التقط العلماء في المملكة المتحدة أكثر الصور دقة على الإطلاق للبكتيريا الحية، وسلطوا الضوء على الطبقة الخارجية الواقية التي تجعل قتل بعضها صعبا للغاية.
وتكشف الصور أن البكتيريا سالبة الغرام، وتمتلك غشاء خارجيا واقيا، لا يمكن اختراقه بشكل موحد - فهي في الواقع تحتوي على نقاط أقوى وأضعف على أسطحها.
ويتكون الغشاء الخارجي لدى هذه البكتيريا من شبكات كثيفة من اللبنات البروتينية. وفيما بينهما، توجد "بقع" خالية من البروتين من السلاسل السكرية المعروفة باسم غليكوليبيدات.
ويمنع الغشاء الخارجي الصلب للبكتيريا سالبة الغرام المضادات الحيوية من اختراق جدار الخلية، ما يجعل مقاومة مضادات الميكروبات للبكتيريا مثل السالمونيلا والإشريكية القولونية، أمرا خطرا.
وقال المعد المشارك بارت هوغينبوم، عالم الفيزياء الحيوية بجامعة كوليدج لندن، في بيان، إن معرفة أن هناك "فجوات صغيرة في البقع التي لا تحتوي على بروتين'' تشير إلى أنه قد تكون هناك نقاط ضعف يمكن استهدافها بالمضادات الحيوية.
وأجرى الدراسة، التي نُشرت في Proceedings of the National Academy of Sciences، فريق هوغينبوم في UCL، إلى جانب باحثين في المختبر الفيزيائي الوطني، كينغز كوليدج لندن، وجامعة أكسفورد وجامعة برينستون.
Sharpest images ever reveal the patchy face of living #bacteria @uclnews @PNASNews https://t.co/W5NJeJJeE1
— Phys.org (@physorg_com) October 25, 2021
وأضاف هوغينبوم: "الغشاء الخارجي هو حاجز هائل ضد المضادات الحيوية وهو عامل مهم في جعل البكتيريا المعدية مقاومة للعلاج الطبي. ومع ذلك، لا يزال من غير الواضح نسبيا كيفية وضع هذا الحاجز معا، ولهذا السبب اخترنا دراسته بمثل هذه التفاصيل".
وقامت جورجينا بين، الباحثة في مختبر هوغينبوم، بتشغيل إبرة صغيرة لا يزيد عرضها عن بضعة نانومترات على بكتيريا E. coli الحية. ومكنتها العملية، المعروفة باسم الفحص المجهري للقوة الذرية، من تصوير الهياكل الجزيئية على سطح الكائن الحي.
وتمكنت بين من تصوير السطح الكامل لبكتيريا الإشريكية القولونية (E. coli)، "بدقة عالية بشكل مذهل تقل عن خمسة نانومترات"، وفقا لـ ZME Science، حوالي 1/10000 من سمك شعرة الإنسان.
وكان الفريق يعلم بالفعل أن الغشاء الخارجي كثيف، لكن الصور الناتجة كشفت أنه مليء بالثقوب المجهرية المكونة من البروتينات.
وقال الباحثون إن هذه الثقوب تسمح للمواد الغذائية بالدخول مع إبعاد السموم.
وقالت بين في البيان: "تُظهر الصورة المدرسية للغشاء الخارجي للبكتيريا البروتينات الموزعة على الغشاء بطريقة غير مرتبة، ومختلطة جيدا مع اللبنات الأساسية الأخرى للغشاء".
وأضافت أن هذه الصور تدحض ذلك، حيث تبين أن البقع الدهنية مفصولة عن شبكات البروتين، "تماما مثل الزيت المنفصل عن الماء، وفي بعض الحالات تشكل فجوات في درع البكتيريا".
وأوضحت أن النتائج تعني أن العلماء يمكنهم "البدء في استكشاف ما إذا كان هذا الترتيب مهما بالنسبة لوظيفة الغشاء وسلامته ومقاومته للمضادات الحيوية وكيف يكون ذلك".
