باکتری‌ها‌‌ راه ‌‌مقابله با خود را فاش می‌کنند

براساس یافته‌های جدید دانشمندان زمانی که باکتری‌ها در شرایط حبس و تنهایی درازمدت گیر می‌کنند، می‌توانند رفتار خود را به طرق مختلف تغییر دهند. این یافته‌های با ارزش می‌تواند برای توضیح چگونگی انتشار و گسترش عفونت‌ها و همچنین سرطان کمک بزرگی به شمار رود.

طی این تحقیقات و زمانی که دانشمندان نمونه‌هایی از باکتری استافیلوکوکوس را در قفس‌های شیشه‌ای به دام انداخته و محبوس کردند، دریافتند باکتری‌هایی که به این ترتیب محبوس و تنها مانده‌اند، رفتاری آشفته و پریشان در پیش می‌گیرند و به نوعی تظاهر به «صحبت کردن» با خودشان می‌کنند. این درحالی است که انسان‌ها نیز در شرایط زندان انفرادی و تنهایی و انزوای درازمدت می‌توانند به رفتارهای جنون‌آمیز، گفتگو با خود و تلاش برای رهایی و ایجاد فضای آزاد گرایش پیدا کنند. اما اکنون و در سایه تلاش‌های پژوهشی گروهی از دانشمندان دانشگاه‌های نیومکزیکو و نیوهمپشایر مشخص شده باکتری‌هایی که در شرایط مشابه زندان انفرادی محبوس می‌شوند نسبت به حال و روز جدید خود آگاهی دارند و رفتارهایی همچون صحبت کردن با خودشان و تلاش برای رهایی و درهم شکستن شرایط حبس بروز می‌دهند.

نتایج تحقیقات جدید دانشمندان که شرح آن درشماره اخیر نشریه تخصصی زیست‌شناسی شیمیایی طبیعت آمده، می‌تواند حامل مفاهیم و پیام‌های ضمنی بسیار مهمی درخصوص رویکردهای سلامت محور باشد؛ این که چگونه یک باکتری منفرد و مجزا می‌تواند به تنهایی منشأ راه‌اندازی عفونت‌های گسترده‌ای شود یا این که چگونه یک سلول سرطانی انسانی واحد می‌تواند به سمت ایجاد توموری مهلک و مرگ آفرین رو به گسترش و ازدیاد بگذارد. در همین زمینه، جف برینکر از محققان ارشد این پژوهش در دانشگاه نیومکزیکو معتقد است در دنیای واقعی موقعیت‌های بسیاری پیش می‌آید که باکتری‌ها خودشان را تنها می‌یابند و زمانی که محدود و منزوی می‌شوند مسیرهای خطرناک و مهلکی را می‌گشایند که خود عامل عفونت و سرایت آلودگی به شمار می‌رود.

زمانی که انسان در شرایط انزوایی همانند سلول انفرادی قرار می‌گیرد، رفتارهایی همچون نگاه کردن به دیوارهای اطراف، لمس سطوح زبر و خشن محیط و گوش دادن به سر و صدا‌های پیرامون از او سر می‌زند. در مقام مقایسه، باکتری‌ها فاقد این حواس هستند اما در عوض از قابلیت بویایی عالی برخوردارند. به عبارتی باکتری‌ها می‌توانند دیوارهای پیرامونشان را بو بکشند و این واکنش شگفت را با استفاده از فرآیندی شیمیایی تحت عنوان «دریافت حد نصابی» صورت می‌دهند. این فرآیند در واقع توضیحی بر چگونگی ارتباط برقرار کردن باکتری‌ها با یکدیگر و با دنیای پیرامونشان به حساب می‌آید. طی این فرآیند باکتری‌ها مواد شیمیایی مخصوصی را بیرون می‌فرستند که اغلب تحت عنوان القاکننده‌های خودکار یا از راه دور نامیده می‌شود. انتشار این فرستنده‌های شیمیایی به فواصل دورتر باعث می‌شود باکتری‌ها در طی سفرشان و برحسب فاصله با موضع باکتری مادر، با کاهش غلظت مواجه شوند. در نتیجه چنانچه سطوح عامل‌های القایی خودکار پایین باشد، معمولا حاکی از وجود یک باکتری تک و تنهاست و سطوح بالای عامل‌های القایی خودکار از حضور شمار بیشتری باکتری حکایت دارد.

