کشف قوی ترین چسب دنیا در باکتریها

مطالعات اخیر بر روی مواد ترشحی باکتریها نشان میدهد باکتری Caulobacter crescentus مواد چسبنده ای تولید میکند که قدرتی سه بار قویترین چسب های تجاری دارد.
Caulobacter crescentus ارگانیزمی است که در نواحی مرطوب مانند بدنه کشتی ها، لوله های آب و حتی کاتاترهای جراحی کلونیزه میشود و فشار بسیار بالای آب بر بدنه جت های دریایی را به راحتی تحمل می نماید.
گروهی تحقیقاتی در ایرلند به بررسی ساختار و اندازه گیری قدرت اتصال باکتری پرداختند.نتایج حاصل نشان داد این ماده چسبنده ، پلیمری از پلی ساکاریدها است که که میانگین نیروی لازم برای جدا کردن باکتری از این پلیمر معادل 70 نیوتن بر میلی متر مربع می باشد، در حالی نیروی چسبندگی قویترین چسب های تجاری حدود 25 نیوتن بر میلی متر مربع می باشد.

پلیمرهای چسبنده این باکتری در شرایط مرطوبت ساخته شده و امکان اتصال باکتری را به سطوح فراهم می نمایند ، بنابر این بررسیها ی بیوشیمیایی برای کاربرد این پلیمرها بعنوان چسب در جراحی ها ادامه دارد

