ویروس‌هایی با شکل گل آفتاب گردان/ درمان نوین عفونت‌های باکتریایی 

به گزارش خبرگزاری آنا به نقل از سای تک دیلی ، «عمید شاکری»، «فرشته بیات»، «توحید دیدار» و «زینب حسین دوست» از محققان دانشگاه مک مستر که به طور معمول با ویروس‌های باکتری خوار کار می‌کنند، در حین آماده سازی اسلاید‌هایی برای مشاهده زیر یک میکروسکوپ قدرتمند، به کشف قابل توجهی دست یافتند.

آنها در تلاش برای مشاهده زنده نمونه‌هایی از باکتریوفاژ‌ها (ویروس‌های باکتری خوار) که به طور غیررسمی «فاژها» خوانده می‌شوند، در زیر میکروسکوپ الکترونی، با شگفتی متوجه شدند که آنها به شکل‌های سه بعدی شبیه به گل آفتابگردان، اما با عرض تنها دو دهم میلی متر در آمده اند.

این دانشمندان دریافتند طبیعت همان نوع ساختاری را ایجاد کرده است که متخصصان این رشته برای چندین دهه سعی در ایجاد مصنوعی آن داشته اند؛ ساختار‌هایی که ثابت کردند ۱۰۰ برابر کارآمدتر از فاژ‌های غیر مرتبط در یافتن اهداف باکتریایی گریزان هستند. به گفته محققان، توانایی ایجاد چنین ساختار‌هایی امکان تشخیص و درمان بسیاری از انواع بیماری‌ها را با استفاده از مواد و فرآیند‌های طبیعی باز می‌کند.

کشف خوشایندی از کار روزمره آزمایشگاهی 

این گروه از محققان ایرانی به جای قرار دادن فاژ‌های نمونه در معرض فرآیند‌های آماده سازی معمولی شامل دما یا حلال‌هایی که ویروس‌ها را می‌کشد، تصمیم گرفتند آنها را با فشار زیاد دی اکسید کربن درمان کنند.

اگرچه محققان به دیدن کار‌های شگفت انگیز این ویروس‌های میکروسکوپی عادت دارند، اما پس از درمان، از اینکه فاژ‌ها به شکل‌های پیچیده، طبیعی و بسیار مفید کنار هم قرار گرفته اند، بیشتر شگفت زده شدند.

آنها می‌گویند می‌خواستیم از ساختار این ویروس‌های مفید محافظت کنیم که چالش فنی دشواری بود و سعی داشتیم بر آن غلبه کنیم. چیزی که ما به دست آوردیم این سازه شگفت انگیز بود که توسط خود طبیعت ساخته شده است.

محققان با استفاده از امکانات مرکز میکروسکوپ الکترونی کانادا، واقع در دانشگاه مک مستر، تصاویری از این ساختار‌ها را ثبت و دو سال گذشته را صرف شناسایی این فرآیند کردند و نشان دادند که چگونه ساختار‌های جدید می‌توانند اهداف بسیار مفیدی در علم و پزشکی داشته باشند.

کشف تصادفی 

«توحید دیدار» یکی از مجریان این پژوهش که مهندس مکانیک و دارای کرسی تحقیقاتی کانادا در زمینه نانو زیست مواد است، می‌گوید: «این یک کشف تصادفی بود. وقتی آنها را از محفظه فشار بالا بیرون آوردیم و این گل‌های زیبا را دیدیم، کاملا شگفت زده شدیم. دو سال طول کشید تا کشف کنیم که چرا و چگونه این اتفاق افتاده و دری را برای ایجاد ساختار‌های مشابه با سایر مواد مبتنی بر پروتئین باز کنیم.

