محققان یک مدل سه بعدی برای درک بهتر حرکت باکتری ها ایجاد کردند

باکتری های مارپیچی شکل هلیکوباکتر پیلوری رایج و دردسرساز هستند.

بیش از 13 درصد از آمریکایی ها دارای یک هلیکوباکتر پیلوری عفونت، اگرچه میزان آن با سن، نژاد و وضعیت اجتماعی-اقتصادی متفاوت است. این میکروارگانیسم از دم چوب پنبه مانند خود برای حرکت از طریق مایعات چسبناک مانند مخاط معده استفاده می کند. هنگامی که به اپیتلیوم دیواره معده می رسد، می تواند همه چیز را از زخم تا سرطان ایجاد کند.

در مطالعه جدیدی که توسط نامه های بررسی فیزیکیمحققان کالج مهندسی FAMU-FSU یک مدل سه بعدی از این باکتری را برای درک بهتر حرکت آن ایجاد کردند، به این امید که کد حاکم بر حرکت ارگانیسم را بشکنند و درمان‌های جایگزین برای عفونت‌ها، مانند تقویت سد مخاطی معده که در برابر باکتری قرار می‌گیرد، ایجاد کنند.

مردم سراسر جهان زخم‌ها را با آنتی‌بیوتیک درمان کرده‌اند، زیرا آنتی‌بیوتیک‌ها باکتری‌ها را از بین می‌برند، اما این یک شمشیر دو لبه است. اگر بفهمیم این باکتری‌ها چگونه حرکت می‌کنند، می‌توانیم راه‌حل‌های دیگری برای درمان ارائه کنیم.»

هادی محمدیگوشکی، همکار پژوهشی، دانشیار گروه مهندسی شیمی و بیومدیکال

در آزمایش‌ها، تیم یک مدل از باکتری را در یک ژل پلیمری با ویسکوزیته بالا قرار داد، نمونه‌ای از آنچه سیال تنش تسلیم نامیده می‌شود. این سیالات تحت تنش های کوچک مانند جامدات رفتار می کنند اما مانند مایعات فراتر از یک نقطه تنش بحرانی جریان دارند.

سپس آنها از یک میدان مغناطیسی برای چرخش مدل سه بعدی استفاده کردند و رفتار میکروارگانیسم را تقلید کردند. محققان با استفاده از تکنیک‌های ردیابی ذرات و تصویربرداری، سرعت باکتری را اندازه‌گیری کردند و توزیع و چگالی مایعی که در اطراف آن جریان داشت را به تصویر کشیدند.

محققان دو آستانه حیاتی را شناسایی کردند که باکتری ها باید بر آنها غلبه کنند: گشتاور مورد نیاز برای چرخش مدل شنا و نیروی مورد نیاز برای به جلو راندن مدل.

محمدیگوشکی گفت: «ما دریافتیم که اگر پیشرانه دم خیلی ضعیف باشد، باکتری در ژل گیر کرده است. “اگر نیرو به اندازه کافی قوی بود، می توانست به ژل نفوذ کند. مانند زمانی است که یک پیچ را در یک دیوار محکم سوراخ می کنید. اگر مته شما به اندازه کافی قوی نباشد و پیچ را با نیروی کافی فشار ندهید، این کار انجام می شود.” به دیوار نفوذ نمی کند، اما با نیروی مناسب، می تواند از بین برود.”

حرکات شنا و نیرویی که اجازه می دهد هلیکوباکتر پیلوری حرکت کردن برای اجسام بزرگتر مانند کرم های خاکی که در خاک حفر می کنند، انگل های مختلف و غیره نیز اعمال می شود.

کوروش شولی، استادیار دپارتمان مهندسی مکانیک، می گوید: «اگر ما بفهمیم که چگونه باکتری ها با موفقیت حرکت می کنند تا به بدن ما حمله کنند، می توانیم از این اطلاعات برای هر چیزی که می توانیم تصور کنیم استفاده کنیم.

شول بخشی از تیم تحقیقاتی چند رشته ای است و متخصص علوم محاسباتی است. او توضیح داد که چگونه یادگیری از طبیعت می تواند پاسخ بهتری را از سیستم های مکانیکی و بیولوژیکی دریافت کند.

شولی گفت: «در آینده می‌توانیم یک میکروربات طراحی کنیم که بتواند دارو را به یک مکان خاص در بدن برساند، از نظر مبارزه با سرطان خون و سایر بیماری‌ها». «یا شاید بتوانیم ربات‌های کوچکی طراحی کنیم که از حرکت شنا و نیرو استفاده می‌کنند هلیکوباکتر پیلوری، که می تواند در شن و ماسه حفاری کند تا به دنبال آب یا نفت باشد. امکانات بی پایان هستند.”

فرشاد نظری، دانشجوی دکتری مهندسی شیمی و بیومدیکال FSU، با این دو محقق کار می کند و نویسنده اصلی این مقاله است.