خوردگی میكروبی
حوزه ای نوین در پژوهش های بیوتكنولوژی

شكی نیست بیوتكنولوژی در زندگی حال و آینده بشر اهمیت روزافزونی دارد. پیشرفت های بیوتكنولوژیك در دیگر كشورها نیز با شتاب ادامه دارد كه حاكی از انرژی فزاینده ای است كه پژوهش ها و اكتشافات بیوتكنولوژیك در عرصه های مختلف زندگی انسان پدید می آورند. فرآورده های مختلف بیوتكنولوژیك در علوم و صنایع مختلف، از معدن و محیط زیست گرفته تا رشته های پزشكی، كشاورزی و داروسازی، صنایع غذایی و حتی علوم و صنایع رایانه ای كاربرد دارد.
یكی از حوزه های نوین بیوتكنولوژی در صنعت مربوط به خوردگی میكروبی است كه یكی از معضلات عمده صنعت به ویژه در ایران برآورد شده است. زیان خوردگی میكروبی به صنایع ایران، تنها در سال ۱۳۷۵ معادل شش برابر سرمایه گذاری دولت در بخش صنعت در همان سال بوده است.
طبق تعریف خوردگی عبارت است از واكنش فیزیكی شیمیایی متقابل بین فلز و محیط اطرافش كه معمولا دارای طبیعت الكتروشیمیایی بوده و نتیجه اش تغییر در خواص فلز است. تغییرات خواص فلز ممكن است منجر به از دست رفتن توانایی عملكرد فلز یا محیط شود. بررسی های اقتصادی در سطح جهان نشان می دهد كه معمولا بین ۱ تا ۵ درصد تولید ناخالص ملی هر كشور توسط خوردگی از بین می رود و سهم خوردگی میكروبی از زیان اقتصادی وارد آمده ۲۰ درصد كل این خسارات است. خوردگی میكروبی یا به اصطلاح صحیح تر آن، خوردگی تاثیرپذیر از عوامل میكروبیولوژیك دارای اثرهای زیست محیطی فراوانی است. در این نوع خوردگی بیشتر اثر باكتری های احیا كننده سولفات و باكتری های اكسید كننده گوگرد مدنظر است.
برای مثال تركیبات گوگردی حاصل از فعالیت باكتری های احیاكننده سولفات علاوه بر اتلاف هزاران ماهی در سواحل انگلستان در سال ۱۹۹۴ باعث سوختگی شیمیایی شالیزارها و حتی مسمومیت كارگران شد.
باكتری های احیاكننده در ایران در مكان هایی نظیر اطراف دریاچه نمك قم، آب خلیج فارس و جزیره های خارك و سیری، آب دریاچه خزر نواحی آستارا و انزلی و شهرهای قم و سبزوار یافت شده است و باكتری های اكسیدكننده گوگرد در مكان هایی مانند آبیك قزوین، اهرم و میراحمد بوشهر، آل طیب اهواز و مزارع اطراف پژوهشگاه نفت ری.
بیوتكنولوژی می تواند از دو راه به حل مسائل خوردگی میكروبی كمك كند:
۱ تقلید روش های طبیعی برای كنترل جمعیت های میكروبی
۲ استفاده از روش های مهندسی ژنتیك برای كنترل فعالیت های میكروبی در جهت دلخواه.
در طبیعت، روش های مختلفی توسط جانداران به كار گرفته می شود تا جمعیت های میكروبی كنترل شوند و اثرهای زیانبار آنها تقلیل یابد. در این زمینه سه عامل وجود دارد كه با توجه به آنها می توان امیدوار بود كه نه تنها روش نوینی برای مبارزه با مسائل ناشی از خوردگی میكروبی یافت شود، بلكه روش های موجود نیز با طبیعت سازگارتر شود:
۱ شناخت هر بیشتر و عمیق تر این روش ها و مشكلات ناشی از عملكرد میكروارگانیسم ها و نتایج آن بر روند خوردگی
۲ تطبیق روش های طبیعی مقابله با جمعیت های میكروبی
۳ اعمال این روش ها در صنایع با هدف اقتصادی بودن، كارا بودن و سازگار بودن با سایر روش ها و مواد شیمیایی موجود در سیستم ها
مثالی از این روش های طبیعی عمل گلبول های سفید خون در سیستم ایمنی بدن است كه باعث تخریب و از بین رفتن میكروب های مهاجم می شوند.
از دیگر حوزه هایی كه كاربرد بیوتكنولوژی در آن می تواند مفید باشد، حوزه مهندسی ژنتیك باكتری ها، برای دستیابی به هدف های معین است. برای مثال در سال ۱۹۹۸، پژوهشگران موسسه پژوهشی برق آمریكا و دانشگاه كالیفرنیا گزارش كردند كه با دستكاری ژنتیكی می توانند آنها را به نحوی كدبندی كنند كه علاوه بر ترشح بیوفیلم های محافظت كننده در برابر خوردگی، قادر به تشریح مواد ضدمیكروبی باشند كه به خصوص مانع اثرهای مضر باكتری های احیاكننده سولفات گردند.
با توجه به خسارت های ناشی از خوردگی میكروبی به صنایع ایران، بیوتكنولوژی در بخش صنعت می تواند در كنار دیگر هدف های تعریف شده خود با به كار بستن دانش انباشته در این حوزه به حل مسائل و معضلات خوردگی میكروبی بپردازد. بدیهی است با ورود بیوتكنولوژی به این حوزه می توان امید داشت كه همانند دیگر كشورها، مسائل خوردگی میكروبی مورد مطالعه و بررسی فعالانه قرار گیرد و از نتایج آن در بخش های صنعت به طور گسترده بهره مند شوند.

روش جدید درمان‌ زخم‌ های‌ آلوده‌ به‌ میکروب‌

محققان با استفاده از نوعی روش تشخیص مولکول دی ان ای موفق شدند عوامل آلوده کننده زخم ها را در مدت کوتاهتری تشخیص دهند.



به نوشته پایگاه اینترنتی یورک الرت ، میکروب هایی که در عفونت های زخم یافت می شوند از گروه های زیادی هستند و در مواردی ممکن است بیش از ده نوع میکروب در زخم یافت شوند.

بسیاری از آزمایشگاههای تشخیص طبی نیز نمی توانند باکتری های غیر هوازی را که معمولا در زخم ها بسیار بیشتر از سایر انواع هستند تشخیص دهند.

به تازگی محققان با استفاده از نوعی روش تشخیص مولکول های هسته ای سلول که در واقع نوعی روش تشخیص مولکول دی ان ای محسوب می شود توانستند در زمان کوتاه پنج ساعت اطلاعات کیفی و کمی لازم را برای شناسایی دقیق عفونت های زخم به دست آورند.

