کشف باکتری باستانی مقاوم به دارو در یخ‌های هزاران‌ساله

به گزارش «ساینس دیلی»، باکتری‌ها به طرزی چشمگیر سازگار پذیرند و در برخی از سخت‌ترین زیستگاه‌های زمین، از چشمه‌های آبِ جوشان گرفته تا محیط‌های کاملا منجمد با دما‌های بسیار پایین‌تر از صفر، رشد و بقا می‌یابند. غار‌های یخی یکی از این زیستگاه‌های با شرایط بسیار دشوار به‌شمار می‌روند که میزبان مجموعه‌ای متنوع از میکروارگانیسم‌ها هستند؛ موجوداتی که دانشمندان تازه در آغاز راهِ شناخت آنها قرار دارند. این محیط‌های یخ‌زده ممکن است ذخایر عظیمی از مواد ژنتیکی را در خود جای داده باشند که تا حد زیادی دست‌نخورده و ناشناخته باقی مانده‌اند.

در رومانی، پژوهشگران به تازگی یک سویه باکتریایی را بررسی کردند که در لایه‌ای از یخ با قدمت ۵ هزار سال درون یک غار زیرزمینی به دام افتاده بود. آنها با تجزیه و تحلیل الگوی مقاومت آنتی‌بیوتیکی آن دریافتند که این میکروب باستانی ممکن است به دانشمندان کمک کند تا بهتر درک کنند مقاومت آنتی‌بیوتیکی چگونه به طور طبیعی شکل می‌گیرد و گسترش می‌یابد. این یافته‌ها در مجله Frontiers in Microbiology منتشر شده است.

دکتر «کریستینا پورکارئا»، پژوهشگر ارشد در مؤسسه زیست‌شناسی بخارست وابسته به آکادمی رومانی، می‌گوید: «سویه باکتریایی «Psychrobacter SC۶۵A.۳» که از غار یخی «اسکاریشوارا» (Skarishwara) جداسازی شده، با وجود منشأ باستانی‌اش، در برابر چندین آنتی‌بیوتیک مدرن مقاومت نشان می‌دهد و بیش از ۱۰۰ ژن مرتبط با مقاومت را در خود دارد. با این حال، این سویه می‌تواند رشد چندین «ابر‌باکتری» مقاوم به آنتی‌بیوتیک را نیز مهار کند و فعالیت‌های آنزیمی مهمی با ظرفیت قابل‌توجه زیست‌فناورانه از خود نشان داده است».

میکروب‌های باستانی چگونه در برابر دارو‌های مدرن مقاومت می‌کنند

Psychrobacter SC۶۵A.۳ به گروهی از باکتری‌های سازگار با سرما تعلق دارد که با نام Psychrobacter شناخته می‌شوند. در حالی که برخی از اعضای این جنس می‌توانند در انسان یا حیوانات عفونت ایجاد کنند، آنها همچنین برای کاربرد‌های زیست‌فناورانه امیدبخش تلقی می‌شوند. با این حال، تاکنون اطلاعات اندکی درباره نحوه پاسخ این باکتری‌ها به آنتی‌بیوتیک‌ها در دست بوده است. 

پورکارئا توضیح می‌دهد: «مطالعه میکروب‌هایی مانند Psychrobacter SC۶۵A.۳ که از رسوبات یخی غار با قدمت هزاران سال بازیابی شده‌اند، نشان می‌دهد مقاومت آنتی‌بیوتیکی چگونه به طور طبیعی در محیط تکامل یافته است؛ بسیار پیش از آن‌که آنتی‌بیوتیک‌های مدرن مورد استفاده قرار گیرند».

برای بازیابی این ارگانیسم، تیم پژوهشی از بخشی از غار موسوم به «تالار بزرگ» یک مغزه یخی ۲۵ متری استخراج کرد که آرشیوی طبیعی از ۱۳ هزار سال گذشته را در خود حفظ کرده بود. برای جلوگیری از آلودگی، نمونه‌های یخ در کیسه‌های استریل مهر و موم شدند و در شرایط یخ‌زده به آزمایشگاه منتقل شدند. در آنجا، دانشمندان سویه‌های باکتریایی را جداسازی کردند و ژنوم آنها را توالی‌یابی کردند تا ژن‌های مسئول بقا در سرمای شدید و نیز ژن‌های مرتبط با مقاومت و فعالیت ضدمیکروبی را شناسایی کنند.