در این میان، محققان دریافته‌اند به مجرد این که سیگنال این تبادل شیمیایی به آستانه‌ای معین یا حد نصاب مورد نظر رسید، باکتری شروع به تغییر دادن رفتار خود کرده و متعاقب آن، برخی ژن‌ها را روشن و به جریان می‌اندازد و بعضی را نیز از دور خارج و خاموش می‌کند. به این ترتیب باکتری مزبور به جای تنها ماندن، به بسته یا محموله‌ای سازمان یافته موسوم به غشای زیستی بدل می‌شود. در یک غشای زیستی باکتری‌های مشخصی مسوول حفاظت، برخی عهده‌دار تغذیه و با این حال شماری نیز مسوول تکثیر و نسخه‌برداری هستند. اما نکته جالب اینجاست که یک غشای زیستی می‌تواند در چیزهای مختلفی از لایه قهوه‌ای نقش بسته بر سنگ‌های رودخانه گرفته تا ماده مخاطی و زرد رنگی که در خلال بروز یک عفونت ریه و با سرفه خارج می‌شود، دیده شود. با این اوصاف پرسشی که از سوی محققان مطرح می‌شود این است که به رغم حضور تنها یک باکتری، وقتی سطوح بالایی از مواد القا کننده خودکار وجود دارد، چه اتفاقی روی می‌دهد. تاکنون فناوری لازم برای ایجاد قفس‌های شیشه‌ای با 20 میکرومتر عرض که بتواند باکتری‌هایی با 3 تا 4 میکرومتر طول را در خود نگاه دارد وجود نداشته است؛ اما در حال حاضر و به لطف پیشرفت‌های چشمگیری که در حوزه فناوری نانو صورت گرفته، دست دانشمندان تا حدی باز شده که بتوانند این ریز موجودات را در قفس‌های شیشه‌ای به دام بیندازند و به تماشای باکتری محبوس شده‌ای بنشینند که در حال صحبت کردن با خودشان هستند. در حقیقت، باکتری‌های محبوس نسبت به این که پیام‌ها یا همان ملکول‌های دریافت حد نصابشان به گیرنده‌ای نرسیده یا در هیچ مکانی نیستند، آگاهی و اطلاع دارند. از این رو، چنانچه این پیک‌های شیمیایی نتوانند به جایی بروند، به مفهوم آن است که از باکتری‌های بیشتر خبری نیست و چنانچه باکتری‌ها نتوانند جابه‌جا شوند به معنای آن است که درون یک بافت یا درون سلول دیگری معمولا یک سلول بیگانه‌خوار درشت به دام افتاده‌اند که در تلاشند این سلول متجاوز را تخریب کنند. در هر دو صورت، باکتری نیاز به خروج از این محیط‌ها دارد و در نتیجه به فعال کردن ژن‌هایی اقدام می‌کنند که آنها را در فرارشان یاری خواهد کرد. اما آنچه در حین فرآیند فرار از سوی باکتری‌های استافیلی تولید می‌شود، لیزوزوم است که همانند بمب‌های شیمیایی وظیفه خوردن هر چیزی را دارد که باکتری‌ها با آن در تماس هستند و باکتری آنها را در محیط اطرافش رها می‌سازد. از آنجا که قفس باکتری‌ها شیشه‌ای است، لیزوزوم‌ها بی‌اثر هستند، اما باکتری به فعالیت خود مبنی بر آغشته‌سازی دیوارهای قفس با این مواد ادامه می‌دهد.

به اعتقاد محققان، حد نصابی از مواد شیمیایی در اندازه چند صد بسته باکتری نزدیک به همدیگر تنها راه پیشروی یک باکتری برای تغییر دادن بیان ژنی‌اش محسوب می‌شود و به عبارتی روش حد نصابی و ایجاد بسته باکتریایی تنها راه واقعی برای سلول‌ها به شمار می‌رود تا به منظور سازگاری و تطبیق با هر گونه شرایطی که یک سلول به تنهایی با آن روبه‌رو می‌شود، به مبارزه بپردازند.

با این اوصاف و با در نظر گرفتن این واقعیت که باکتری‌های استافیلی می‌توانند سبب عفونت‌های شدید و تهدیدکننده حیات انسان‌ها شوند، دانشمندان معتقدند تحقیقات جدید می‌تواند در نهایت در زمینه دستیابی به روش‌های مناسب پیشگیری از تبدیل شدن سلول‌های استافیلی منفرد و دیگر عوامل بیماریزا به عفونت‌های کاملا رسیده کاربردهای مهمی داشته باشد. در همین خصوص، سایر دانشمندان از جمله کری شافر از دانشگاه شیکاگو نیز همصدا با دانشمندان این پژوهش از اهمیت یکسان مفاهیم ضمنی تحقیقات جدید برای سرطان خبر می‌دهد و معتقد است درست همانند باکتری‌های استافیلی، یک سلول سرطانی نیز با جدا افتادن از تومور اصلی از پیام‌های شیمیایی خود استفاده می‌کند تا نسبت به جایی که در آن قرار گرفته است، آگاهی پیدا کند. این مهم در حالی است که دانشمندان نسبت به مواد شیمیایی مورد استفاده سلول‌های سرطانی جابه‌جا شونده که قصد گسترش بیماری را دارند، شناختی پیدا نکرده‌اند، اما در سایه یافته‌های ارزشمند پژوهش حاضر این امیدواری وجود دارد که بزودی دستیابی به این پیام‌های شیمیایی حاصل شود.

با این اوصاف، نوع سلول‌های مورد بحث چه عوامل بیماری‌زا و چه سلول‌های سرطانی گسترش دهنده بیماری باشند، دانشمندان بر این باورند که دانش پزشکی و بویژه زیست شناسی ترکیبات شیمیایی طبیعی با برخی پرسش‌های بغایت پیچیده و بغرنج روبه‌روست، و این در حالی است که اگر فرآیند عفونت باکتریایی و همچنین تشکیل کلونی‌های سرطانی گسترش یابنده در یک ردیف قرار دهیم، با شباهت‌های متحیر کننده‌ای مواجه می‌شویم. از این رو، دانشمندان بر این باورند که نمی‌توان چشم‌انداز روشنی که در سایه شناخت بیشتر رفتار ریز موجوداتی همچون باکتری‌ها برای دانش زیست‌شناسی و پزشکی به ارمغان می‌آید، نادیده گرفت.

مترجم: مهریار میرنیا
منبع:Discovery