به گفته محققان این روش به ویژه برای انواعی از باکتری ها که مشخص نیست در چه محیطی بهتر رشد می کنند بسیار مناسب است.

در حال حاضر از روش مشابه برای تشخیص دیگر عوامل بیماری زااز جمله بعضی ویروس ها استفاده می شود.

باکتریهای مغناطیسی

کشف باکتری‌های مغناطیسی
در سال 1975 میلادی ، بلک مور در جریان مطالعه‌ میکروسکوپی باکتری‌هایی که بطور معمول در گل و لای باتلاق‌های آب شور یافت می‌شوند، مشاهده کرد که آن‌ها همواره در یک سوی میدان دید شنا می‌کنند. آیا این باکتری‌ها در پاسخ به جهت نور چنین رفتاری نشان می‌دهند؟ او برای آزمون این فرضیه ، میکروسکوپ را با جعبه‌ای پوشاند و جهت قرارگیری آن را تغییر داد. حتی آن را به اتاق دیگری جابه‌جا کرد. در همه‌ این وضعیت‌ها ، جهت حرکت باکتری‌ها تغییری نیافت. بررسی‌های بعدی نشان داد که این باکتری‌ها پیوسته به سوی شمال شنا می‌کنند. بلک مور و همکارانش با استفاده از سیم پیچ ویژه‌ای ، میدان مغناطیسی قابل تنظیمی را در پیرامون میکروسکوپ ایجاد کردند.

وقتی محور این سیم پیچ در جهت شمال – جنوب بود، باکتریها در راستای شمال – جنوب به سوی شمال شنا می‌کردند. وقتی جریان الکتریکی جاری در سیم پیچ واژگون شد، باکتری‌ها چرخشی 180 درجه انجام دادند و این بار در جهت مخالف ، یعنی به سوی جنوب، شنا کردند. هر زمان که جریان واژگون می‌شد، باکتریها چرخشی 180 درجه‌ای انجام می‌دادند و در جهت میدان بکار رفته شنا می‌کردند. این باکتری‌ها حتی پس از مرگ ، با وجود این که توان شنا کردن نداشتند، باز هم در میدان مغناطیسی آرایش ثابتی می‌گرفتند و با واژگون شدن جریان ، 180 درجه می‌چرخیدند. خلاصه ، این باکتری‌ها آهن رباهای زنده‌ای هستند که بطور طبیعی تحت تاثیر میدان مغناطیسی زمین قرار می‌گیرند و با بکارگیری یک میدان مغناطیسی نیرومند‌تر می‌توان بر جهت حرکت آن‌ها تاثیر گذاشت.






مطالعه زیر میکروسکوپ الکترونی
در رسوب‌های برداشت شده از باتلاق‌ها ، تالاب‌ها و گنداب‌ها ، تراکم باکتری‌های مغناطیسی بطور معمول بین 100 تا 1000 سلول در هر میلی‌لیتر است. وقتی این رسوب‌ها در آزمایشگاه درون ظرف‌های شیشه‌ای نگهداری می‌شوند، تراکم آن‌ها طی چند هفته به 100 هزار تا یک میلیون سلول در هر میلی‌لیتر می‌رسد. این جمعیت انبوه بدون دریافت مواد غذایی تا دوسال می‌ماند. در میان آن‌ها ، باکتری‌های کروی ، میله‌ای و مارپیچی با ویژگی‌های ریختی گوناگون دیده می‌شود.

این باکتری‌ها هم در رسوب‌های آب‌های شیرین و هم در رسوب‌های دریایی یافت شده‌اند. یکی از آن‌ها ، باکتری مارپیچی به نام Aquaspirillum magnetotacticum است که در آب‌های شیرین یافت می‌شود. این باکتری برخلاف بسیاری از باکتری‌های مغناطیسی ، در هر دو انتهای خود تاژک دارد و می‌تواند به جلو یا عقب شنا کند. در بررسی ساختمان درونی این باکتری با استفاده از میکروسکوپ الکترونی ، مشخص شد که حدود 20 ذره‌ مکعبی یا هشت وجهی زنجیره‌وار در راستای محور طولی سلول آرایش یافته‌اند. این ذره‌ها در سیتوپلاسم همه‌ باکتری‌های مغناطیسی که بررسی شده‌اند، دیده می‌شود.