یکی دیگر از کاشفان این ساختار «زینب حسین دوست» مهندس شیمی و بیوپزشکی و دارای کرسی تحقیقاتی کانادا در مهندسی زیست باکتریوفاژ است. در سال‌های اخیر محققان در آزمایشگاه وی به پیشرفت‌های چشمگیری دست یافته اند. آنها با وادار کردن ویروس‌های مفید برای اتصال به یکدیگر مانند یک بافت میکروسکوپی زنده و حتی ایجاد ژلی که با چشم غیر مسلح قابل مشاهده باشد، چشم انداز جدیدی را برای کاربرد آنها - به ویژه در تشخیص و مبارزه با عفونت – ارائه کرده اند.

با این حال، قبل از این کشف جدیدتر، امکان نداشت شکل و عمق این ماده را که اکنون از طریق چین و چروک ها، برجستگی‌ها و شکاف‌های ساختار‌های گل مانند دیده می‌شود، به آن داد.

حسین دوست می‌گوید: «این واقعا الهام گرفتن از طبیعت است. این نوع ساختار زیبا و چروکیده در طبیعت در همه جا وجود دارد. خواص مکانیکی، نوری و بیولوژیکی این نوع سازه ها، در طول دهه‌ها الهام بخش مهندسان بود تا این نوع سازه‌ها را به صورت مصنوعی بسازند، به این امید که همان نوع خواص را از آنها به دست آورند.

اکنون که دانشمندان چنین تحولی را ایجاد و با موفقیت فرآیند آن را تکرار کرده اند، از کارایی جمعی که فاژ‌ها با پیوستن به یکدیگر و گرفتن چنین شکل‌هایی به دست می‌آورند شگفت زده شده و در حال بررسی راه‌هایی برای استفاده از ویژگی‌های مشابه هستند.

ساختار‌های فاژی متخلخل و گل مانند، در یافتن اهداف پراکنده حتی در محیط‌های پیچیده ۱۰۰ برابر بهتر از همتایان غیر مرتبط خود هستند، این واقعیتی است که مجریان این پژوهش توانستند با ترکیب آنها با DNAzyme‌های ایجاد شده توسط همکاران خود در تحقیقات بیماری‌های عفونی و استفاده از آنها ثابت کنند. آنها از ساختار‌های شکوفه مانند برای یافتن غلظت کمِ باکتری «لژیونلا» در آب به دست آمده از برج‌های خنک کننده تجاری استفاده کردند.

باکتریوفاژ‌ها به عنوان درمانی برای بسیاری از اشکال عفونت دوباره ظاهر می‌شوند، زیرا می‌توانند برای هدف قرار دادن باکتری‌های خاص برنامه ریزی شوند و در عین حال کاری با بقیه نداشته باشند.

کار در این زمینه پس از معرفی پنی سیلین در اواسط قرن گذشته کاهش یافت، اما از آنجایی که مقاومت ضد میکروبی همچنان اثربخشی آنتی بیوتیک‌های موجود را کاهش می‌دهد، مهندسان و دانشمندان از جمله محققان ایرانی مک مستر، توجه خود را به فاژ‌ها برگردانده اند.

کشف فرآیندی که باعث تشکیل آنها به شکل گل می‌شود، می‌تواند ویژگی‌های چشمگیر آنها را نه تنها برای یافتن و از بین بردن باکتری‌های هدف بلکه برای استفاده به عنوان داربست برای سایر میکروارگانیسم‌ها و مواد مفید افزایش دهد.

حسین دوست می‌گوید: «طبیعت بسیار قدرتمند و بسیار هوشمند است. به عنوان مهندس، وظیفه داریم نحوه کار طبیعت را شناسایی کنیم تا بتوانیم فرآیند‌هایی مانند این را مهار و از آنها استفاده کنیم. احتمالات و قابلیت‌های این کشف بی پایان هستند چرا که اکنون می‌توانیم با استفاده از واحد‌های سازنده زیستی ساختار‌هایی را بسازیم.»

نتایج این تحقیقات در نشریه Advanced Functional Materials منتشر شده است.