به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، محققان دانشگاه نورث وسترن با موفقیت یک پاتوژن کشنده را تشویق کردند تا خود را از درون به بیرون از بین ببرد. در مطالعه جدید، محققان DNA را از یک باکتریوفاژ یا فاژ، (نوعی ویروس که داخل باکتری‌ها را آلوده و تکثیر می‌کند)، اصلاح کردند. سپس، تیم تحقیقاتی DNA را داخل سودوموناس آئروژینوزا (P. aeruginosa) ، یک باکتری کشنده که در برابر آنتی بیوتیک‌ها نیز بسیار مقاوم است، قرار دادند. هنگامی‌ که درون باکتری قرار گرفت، DNA مکانیسم‌های دفاعی پاتوژن را دور زد تا به صورت ویریون‌ها جمع‌آوری شود که از طریق سلول باکتری تکه تکه می‌شوند تا آن را از بین ببرند. این کار تجربی با تکیه بر علاقه روزافزون به فاژ درمانی، گامی مهم به سمت مهندسی ویروس‌های طراح به عنوان درمان‌های جدید برای از بین بردن باکتری‌های مقاوم به آنتی بیوتیک است. همچنین اطلاعات حیاتی را در مورد عملکردهای درونی فاژها، یک حوزه کمی مطالعه شده از زیست شناسی، نشان می‌دهد. این مطالعه روز چهارشنبه (24 ژانویه) در مجله Microbiology Spectrum منتشر شد. اریکا ‌هارتمن از دانشگاه نورثوسترن که این کار را رهبری می‌کرد، گفت: " مقاومت ضد میکروبی گاهی اوقات به عنوان همه‌گیری خاموش  نامیده می‌شود. تعداد عفونت‌ها و مرگ و میر ناشی از عفونت‌ها در سراسر جهان در حال افزایش است. این یک مشکل بزرگ است. فاژ درمانی به عنوان یک جایگزین دست نخورده برای تکیه ما به استفاده از داروهای ضد میکروبی ظاهر شده است. اما، از بسیاری جهات، فاژها مرز نهایی میکروبیولوژی هستند. ما چیز زیادی در مورد آن‌ها نمی‌دانیم. هر چه بیشتر در مورد نحوه کار فاژها بیاموزیم، احتمال بیشتری وجود دارد که بتوانیم درمان‌های موثرتری را مهندسی کنیم. پروژه ما از این نظر پیشرفته است که در زمان مهندسی آن‌ها در مورد زیست شناسی فاژها در زمان واقعی یاد می‌گیریم."‌هارتمن، میکروبیولوژیست داخلی، استادیار مهندسی عمران و محیط زیست در دانشکده مهندسی مک کورمیک نورث وسترن و عضو مرکز زیست شناسی مصنوعی است.

نیاز شدید به جایگزین‌های آنتی بیوتیکی

در ارتباط با افزایش استفاده از ضد میکروبی، افزایش مقاومت ضد باکتریایی یک تهدید فوری و فزاینده برای جمعیت جهانی است. بر اساس گزارش مرکز کنترل و پیشگیری از بیماری‌ها (CDC)، تقریباً 3 میلیون عفونت مقاوم در برابر میکروب‌ها تنها در ایالات متحده هر ساله رخ می‌دهد که بیش از 35000 نفر در نتیجه آن جان خود را از دست می‌دهند. بحران رو به رشد، محققان را برانگیخته است تا به دنبال جایگزین‌هایی برای آنتی بیوتیک‌ها باشند، آنتی بیوتیک‌هایی که به طور مداوم کارایی خود را از دست می‌دهند. در سال‌های اخیر، محققان شروع به کشف درمان‌های فاژی کرده‌اند. اما با وجود اینکه میلیاردها فاژ وجود دارد، دانشمندان اطلاعات کمی‌در مورد آن‌ها دارند. اریکا‌هارتمن،  از دانشگاه نورث وسترن می‌گوید: " برای هر باکتری که وجود دارد، ده‌ها فاژ وجود دارد. بنابراین، تعداد فاژهای روی زمین از نظر نجومی‌بسیار زیاد است، اما ما فقط تعداد انگشت شماری از آن‌ها را درک می‌کنیم. ما لزوماً انگیزه ای برای مطالعه واقعی آن‌ها نداشته‌ایم. اکنون انگیزه وجود دارد و ما در حال افزایش تعداد ابزارهایی هستیم که باید برای مطالعه آن‌ها اختصاص دهیم."