پژوهشگران سپس SC۶۵A.۳ را در برابر ۲۸ آنتی‌بیوتیک از ۱۰ رده مختلف آزمایش کردند. این دارو‌ها یا به طور معمول تجویز می‌شوند یا برای درمان عفونت‌های باکتریایی شدید نگه داشته می‌شوند. برخی از آنها پیش‌تر با ژن‌ها یا جهش‌های شناخته‌شده مقاومت [دارویی]مرتبط دانسته شده بودند و این امر به تیم اجازه داد سازوکار‌های پیش‌بینی‌شده مقاومت دارویی را با نتایج واقعی آزمایشگاهی مقایسه کند. پورکارئا می‌گوید: «۱۰ آنتی‌بیوتیکی که ما نسبت به آنها مقاومت یافتیم، به طور گسترده در درمان‌های خوراکی و تزریقی مورد استفاده در درمان طیفی از عفونت‌های باکتریایی جدی در عمل بالینی به کار می‌روند». دارو‌هایی که برای درمان بیماری‌هایی مانند سل، کولیت و عفونت‌های دستگاه ادراری به کار می‌روند؛ قرار داشتند.

SC۶۵A.۳ نخستین سویه از جنس Psychrobacter است که مشخص شده در برابر برخی آنتی‌بیوتیک‌ها، از جمله تری‌متوپریم، کلیندامایسین و مترونیدازول، مقاومت دارد. این دارو‌ها معمولا برای درمان عفونت‌های دستگاه ادراری و عفونت‌های مؤثر بر ریه‌ها، پوست، جریان خون و دستگاه تولیدمثل استفاده می‌شوند. این الگوی مقاومت نشان می‌دهد باکتری‌های سازگار با سرما می‌توانند به عنوان مخازنی از ژن‌های مقاومت به آنتی‌بیوتیک عمل کنند؛ ژن‌هایی که بخش‌هایی از ماده ژنتیکی (DNA) هستند و امکان بقا در مواجهه با این دارو‌ها را فراهم می‌کنند.

ذوب یخ‌ها و گسترش ژن‌های مقاومت

این کشف هم خطرات بالقوه و هم فرصت‌هایی را مطرح می‌کند. پورکارئا می‌گوید: «چنانچه ذوب یخ‌ها این میکروب‌ها را آزاد کند، این ژن‌ها می‌توانند به باکتری‌های مدرن منتقل شوند و به چالش جهانی مقاومت آنتی‌بیوتیکی بیفزایند». او در ادامه می‌گوید: «از سوی دیگر، آنها آنزیم‌های منحصر‌به‌فرد و ترکیبات ضدمیکروبی تولید می‌کنند که می‌تواند الهام‌بخش توسعه آنتی‌بیوتیک‌های جدید، آنزیم‌های صنعتی و دیگر نوآوری‌های زیست‌فناورانه باشد».

تجزیه و تحلیل ژنتیکی Psychrobacter SC۶۵A.۳ نزدیک به ۶۰۰ ژن با کارکرد ناشناخته را آشکار کرد که به منبعی عمدتا بهره‌برداری نشده برای کشف فرایند‌های زیستی جدید اشاره دارد. تیم پژوهشی همچنین ۱۱ ژن را شناسایی کرد که ممکن است توانایی کشتن یا مهار باکتری‌ها، قارچ‌ها و حتی ویروس‌ها را داشته باشند.

در حالی که مقاومت آنتی‌بیوتیکی در سراسر جهان همچنان رو به افزایش است، بینش‌های بدست‌آمده از میکروب‌های باستانی به طور فزاینده‌ای ارزشمند می‌شوند. مطالعه ژنوم‌های حفظ شده در یخ به دانشمندان کمک می‌کند ردیابی کنند که مقاومت [دارویی]چگونه بسیار پیش از ظهور پزشکی مدرن پدید آمده و گسترش یافته است. پورکارئا در پایان می‌گوید: «این باکتری‌های باستانی برای علم و پزشکی ضروری هستند؛ اما رعایت دقیق دستورالعمل‌های ایمنی و تمهیدات حفاظتی در آزمایشگاه برای کاهش خطر گسترش کنترل نشده آنها ضروری است».