ذره‌های مکعبی ، که اکسید آهن‌ربای آهن هستند، بیشتر در قالب یک یا دو زنجیره آرایش یافته‌اند و شکل و اندازه یک‌دستی دارند. هر ذره را غشایی در بر می‌گیرد که همواره در نزدیکی غشای پلاسمایی قرار دارد و ممکن است به آن متصل باشد. چنین به نظر می‌رسد که غشای در بر گیرنده‌ ذره‌ها باعث تثبیت جایگاه آن‌ها در سلول می‌شود. مجموعه ذره‌ها و غشای در بر گیرنده‌ آن‌ها را مگنتوزوم می‌نامند.






نقش زیستی مگنتوزوم
اگر به محیط کشت A. magnetotactium آهن افزوده شود (به شکل یک ترکیب آلی محلول با غلظت یک یا دو میلی‌گرم در هر لیتر ، زیرا آهن معدنی در آب به اکسید نامحلولی دگرگونه می‌شود که جذب آهن را برای جاندار دشوار می‌سازد) باکتریها رشد می‌کنند، مگنتوزوم می‌سازند و در تاثیر میدان مغناطیسی قرار می‌گیرند. اگر آن‌ها به محیطی فقیر از نظر آهن (کمتر از نیم میلی‌گرم در هر لیتر) جابه‌جا شوند، رشد خواهند کرد، اما مگنتوزوم نمی‌سازند و در تاثیر میدان مغناطیسی قرار نمی‌گیرند. این آزمایش نشان می‌دهد که این باکتری‌ها فعالانه در ساختن آهن‌رباهای میکروسکوپی خود شرکت می‌کنند.

آیا هزینه کردن انرژی برای ساختن آهن‌ربا برای باکتری پیامد سودمندی نیز دارد؟
میدان مغناطیسی زمین ، در نیم‌کره‌ شمالی به سوی شمال و پایین و در نیم‌کره‌ جنوبی به سوی شمال و بالا گرایش دارد. با دور شدن از استوا و نزدیک شدن به قطب‌ها ، انحراف آن از حالت افقی افزایش می‌یابد. به دلیل انحراف میدان مغناطیسی ، در نیم‌کره‌ شمالی باکتری‌های شمال ‌جو ، به سوی پایین و باکتری‌های جنوب‌ جو به سمت بالا شنا می‌کنند. اما در نیم کره‌ شمالی، بیشتر باکتری‌های مغناطیسی ، شمال ‌جو هستند.

از این رو ، این باکتری‌ها بیشتر در گل و لای و رسوب‌های کف آبگیرها یافت می‌شوند. این باکتری‌های کف‌زی ، بی‌هوازی هستند یا درمحیط‌هایی که غلظت اکسیژن اندک است، بهتر رشد می‌کنند. گرایش به شنا کردن به سوی پایین برای باکتری‌ها نوعی برتری به شمار می‌آید، زیرا به آن‌ها کمک می‌کند که از پیامدهای زهرآگینی غلظت بالای اکسیژن در سطح آب در امان بمانند.

آینده بحث
بر اساس این فرضیه ، می‌توان انتظار داشت که باکتری‌های مغناطیسی در نیم‌کره‌ جنوبی بیشتر از نوع جنوب ‌جو باشند و بنابراین به سوی پایین شنا می‌کنند و در رسوب‌ها و دور از آب‌های سطحی به سر می‌برند. بررسی‌های انجام شده در نیوزلند ، درستی این فرضیه را نشان داد. همچنین ، بررسی‌های انجام شده در مورد رسوب‌های بدست آمده از بخش‌های استوایی ، از وجود باکتری‌های مغناطیسی در آن‌ها خبر داد که در راستای افق آرایش می‌یابند و جمعیت باکتری‌های جنوب‌ جو و شمال ‌جو در آن‌ها یکسان است. جابه‌جایی در راستای افق ، باکتری‌ها را از انحراف خطرناک به سمت محیط پراکسیژن و زهرآگین سطح آب در امان نگه می‌دارد
منبع:رشد