ویروس هایی با شکل گل آفتاب گردان/ درمان نوین عفونت های باکتریایی 

کشف دانشمندان ایرانی؛

به گزارش خبرگزاری ایکسل 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 ویروس های باکتری خوار کار می کنند در حین آماده سازی اسلاید هایی برای مشاهده زیر یک میکروسکوپ قدرتمند به کشف قابل توجهی دست یافتند.

آنها در تلاش برای مشاهده زنده نمونه هایی از باکتریوفاژ ها (ویروس های باکتری خوار) که به طور غیررسمی «فاژها» خوانده می شوند در زیر میکروسکوپ الکترونی با شگفتی متوجه شدند که آنها به شکل های 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؛ ساختار هایی که ثابت کردند ۱۰۰ برابر کارآمدتر از فاژ های غیر مرتبط در یافتن اهداف باکتریایی گریزان هستند. به گفته محققان توانایی ایجاد چنین ساختار هایی امکان تشخیص و درمان بسیاری از انواع بیماری ها را با استفاده از مواد و فرآیند های طبیعی باز می کند.

کشف خوشایندی از کار روزمره آزمایشگاهی 

این گروه از محققان ایرانی به جای قرار دادن فاژ های نمونه در معرض فرآیند های آماده سازی معمولی شامل دما یا حلال هایی که ویروس ها را می کشد تصمیم گرفتند آنها را با فشار زیاد دی اکسید کربن درمان کنند.

اگرچه محققان به دیدن کار های شگفت انگیز این ویروس های میکروسکوپی عادت دارند اما پس از درمان از اینکه فاژ ها به شکل های پیچیده طبیعی و بسیار مفید کنار هم قرار گرفته اند بیشتر شگفت زده شدند.

آنها می گویند می خواستیم از ساختار این ویروس های 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 ساختار ها را ثبت و دو سال گذشته را صرف شناسایی این فرآیند کردند و نشان دادند که چگونه ساختار های جدید می توانند 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 می گوید: «این یک کشف تصادفی بود. وقتی آنها را از محفظه فشار بالا بیرون آوردیم و این گل های 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 ساختار های 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 سال های اخیر محققان در آزمایشگاه وی به پیشرفت های چشمگیری دست یافته اند. آنها با وادار کردن ویروس های 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 برجستگی ها و شکاف های ساختار های گل مانند دیده می شود به آن داد.

حسین دوست می گوید: «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 دهه ها الهام بخش مهندسان بود تا این نوع سازه ها 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 فاژ ها با پیوستن به یکدیگر و گرفتن چنین شکل هایی به دست می آورند شگفت زده شده و در حال بررسی راه هایی برای استفاده از ویژگی های مشابه هستند.

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

باکتریوفاژ ها به عنوان درمانی برای بسیاری از اشکال عفونت دوباره ظاهر می شوند زیرا می توانند برای هدف قرار دادن باکتری های 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 بیوتیک های موجود را کاهش می دهد مهندسان و دانشمندان از جمله محققان ایرانی مک مستر توجه خود را به فاژ ها برگردانده اند.

کشف فرآیندی که باعث تشکیل آنها به شکل گل می شود می تواند ویژگی های چشمگیر آنها را نه تنها برای یافتن و از بین بردن باکتری های هدف بلکه برای استفاده به عنوان داربست برای سایر میکروارگانیسم ها و مواد مفید افزایش دهد.

حسین دوست می گوید: «طبیعت بسیار قدرتمند و بسیار هوشمند است. به عنوان مهندس وظیفه داریم نحوه کار طبیعت را شناسایی کنیم تا بتوانیم فرآیند هایی مانند این را مهار و از آنها استفاده کنیم. احتمالات و قابلیت های این کشف بی پایان هستند چرا که اکنون می توانیم با استفاده از واحد های سازنده زیستی ساختار هایی را بسازیم.»

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