بیوتکنولوژی صنعتیبیوتکنولوژی میکروبی

کمک به افزایش تعامل دوستانه باکتری‌ها

محققان برای افزایش تعامل دوستانه باکتری‌ها، ژنوم آن‌ها را اصلاح می‌کنند. تعامل باکتری‌ها با یکدیگر دوستانه، خنثی یا علیه هم است. این روابط بسته به موقعیت‌های مختلف تغییر می‌کند. در سال‌های اخیر علاقه به شناسایی گونه‌های باکتریایی موجود در میکروبیوم انسان که در سلامتی و بیماری انسان مؤثر هستند و تلاش برای درک تعامل میان گونه‌های مختلف باکتری‌‌ها افزایش یافته است.


دانش کمک به افزایش تعامل دوستانه باکتری‌ها می‌تواند منجر به ایجاد روش‌های درمانی و ابزارهای مبتنی بر باکتری‌ها شود که در بهبود سلامت انسان، تولید مواد با ارزش یا ترمیم اکوسیستم میکروبی کاربرد دارند. با این حال، شناخت روابطی که همزمان بین چند گونه در یک کنسرسیوم از باکتری‌ها در یک محیط پیچیده مانند روده انسان اتفاق می‌افتد، به‌عنوان یک چالش شناخته شده است.

اکنون به لطف گروهی از محققان مؤسسه مهندسی بیولوژیکی Wyss، علم یک قدم بزرگ به هدف کمک به افزایش تعامل دوستانه باکتری‌ها نزدیک شده است. در مقاله جدیدی که اخیراً منتشر شده است، محققان توانسته‌اند که چهار گونه مختلف باکتری را در یک کنسرسیوم دستکاری کنند تا تعامل آن‌ها به جای آن که ضد هم باشد، سودمندتر گردد.

زمانی که چندگونه در یک محیط مشترک وجود دارند و از منابع یکسان استفاده می‌کنند، به احتمال زیاد روابط بین آن‌ها ضد هم است و در جهت بقا تلاش می‌کنند. دستکاری باکتری‌ها در جهت افزایش تعامل‌ دوستانه باکتری‌ها باعث محکم شدن و انعطاف‌پذیری کنسرسیوم گونه‌ها می‌شود. محققان به دنبال ساخت کنسرسیوم‌های مصنوعی هستند که برای کاربردهای مختلف در سلامت روده انسان و تولید بیولوژیک بهینه‌سازی شوند.

محققان برای افزایش تعامل دوستانه باکتری‌ها، ژنوم آن‌ها را اصلاح می‌کنند، به‌طوری که هرگونه قادر به تولید سه اسید آمینه مورد نیاز برای عملکردش نیست و اسید آمینه چهارم را بیش از حد تولید می‌کند. بنابراین هرگونه تنها در صورتی‌که سه گونه دیگر در محیط موجود باشند تا اسید آمینه‌هایی که فاقد آن است را تولید کنند، قادر به زنده ماندن است.

بدن انسان نیز قادر به تولید نه اسید آمینه مورد نیاز خود از 20 اسید آمینه نیست که با مصرف رژیم غذایی متنوع قادر به تولید آن‌هاست. بسیاری از باکتری‌ها برای ساخت ترکیباتی که قادر به ساخت آن نیستند به گونه‌های دیگر وابسته‌اند. این وابستگی باعث تنوع در کنسرسیوم‌های باکتری‌ها می‌شود.

گروه تحقیقاتی از چهار گونه باکتری E. coli ،S. Typhimurium ،B. thetaiotaomicron و  B. fragilis که در روده پستانداران یافت می‌شود برای ایجاد کنسرسیوم مصنوعی استفاده کردند. هرگونه از نظر ژنتیکی برای تولید متونین، هیستیدین، تریپتوفان یا آرژنین اصلاح شد و توانایی آن‌ها برای تولید سه اسید آمینه دیگر از بین رفت.

محققان برای ارزیابی اینکه آیا هرگونه توانایی نجات سایر گونه‌ها را دارد، به‌طور پیوسته ترکیبات ترشح شده توسط هرگونه را جدا کرده و در حضور آن ترکیبات گونه‌های دیگر را رشد دادند. با توجه به میزان اسید آمینه موجود در ترکیبات، هر یک از ترکیبات قادر به نجات گونه‌ها در درجات مختلف بودند.

برای بررسی چگونگی تعامل چهار گونه به‌صورت جمعی به‌عنوان یک کنسرسیوم همه آن‌ها را با هم کشت دادند و مشاهده شد که هرگونه قادر به دریافت اسیدهای آمینه کافی از سایر گونه‌ها برای زنده ماندن و تولید مثل است. محققان چندین بار این آزمایش را تکرار کردند و هر بار جمعیت یک گونه را کاهش دادند تا چگونگی واکنش کنسرسیوم به از دست دادن یک عضو را مشاهده کنند.

آن‌ها دریافتند که در کنسرسیوم باکتری‌های مهندسی نشده، کاهش گونه بهبود نمی‌یابد. در حالی‌که در باکتری‌های مهندسی شده گونه‌های S. Typhimurium و B. theta برای رسیدن به سطح نرمال بعد از کاهش گونه، مجدد رشد می‌کنند. هیچ‌یک از گونه‌های E. coli و B. fragilis قادر به بهبود پس از حذف نبودند و از بین رفتن  B. fragilis باعث شد رشد کل کنسرسیوم فقط به نیمی از رشد طبیعی خود برسد.

آزمایش‌های حذفی همچنین روابط بین سویه‌های مختلف را در هر کنسرسیوم مهندسی و غیر مهندسی شده نشان داد. در کنسرسیوم مهندسی نشده، عدم وجود گونه‌های خاص منجر به رشد بیشتر دیگر گونه‌ها می‌شود که این نشانگر رقابت طبیعی گونه‌ها با یکدیگر است. با این حال حذف یک گونه در کنسرسیوم مهندسی شده خواص سایر گونه‌ها را به‌طور چشمگیر تغییر نداد، اما حذف B. fragilis تأثیر منفی بر رشد دو گونه S. Typhimurium و E. coli داشت که این نشانگر این است که گونه B. fragilis برای این رشد این دو گونه مفید است.

محققان به طراحی کنسرسیوم باکتری‌های مفیدی که می‌توانند در محیط‌های پیچیده مانند روده انسان برای کاربردهای پزشکی فعالیت کنند، علاقمند هستند. افزایش تعامل دوستانه باکتری‌ها گامی مهم در جهت کنترل این کنسرسیوم‌ها است؛ به‌طوری که آن‌ها رفتارهای بیش از حد رشد و یا از دست دادن گونه‌ها را از خود نشان ندهند و عملکردهای طبیعی خود را انجام دهند. توانایی تبدیل کنسرسیوم باکتریایی به یک جامعه پایدار یکی از مهمترین چالش‌های پزشکی مرتبط با میکروبیوم است.

توسط
Scienmag
منبع
Synthetic Biology
برچسب‌ها
نمایش بیشتر

مژگان محبی

اهل اصفهان | دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی شیمی - بیوتکنولوژی، دانشگاه علم و صنعت ایران

نوشته‌های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

پنـجاه چهـار + = 64

دکمه بازگشت به بالا
EnglishIran
بستن