بیوفیلم: حتی چسبنده تر از حد گمان

یک مطالعه جدید در FEMS Microbiology Letters نشان می‌دهد که بیوفیلم‌ها همه جا هستند - در پلاک‌های دندانی و کانال‌های گوش، روی لنزهای تماسی و در خطوط لوله آب - و باکتری‌هایی که با افزایش سن آنها را انعطاف‌پذیرتر می‌کنند.

از آنجایی که باکتری های موجود در بیوفیلم ها در برابر آنتی بیوتیک ها مقاومت می کنند، این مطالعه ممکن است پیامدهای طولانی مدتی برای محققان پزشکی داشته باشد که به دنبال تولید داروهای بهتر و دستگاه های کمتر مستعد عفونت هستند.

بیوفیلم ها شهرهای باکتریایی هستند که به یک سطح چسبیده اند. آنها علاوه بر کمک به عفونت ها، می توانند فرآیندهای صنعتی را با مسدود کردن خطوط لوله و صمغ زدن ماشین آلات مختل کنند.

و همانطور که مطالعه نشان می دهد، بیوفیلم ها ممکن است درس هایی برای محققان تکامل داشته باشند.

نویسندگان استیون فینکل و آلیسون کریگزلی از کالج USC شواهدی از انتخاب طبیعی را در یک بیوفیلم باکتریایی تک گونه ای یافتند. فینکل دانشیار زیست شناسی مولکولی است. کریگزلی دانشجوی کارشناسی ارشد در گروه فینکل است.

فینکل گفت: «باکتری‌هایی که در ابتدا بیوفیلم را تشکیل دادند، با باکتری‌هایی که بعداً از همان بیوفیلم برداشت می‌کنیم، یکسان نیستند. جهش‌هایی که ما پیدا می‌کنیم، مناسب‌تر از سویه پایه‌گذار اصلی هستند.»

مقاله 2007 توسط هانسن و همکاران. در مجله Science شواهدی از انتخاب طبیعی در بیوفیلم‌های باکتریایی پیدا کرده بود، اما فقط در پاسخ به رقابت بین گونه‌ها.

مطالعه جدید مستقیماً نشان می دهد که باکتری های موجود در بیوفیلم ها می توانند در نتیجه گرسنگی یا سایر فشارهای خارجی تکامل یابند.

"ما برای اولین بار در اینجا نشان می دهیم که یک گونه از باکتری های تشکیل دهنده بیوفیلم می تواند در پاسخ به شرایط محیطی در حال تغییر تکامل یابد.".

فینکل و کرایگزلی بیوفیلم های باکتری E. coli را به مدت 33 روز انکوبه کردند که به طور بالقوه نشان دهنده صدها نسل از رشد است. سپس باکتری‌ها را از بیوفیلم‌های قدیمی حذف کردند و آن‌ها را در برابر باکتری‌های بیوفیلم‌های بسیار جوان قرار دادند.

هدف این بود که ببینیم کدام گروه از طریق تعداد زیاد فرزندان غالب خواهد شد.

"ما هرگز مشاهده نکردیم که سلول های یک روزه جمع آوری شده با بیوفیلم در هر زمان از سلول های مسن تر رقابت کنند."

محققان برای جلوگیری از این احتمال که جمعیت‌های مسن‌تر ممکن است بیشتر به محیط بیوفیلم عادت داشته باشند، به جای اینکه از نظر ژنتیکی متفاوت باشند، سلول‌ها را قبل از شروع رقابت به مدت 20 نسل در یک کشت خنثی قرار دادند..

سلول های بیوفیلم های قدیمی هنوز از رقبای خود پیشی می گیرند و این نشان می دهد که این مزیت ریشه در ژن های آنها دارد.

قابلیت تکثیر میکروب ها در چندین نسل بسیار سریع آنها را به سیستم های مدل ایده آلی برای مطالعه انتخاب طبیعی تبدیل می کند.

آزمایش بیوفیلم گونه‌ای از بهترین کار شناخته شده گروه فینکل است: مطالعات آن‌ها در مورد اینکه چگونه گرسنگی میکروب‌ها در یک محیط بسته منجر به پیدایش نوع غالب سلول‌هایی به نام جهش‌یافته GASP می‌شود، برای مزیت رشد در فاز ثابت.

GASPها، همانطور که فینکل آنها را می نامد، از باکتری های کشت های جوان تر رقابت می کنند. نکته کلیدی سن تک تک میکروب ها نیست، بلکه سن فرهنگی است که آنها از آن سرچشمه می گیرند: فرزندان جوان GASPها مانند والدین خود تسلط دارند.

مطالعه به صورت آنلاین در 23 فوریه منتشر شد.

بودجه این مطالعه از سوی بنیاد ملی علوم و دفتر تحقیقات علمی نیروی هوایی ایالات متحده تامین شد.