کشف رفتارهای خیرخواهانه در باکتری ها

در نبرد علیه آنتی بیوتیکها، باکتریها خودخواه نیستند. براساس گزارش محققان موسسه Howard Hughes Medical institute تعداد محدودی از پاتوژنهای مقاوم به آنتی بیوتیک قادرند تا از کل کلونی خود محافظت کنند.

عقل سلیم حکم می کند که مقاومت آنتی بیوتیکی تنها در سطح فردی عمل نماید، بدین معنا که باکتری از طریق نوعی تغییر ژنتیکی این پتانسیل را بدست می آورد تا در حضور آنتی بیوتیک سالم مانده و رشد نماید و سرانجام بر اساس انتخاب طبیعی، باکتریهای حســـاس از بین رفته و موتانت های مقاوم تکثیر شده و کلونی خودشــان را بوجود می آورند.

اما تحقیقات اخیر محقـقان که در 2 سپتامبر 2010 در نشریه Nature به چاپ رسـیده، پرده از وجـود "تغیـیرات وسـیع جمعیتی"(wide-population changes) در جمعیتهای باکتریایی برداشته است!

ماجرا از این قرار است که در زمان یورش آنتی بیوتیکها، باکتریهای موتانت مقاوم به آنتی بیوتیک E.coli پروتئینی تولید می کنند که پس از انتشار در محیط پیرامونیشـان قادر است تا مکانیزهای مقاومتی را در سایر باکتریهای غیر مقاوم مجاور خود القا نماید و جان آنها را از مرگ حتمی نجات دهند اگرچه این پروسه برای باکتریهای موتانت از جنبه انرژی هزینه بر است.

در سالهای گذشته شیوع “super bugs” از جمله سویه های مقاوم به متی سیلین استافیلوکوکوس آرئوس، کادر پزشکی بیمارستانها را با چالش بزرگی روبرو کرده بود تا از یک فاجعه انسانی جلوگیری کنند. یافته های جدید می تواند کمکمان کند تا بفهمیم چرا اصولا غلبه به مقاومت آنتی بیوتیکی مشکل است.

محقق مرکز HHMI، جیمز کالینز به همراه همکارانش در دانشگاه بوستون به دنبال جواب این سوال بودند که چگونه باکتریهای E.Coli با ژنتیک یکســان قادرند موتاسیونهایی را بوجود آورند که به آنها پتانسیل مقاومت آنتی بیوتیکی را می دهد. بدین منظور آنها باکتریها را در بیورکتور کشت می دادند و همزمان آنتی بیوتیک نورفلوکســـازین را قطره قطره به سوسپانسیون سلولی اضافه میکردند. آنها در حین این کار از مجموعه سلولی خود نمونه برداری نیز می کردند و به دنبال MIC دارو بودند، MIC بیانگر حداقل قدرتی از دارو است که قادر است تا رشد میکروبها رامتوقف نماید. موضوع تعجب برانگــیز برای محققان این بود که MIC باکتریها به تنهایی خیلی کمتر از MIC کل جمعیت باکتریایی بود! با کنکاش بیشتر آنها دریافتند که باکتریهایی با MIC بالا (مقاوم به آنتی بیوتیک) تنها کمتر از یک درصد کل جمعیت باکتریایی را به خود اختصاص می دهند.

پس از کشف این موضوع، این تیم شروع به آنالیز پروتئینهایی کرد که توســط باکتریهایی با MIC بالا در حضور نورفلوکسازین تولید می شدند و متوجه مقادیر بالایی از آنزیم تریپتوفاناز شدند. این آنزیم اسید آمینه تریپتوفان را به اجزای کوچکتری تجزیه میکند. یکی از این محصولات "ایندول" است. ایندول مولکولی است که E.Coli تحت برخی از شرایط پراسترس تولید میکند. این متابولیت از دو مسیر باکتریهای حساس را دربرابر نورفلوکسازین محافظت میکند. اولا باعث روشن شدن یک ماشین سلولی می شود که قادر است این آنتی بیوتیک را به بیرون از سلول پمپ نماید و از طرف دیگر مسیرهایی را براه می اندازد که سلول باکتریایی را از استرس های اکسیداتیو محافظت می نماید. در چند سال گذشته تیم تحقیقاتی کالینز گزارشی داشته مبنی بر اینکه آنتی بیوتیکها از طریق رادیکالهای آزاد میکروبها را از بین میبرد و در اینجا می بینیم که ایندول، در نقش آبی است بر روی جرقه های آتشی که آنتی بیوتیک قرار است بپا کند.

از طریق مقایسه رشد باکتریها، دانشمندان متوجه شده اند که تولید ایندول برای باکتریهای موتانت بسیار گران تمام می شود. آنها در این شرایط آن طور که باید و شاید رشد نمی کنند چراکه در حال تولید ایندول برای دیگر هم نوعان خود هستند! چنین رفتار نوع دوستانه ای- در خارج از گونه های جانوری- دارای پارادوکس با نظریه های شناخته شده زیست تکاملی است. براستی اگر تکامل از شایسته ترینها "Fittest" جانبداری می کند، چرا باید یک نفر از شایستگـی خود برای سایرین ایثار کند؟

از این رو یافته های کالینز سبب تقویت نظریه "انتخاب خویشاوندی" شده است- که در دهه 60 میلادی توسط بیولوژیست تکاملی همیلتون پایه گذاری شده است- که بیان می دارد که ارگانیسم ها ممکن است نسبت بیکدیگر تمایلات نوع دوستانه ای داشته و ژنهای خودشــان را به اشتراک بگذارند- بنابراین اگرچه ممکن است رفتار های ایثارگرانه، موجودی را از بقا و در نتیجه انتقال ژنهایش به نسلهای بعد باز دارد ولیکن سایر همنوعانش می توانند نقش تکاملی او را پوشش دهند. اگرچه این تحقیق قادر است در علم زیست شناسی تکامل تحولاتی را ایجاد نماید ولیکن کالینز معتقد است که بیشترین تاثیر این نتایج در عرصه بهداشت و سلامت عمومی است زیرا سایر انواع آنتی بیوتیکها نیز همچون نروفلوکسازین قادرند تا "حفاظت جامعه نگر" یا population-wide protection را القا نمایند. جالبتر آنکه بسیاری از انواع باکتریها قادر به تولید ایندول می باشند پس انتظار می رود که چنین تسریک مساعی میکروبی را در بدن میزبان نیز شاهد باشیم.

شانس اینکه در آینده شاهد بوجود آمدن "super bugs" جدید و خطرناکی باشیم بسیار زیاد است و از طرف دیگر ذخیره آنتی بیوتیکی مان رفته رفته کوچکتر می شود. این موضوع بیانگر نیاز مبرم ما برای توسعه تحقیقات در زمینه آنتی بیوتیکهاست.

تحقیقات آتی در زمینه تولید آنتی بیوتیکها می تواند بر روی مسیر تولید ایندول در باکتری ها متمرکز باشد تا بدین وسیله از به اشتراک گذاشته شدن توانایی مقاومت عده معدودی از آنها به سایرین جلوگیری نماید.

منبع



http://pseudomonas.blogfa.com/post-121.aspx