پژوهشگران «دانشگاه اکسترمادورا»(University of Extremadura) استفاده از نانومواد و اعمال نیرو به باکتری‌ها را به عنوان راهبردهای جایگزین برای مبارزه با مقاومت آنها به آنتی‌بیوتیک‌های سنتی مورد بررسی قرار داده‌اند و در درجه اول بر این پرسش تمرکز کرده‌اند که چقدر نیرو برای از بین بردن یک باکتری لازم است.

به نقل از ادونسد ساینس نیوز، باکتری‌ها موجودات تک‌سلولی هستند که اگرچه اغلب برای انسان بی‌ضرر یا حتی سومند در نظر گرفته می‌شوند اما می‌توانند به بروز بیماری و عفونت منجر شوند. این مشکلات می‌توانند بیماری‌های دردناک اما غیر کشنده را از عفونت گوش و عفونت مجاری ادرار گرفته تا بیماری‌های کشنده مانند سل، دیفتری و مننژیت باکتریایی به همراه داشته باشند.

برای مبارزه با باکتری‌ها معمولا از آنتی‌بیوتیک‌ها استفاده می‌شود اما بشریت با یک تهدید سلامت جهانی روبه‌رو شده و آن تهدید این است که باکتری‌ها برای غلبه بر آنتی‌بیوتیک‌ها تکامل یافته‌اند. بحران مقاومت آنتی‌بیوتیکی در درجه اول به دلیل استفاده بیش از حد از آنتی‌بیوتیک‌ها ایجاد شده است.

براساس برنامه محیط زیست سازمان ملل، مقاومت آنتی‌بیوتیکی با حدود پنج میلیون مرگ در سال ۲۰۱۹ همراه بود و اگر کنترل نشود، می‌تواند تأثیر فاجعه‌باری را بر مردم و اقتصاد کشورها داشته باشد. این امر، علاقه به روش‌های جایگزین را برای مبارزه با آنها برانگیخته است.

یکی از راه‌های بررسی شدید، تخریب مکانیکی سلول‌های باکتریایی و استفاده از نانومواد با سطح تیز برای ارائه این نیرو است. حمله به باکتری‌ها در حال حاضر با دستگاه‌های پزشکی مانند ایمپلنت‌ها، کاتترها و وسایل جراحی برای جلوگیری از عفونت‌های باکتریایی اعمال می‌شود. با وجود این، پیشرفت این روش تا حدودی به دلیل عدم درک آنچه برای القای مکانیکی مرگ باکتریایی لازم است، محدود می‌شود اما از بین بردن یک موجود میکروسکوپی تک‌سلولی چقدر ممکن است سخت باشد؟

«ویرجینیا وادیلو رودریگز»(Virginia Vadillo-Rodríguez) از پژوهشگران این پروژه گفت: ممکن است این پرسش پیش بیاید که آیا می‌توان یک باکتری را به سادگی با پا گذاشتن روی آن از بین برد. با فرض این که یک شخص ۷۰ کیلوگرمی روی یک پا ایستاده باشد، نیروی اعمال‌شده حدود ۷۰۰ نیوتن خواهد بود که بسیار بیشتر از نیروی مورد نیاز برای از بین بردن یک باکتری است.

پاسخ این پرسش در چگونگی اعمال نیرو به باکتری نهفته است. دانشمندان برای درک نحوه انجام دادن موثر این کار، در واقع به یک ماده کوچک نیاز دارند و باید تعامل بین مواد و باکتری‌ها را درک کنند. «کریستینا فلورز»(Cristina Flors) سرپرست این پژوهش گفت: درک تعاملات بین سلول‌ها و مواد برای ارائه قوانین طراحی که به بهبود مواد زیستی کمک می‌کنند، مهم است. با وجود این، جنبه‌های اساسی این تعامل به خوبی درک نشده که تا حدی به دلیل چالش‌های مرتبط با ویژگی‌های تعامل در یک محیط بیولوژیکی است.

فلورس خاطرنشان کرد که هدف گروه او توسعه تجهیزات میکروسکوپی جدید برای رسیدگی به تعامل سلول-مواد به عنوان بخشی از تلاش‌های گسترده‌تر در رسیدگی به موضوع مقاومت آنتی‌بیوتیکی است. آنها به طور ویژه بر تعامل بین باکتری‌ها و نانومواد مکانوباکتریایی تمرکز می‌کنند.

فلورس گفت: این مواد، نانوذرات تیز ساخته‌شده روی سطح هستند که می‌توانند آسیب فیزیکی را روی دیواره سلولی باکتری ایجاد کنند. نانومواد مکانوباکتریایی بر تعاملات فیزیکی یا مکانیکی مبتنی هستند و به همین دلیل، مستعد القای مقاومت میکروبی نیستند. بنابراین، می‌توانند جایگزین آنتی‌بیوتیک‌های استاندارد باشند.

فلورس و همکارانش در پژوهش خود از «میکروسکوپ نیروی اتمی» استفاده کردند که فناوری سودمندی برای بررسی ویژگی‌های مکانیکی و دست بردن در سلول‌های باکتریایی در مقیاس نانو است.

فلورس گفت: چندین بررسی با میکروسکوپ نیروی اتمی توسط آزمایشگاه‌های گوناگون انجام شده‌اند که در آنها یک ماده نوک‌تیز مکانوباکتریایی شبیه‌سازی شده است. زمانی که پارگی دیواره سلولی تشخیص داده شود، نیرو به صورت کنترل‌شده به نوک تیزه ماده اعمال می‌گردد. در آزمایش‌های اولیه‌ که چند سال پیش گزارش شد، توانستیم به طور هم‌زمان یکپارچگی دیواره سلولی را مورد بررسی قرار دهیم و به تفسیر داده‌های میکروسکوپ نیروی اتمی کمک کنیم.

فلورس و همکارانش اکنون قصد دارند تحقیقات خود را درباره تعامل بین مواد و باکتری‌ها ادامه دهند تا به تولید مواد مکانوباکتریایی بهتر کمک کنند.

این پژوهش در مجله «Small» به چاپ رسید.