تُعد العدوى الناتجة عن بكتيريا مجموعة ESKAPE من أخطر التحديات التي تواجه القطاع الصحيّ عالميًا، نظرًا لقدرتها على مقاومة العديد من المضادات الحيويّة التقليديّة، مما يصعّب علاجها، ويزيد من معدلات المضاعفات والوفيات[1]. من أبرز سمات هذه البكتيريا قدرتها على تكوين الأغشية الحيويّة (Biofilms)، وهي تجمعات خلويّة محاطة بمصفوفة خارجيّة توفر لها حماية ميكانيكيّة وكيميائيّة ضد العوامل المناعيّة والعلاجيّة[2].

المشكلة: الأغشية الحيوية حاجز بين البكتيريا والمضادات الحيوية

تشكل الأغشية الحيويّة تحديًا علاجيًّا كبيرًا؛ فهي تعمل كحاجز فيزيائيّ يعيق دخول المضادات الحيويّة، ويقلل من فاعليتها، فضلًا عن دورها في تعزيز بقاء البكتيريا في البيئات السريريّة المعقدة. لذلك، فإن فهم بنية هذه الأغشية وآليات تكوينها يُعد أمرًا جوهريًّا لتطوير علاجات أكثر فعاليّة.

فى مركز الجينوم بجامعة زويل، نعمل على دراسة الجينوم الميكروبي لسلالات مختلفة من بكتيريا ESKAPE، مع التركيز على الجينات المسئؤولة عن تكوين الأغشية الحيويَية. ويهدف مشروعنا إلى اختبار فاعليّية جزيئات علاجيّية نانويّية واعدة، تُعرف بـاسم "النانوبايوتيكس"، من خلال تحليل تأثيرها على التعبير الجينيّ لعوامل الضراوة، خصوصًا تلك المرتبطة ببناء الغشاء الحيويّ.

المنهجية: تكنولوجيا التمدد المجهري نافذة لفهم بناء الأغشية الحيوية البكتيرية

في هذا الإطار، تبرز تكنولوجيا التمدد المجهريّ (Expansion Microscopy) كأداة حديثة وفعّالة تتيح للباحثين رؤية التفاصيل الدقيقة داخل الخلايا البكتيريّة باستخدام مجاهر ضوئيّة تقليديّة. تعتمد هذه التقنية على تثبيت العينة داخل هيدروجيل يتمدد لاحقًا ميكانيكيًّا، مما يُضاعف حجم البنية الخلويّة، ويوسّع التفاصيل الدقيقة لتصبح مرئيّة بدقة نانويّة. [3]

باستخدام التمدد المجهريّ، نستطيع تصوير التركيب البنيويّ المعقد للأغشية الحيويّة بدقة فائقة، وتحديد موقع البروتينات، أو الجينات المرتبطة بتكوين هذه البنية الدفاعيّة[4].

الرؤية المستقبلية: فهم تكوين الأغشية الحيوية يمهد الطريق لمكافحة البكتيريا المضادة للأدوية

من خلال هذه المقاربة التكامليّة، نأمل في كشف الآليات التي تسمح للبكتيريا بتكوين الأغشية الحيويّة ومقاومة العلاج، مما يُمهّد الطريق لتطوير استراتيجيات علاجية أكثر فاعليّة. كما تُسهم البيانات التي نحصل عليها في فهم البنية الفعليّة للغشاء الحيويّ، مما يساعد في تصميم جزيئات علاجيّ قادرة على اختراق هذه البنية المعقدة، أو منع تكوينها من الأساس.

يُمثّل الجمع بين أدوات تصوير متقدمة، مثل تكنولوجيا التمدد المجهري، وتحليل الجينوم الوظيفي، واستخدام الجزيئات النانوية خطوة نوعيّة في أبحاث مقاومة المضادات الحيويّة. إن مثل هذه التقنيات لا توفر فقط تفاصيل هيكليّة عالية الدقة، بل تُسهم أيضًا في تطوير علاجات موجهة قادرة على اختراق الحواجز الطبيعيّة التي تضعها البكتيريا المقاومة.

‍

إعداد وترجمة: بسمة أبو العزم محمد

جامعة زويل للعلوم والتكنولوجيا

‍الفائزة بمسابقة الذكرى العاشرة لتكنولوجيا التمدد المجهري

 المصادر:

[1]Tiwari V. Editorial: ESKAPE biofilm: challenges and solutions. Front Cell Infect Microbiol. 2023 Aug 1;13:1253439. doi: 10.3389/fcimb.2023.1253439. PMID: 37600954; PMCID: PMC10434215.

[2]Gondil VS, Subhadra B. Biofilms and their role on diseases. BMC Microbiol. 2023 Jul 31;23(1):203. doi: 10.1186/s12866-023-02954-2. PMID: 37525111; PMCID: PMC10391977.

[3]Wassie AT, Zhao Y, Boyden ES. Expansion microscopy: principles and uses in biological research. Nat Methods. 2019 Jan;16(1):33-41. doi: 10.1038/s41592-018-0219-4. Epub 2018 Dec 20. PMID: 30573813; PMCID: PMC6373868.

[4]Castagnini D, Palma K, Jara-Wilde J, Navarro N, González MJ, Toledo J, Canales-Huerta N, Scavone P, Härtel S. Proteus mirabilis biofilm expansion microscopy yields over 4-fold magnification for super-resolution of biofilm structure and subcellular DNA organization. J Microbiol Methods. 2024 May;220:106927. doi: 10.1016/j.mimet.2024.106927. Epub 2024 Mar 30. PMID: 38561125.