تلتصق جزيئات الكربون النانوية بالأغشية البكتيرية وتثقبها. على نوع جديد من أدوات المضادات الحيوية
إن النسبة الكبيرة بين عدد الذرات الموجودة على سطح الجسيمات النانوية وعدد ذراتها الإجمالي - تعطي هذه الهياكل خصائص كيميائية وفيزيائية خاصة. البروفيسور راز يلينك، كيميائي متعدد التخصصات ونائب الرئيس وعميد البحث والتطوير في جامعة بن غوريون في النقب، يبحث في جسيمات الكربون النانوية، ومن بين أمور أخرى، ينتج منها مواد مضادة للبكتيريا.
ويقول: "أركز على جزيئات الكربون النانوية لأنه من السهل إنتاجها في المختبر ورخيصة الثمن وصديقة للبيئة". "بالإضافة إلى ذلك، لديهم خصائص فيزيائية وبصرية خاصة. على سبيل المثال، تلتصق بغشاء (غشاء) البكتيريا، بسطحها الخارجي، وتثقبها باستخدام البقايا الكيميائية الموجودة عليها وبالتالي تقتلها. ولذلك، يمكن استخدامها كنوع جديد من المضادات الحيوية، وهي ليست سامة. بالإضافة إلى ذلك، عندما تتلامس هذه المواد مع أنواع معينة من البكتيريا، فإنها تلتصق بها وتحددها بضوء فلورسنت متوهج (استشعار بيولوجي)، وبالتالي يمكن رؤيتها تحت المجهر.
ما هو السؤال؟ كيف تؤثر جزيئات الكربون النانوية على البكتيريا المختلفة؟
في مختبرهم، يقوم البروفيسور يلينك وفريقه بتسخين مواد هيدروكربونية بسيطة ورخيصة من الطبيعة (مثل السكر وبذور الحمص والأحماض الأمينية)، وبالتالي إنتاج جزيئات الكربون النانوية التي تتمكن من التعرف على البكتيريا والالتصاق بها ("هذا هو الجمال، ببساطة "، يلاحظ البروفيسور يلينك). وفي دراستهم الأخيرة، التي حصلت على منحة من مؤسسة العلوم الوطنية، قام الباحثون بتسخين الأحماض الأمينية التي تحتوي على الكربون والنيتروجين لعدة ساعات إلى درجة حرارة 100-90 درجة، وبالتالي نجحوا في إنتاج جزيئات نانوية منها بكميات كبيرة. "عندما تقوم بتسخين الأحماض الأمينية لعدة ساعات، فإنها تتبلور وتلتصق ببعضها البعض. هذه هي الطريقة التي يتم بها إنشاء الجسيمات النانوية التي تتميز بمجموعات جزيئية من الأحماض الأمينية. تم العثور على هذه المجموعات على السطح الخارجي للجسيمات النانوية"، يوضح البروفيسور يلينك.
وفي وقت لاحق، أراد الباحثون التحقق من كيفية تأثير هذه الجسيمات النانوية على مجموعة متنوعة من البكتيريا، مع أنواع مختلفة من الأغشية. ولهذا الغرض، تمت إضافتها بتركيزات مختلفة إلى البكتيريا في أطباق بيتري التي تحتوي على وسط نمو. ووفقا للبروفيسور يلينك: "لقد قمنا باختبار الجسيمات النانوية على أنواع مختلفة من البكتيريا والأغشية. على سبيل المثال البكتيريا المسببة للأمراض مثل الالتهاب الرئوي والأمراض المعوية. قمنا أيضًا بفحص الطريقة التي تؤثر بها الجسيمات النانوية على الأغشية الحيوية - وهي طبقة معتمة وغير قابلة للاختراق (خليط من المواد خارج الخلية مثل البروتينات والسكريات)، والتي تبنيها البكتيريا حولها عندما تشكل مستعمرات كبيرة، تتمكن من خلالها من التغلب على الاختراق من مواد المضادات الحيوية."
وباستخدام الأساليب المجهرية، رأى الباحثون أن الجسيمات النانوية بتركيزات كبيرة نسبيًا كانت قادرة على الالتصاق بغشاء البكتيريا سالبة الجرام، وخاصة بكتيريا الزائفة الزنجارية (التي تشارك في أمراض خطيرة مثل الالتهاب الرئوي ومتلازمات الإنتان، ولها مقاومة متقنة). آليات عمل المضادات الحيوية)، واختراقها وبالتالي قتل البكتيريا. عندما كانت الجسيمات النانوية بتركيز منخفض، كانت قادرة على الالتصاق بغشاء البكتيريا، ولكن دون اختراقه. وبهذا التركيز، تمكنوا أيضًا من تمييز البكتيريا باستخدام ضوء الفلورسنت. بالإضافة إلى ذلك، تمكنوا من تحطيم الأغشية الحيوية للبكتيريا الشائعة.
قمنا باختبار الجسيمات النانوية على أنواع مختلفة من البكتيريا والأغشية. على سبيل المثال البكتيريا المسببة للأمراض مثل الالتهاب الرئوي والأمراض المعوية.
واليوم، يواصل الباحثون فحص هذه الجسيمات النانوية وإمكانيات بناء تطبيقات ميكروبيولوجية إضافية عليها. على سبيل المثال، قاموا بتطوير "أنف إلكتروني" (مستشعر) يشم البكتيريا؛ وتتكون من جزيئات نانوية مع بقايا كيميائية تنجذب إلى الجزيئات التي تفرزها البكتيريا، وبالتالي تمتصها من الهواء. بهذه الطريقة يمكنك معرفة وجود البكتيريا في البيئة. يمكن لمثل هذا "الأنف الإلكتروني" اكتشاف البكتيريا الموجودة في الطعام والمستشفيات وأنظمة تكييف الهواء والمركبات وغيرها، على سبيل المثال.
الحياة نفسها:
البروفيسور راز يلينك، 58 عامًا، يعيش في موديعين ويحب الجري لمسافات طويلة.
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
