایه از باکتری و سلول‌های مثانه برای اندازه گیری‌های مجدد بسیار مهم بود. به ویژه ایجاد لایه‌های یکنواختی که دائما به دور از مواد در حال رشد و در حال سازگار شدن با محیط جدید باشند، بسیار سخت بود.
شکستن چرخه‌ی عفونت
مطالعات قبلی حاکی از این است که لایه‌ی سلولزی pEtN و فیبر‌های پروتئینی سطح سلولی که curli (با پیچ و تاب) نامیده می‌شوند، به هم متصل می‌شوند تا بیوفیلم باکتری E. coli را بسازند. این پیچ و تاب در عفونت‌های کلیه و مسمومیت‌های عفونی (سپسیس) نقش دارد. Cegelski معتقد است هر چقدر این عفونت‌ها شدید‌تر باشند، نشاندهنده‌ی فعالیت بیشتر باکتری‌ها در ایجاد بیو فیلم بوده است.
هدف Cegelski، درمان عفونت‌های مجاری ادراری با یافتن نحوه‌ی تاثیر pEtN و فیبر‌های curli در اتصال باکتری به سلول‌های میزبان و نحوه‌ی فعالیت‌شان در طول عفونت بود. برای پاسخ به این سوالات، تیم او دسته‌ای از آزمایشات را ترتیب دادند تا نحوه تاثیر سلولوز pEtN و فیبر‌های curli را هم به صورت منفرد و هم در کنار هم، بر روی قدرت اتصال امتحان کنند.
در یکی از آزمایشات باکتری E. coli را که بیوفیلم مربوطه‌اش هم شامل سلولز و هم فیبر‌های curli بود، در قسمت بالای صفحه‌ی LCMR و در تماس با صفحه‌ی پایینی که شامل سلول‌های مثانه بود، قرار دادند. دانشمندان صفحه بالایی را فقط با مقدار کمی از آن ماده جدا کردند و سطح پایینی از اتصال باکتری را مشاهده کردند.
آن‌ها این آزمایش را با باکتری E. coli تغییر یافته با مهندسی ژنتیک، که بیوفیلم مربوطه‌اش فقط شامل سلولز بود و سپس با صفحه‌ای که فقط شامل فیبر curli و بدون باکتری بود، تکرار کردند.
نتیجه کلی این بود که باکتری‌هایی که هم فیبر‌های curli و هم سلولز تولید می‌کردند، دارای بیشترین قدرت چسبندگی بودند. بعد از این گروه، باکتری‌هایی که فقط فیبر و بعد از آن هم باکتری‌هایی که فقط سلولز تولید می‌کردند، قرار گرفتند. Fuller ادعا می‌کند، بدون سلولز سلول‌ها می‌توانند به راحتی از باکتری جدا شوند. سلولز مانند چسب، به کنار هم قرار گرفتن اجزای مختلف نقش دارد.
مطالعه حاکی از این است که یک راه جدید برای درمان عفونت‌های مجاری ادراری، بدون استفاده از آنتی بیوتیک امکان پذیر خواهد بود. Hollenbeck می‌گوید:
مورد هدف قرار دادن سلولز، می‌تواند به عنوان روش جدید درمان عفونت‌های مجاری ادراری، به جای روش قدیمی استفاده از آنتی بیوتیک استفاده شود و این چرخه عفونت را متوقف کند. این روش درمان می‌تواند از عوارض آنتی بیوتیک‌های قدیمی که شامل جهش‌های مقاومت به دارو است، پیشگیری کند.
حتما بخوانید: آیا باکتریوفاژها خواهند توانست به مقاومت آنتی بیوتیکی پایان دهند؟
سایر محققان در این تحقیق از جمله Alex Antonoplis، Chew Chai، Wiriya Thongsomboon این گونه نتیجه گیری می‌کنند:
در عفونت‌های مجاری ادراری سلولز فسفواتانول آمین، اتصال باکتری اشرشیاکلی را به سلول‌های اپیتلیال مثانه، به واسطه‌ی فیبر‌های curli افزایش می‌دهد.
این مطالعه توسط مرکز آنالیز و طراحی مولکولی Stanford انجام گرفت و پاداش این دستاورد‌ها به بنیاد دانشمندان و بنیاد ملی علوم تعلق گرفت.