درمان بدون عوارض جانبی

برای کشف درمان‌های بالقوه فاژ، محققان یک ویروس موجود را مشخص می‌کنند یا اصلاح می‌کنند تا به طور انتخابی یک عفونت باکتریایی را بدون ایجاد اختلال در بقیه بدن هدف قرار دهند. در حالت ایده‌آل، دانشمندان روزی می‌توانند یک داروی فاژ درمانی را برای آلوده کردن یک باکتری خاص بسازند و درمان‌های a la carte را با ویژگی‌ها و ویژگی‌های دقیق برای درمان عفونت‌های فردی طراحی کنند.‌ هارتمن می‌گوید: " آنچه در مورد فاژ قوی است این است که می‌تواند بسیار خاص باشد به گونه‌ای که آنتی‌بیوتیک‌ها نیستند. به عنوان مثال، اگر آنتی بیوتیکی برای عفونت سینوسی مصرف کنید، کل دستگاه گوارش شما را مختل می‌کند. فاژ درمانی را می‌توان به گونه ای طراحی کرد که فقط بر عفونت تأثیر بگذارد." در حالی که سایر محققان درمان‌های فاژ را بررسی کرده‌اند، تقریباً همه آن‌ها بر روی استفاده از فاژها برای آلوده کردن اشریشیا کلی تمرکز کرده‌اند. با این حال‌هارتمن تصمیم گرفت بر روی سودوموناس آئروژینوزا ، یکی از پنج پاتوژن مرگبار انسانی تمرکز کند. سودوموناس آئروژینوزا که مخصوصاً برای افرادی که سیستم ایمنی ضعیفی دارند خطرناک است، علت اصلی عفونت‌های بیمارستانی است که اغلب بیماران را با زخم‌های سوختگی یا جراحی و همچنین ریه‌ها در افراد مبتلا به فیبروز کیستیک آلوده می‌کند.‌ هارتمن گفت: " این یکی از مهم‌ترین پاتوژن‌های مقاوم به چند دارو است که بسیاری از مردم واقعاً نگران آن هستند. این دارو بسیار مقاوم است، بنابراین نیاز فوری به توسعه درمان‌های جایگزین برای آن وجود دارد."

تقلید عفونت، دور زدن دفاع

در این مطالعه،‌ هارتمن و تیمش با باکتری سودوموناس آئروژینوزا شروع کردند و DNA را از چندین فاژ خالص کردند. سپس از الکتروپوریشن استفاده کردند. تکنیکی که پالس‌های کوتاه و با ولتاژ برق را برای ایجاد سوراخ‌های موقت در سلول خارجی باکتری، ارائه می‌کند. از طریق این سوراخ‌ها، DNA فاژ وارد باکتری شد تا فرآیند عفونت را تقلید کند. در برخی موارد، باکتری DNA را به عنوان یک جسم خارجی تشخیص داده و برای محافظت از خود، DNA را خرد می‌کند. اما پس از استفاده از زیست‌شناسی مصنوعی برای بهینه‌سازی فرآیند، تیم‌هارتمن توانست مکانیسم‌های دفاع از خود ضد ویروسی باکتری را از بین ببرد. در این موارد، DNA با موفقیت اطلاعات را به سلول منتقل کرد و در نتیجه ویریون‌هایی تولید شد که باکتری‌ها را از بین برد.‌هارتمن می‌گوید: " جایی که موفق شدیم، می‌توانید لکه‌های تاریک روی باکتری‌ها را ببینید. اینجا جایی است که ویروس‌ها از سلول‌ها خارج می‌شوند و همه باکتری‌ها را از بین می‌برند." پس از این موفقیت، تیم‌هارتمن DNA دو فاژ دیگر را معرفی کرد که به طور طبیعی قادر به آلوده کردن سویه خود از سودوموناس آئروژینوزا نیستند. با این حال، دوباره، روند کار کرد.

ساخت فاژ در سلول

فاژ نه تنها باکتری‌ها را از بین برد، بلکه باکتری‌ها میلیاردها فاژ دیگر را نیز بیرون زد. سپس از این فاژها می‌توان برای کشتن سایر باکتری‌ها، مانند باکتری‌هایی که باعث عفونت می‌شوند، استفاده کرد. در مرحله بعد،‌هارتمن قصد دارد به اصلاح DNA فاژ برای بهینه سازی درمان‌های بالقوه ادامه دهد. در حال حاضر، تیم او در حال مطالعه فاژهای اخراج شده از سودوموناس آئروژینوزا هستند. او گفت: " این یک قطعه مهم در ساخت فاژ درمانی است. ما می‌توانیم فاژهای خود را مطالعه کنیم تا تصمیم بگیریم کدام فاژها را توسعه دهیم و در نهایت آن‌ها را به‌عنوان یک دارو تولید انبوه کنیم."

پایان مطلب./