אם השיניים שלך אי פעם הרגישו מטושטשות לאחר דילוג על צחצוח, נתקלת בביופילם – שכבת חיידקים רזה שנצמדת למשטחים. במסגרות רפואיות, סרטי ביו-פילם מקשים על הטיפול בזיהומים כאשר הם יוצרים מגן מגן עבור חיידקים במכשירים כמו צנתרים ושתלים.
מדעני UC Riverside גילו כעת כימיקל שצמחים מייצרים כשהם בלחץ מונע היווצרות ביופילם. פריצת הדרך מציעה התקדמות פוטנציאלית בתחום הבריאות, כמו גם מניעת קורוזיה של ציוד במסגרות תעשייתיות.
"במונחים פשוטים, ביופילמים הם קהילות של מיקרואורגניזמים, כמו חיידקים או פטריות, שנדבקים זה לזה ויוצרים שכבת הגנה על משטחים", אמר קטאיון דהש, פרופסור מכובד לביוכימיה מולקולרית ב-UCR, ומחבר מקביל של מחקר על התגלית.
"כנראה ראיתם אותם כשכבה הררית על סלעי הנהר או הפלאק על השיניים שלכם. למרות שהם חלק טבעי ממערכות אקולוגיות רבות, סרטי ביו-פילמים יכולים לגרום לבעיות גדולות".
המחקר, שפורסם בכתב העת Nature Communications, מדגיש את החשיבות של מטבוליט מסוים, שהוא מולקולה הנוצרת במהלך תגובות כימיות מקיימות חיים בתוך צמחים, כמו גם חיידקים ואפילו כמה טפילים, כמו זה שגורם למלריה.
בצמחים, המטבוליט הזה, MEcPP, ממלא תפקיד קריטי לא רק בייצור תרכובות חיוניות אלא גם באיתות הלחץ. לדוגמה, כאשר צמח ניזוק בצורה כלשהי ויותר מדי חמצן נכנס לתאים שלו, הוא צובר MEcPP. לאחר מכן מולקולה זו מפעילה תגובות הגנה בתוך הצמח. החוקרים גילו כי לאותה מולקולה יש השפעה מפתיעה על חיידקים כמו E. coli: היא משבשת את התפתחות הביופילם על ידי הפרעה ליכולת החיבור שלה למשטחים.
במסגרות רפואיות, סרטי ביופילם גדלים על מכשירים כמו צנתרים, סטנטים או שתלים, מה שמקשה על הטיפול בזיהומים מכיוון שהחיידקים בביופילמים עמידים מאוד לאנטיביוטיקה. בהקשרים תעשייתיים הם סותמים צינורות, מזהמים ציוד לעיבוד מזון וגורמים לקורוזיה.
"על ידי מניעת השלבים המוקדמים של פיתוח ביופילם, מולקולה זו מציעה פוטנציאל אמיתי לשיפור התוצאות בכל תעשיות הנשענות על משטחים נקיים", אמר Dehesh.
חיידקים מסתמכים על מבנים דמויי שיער הנקראים fimbriae כדי לעגן את עצמם למשטחים, שלב קריטי בהתחלת ביופילם. Fimbriae עוזרים לחיידקים להיצמד לשתלים רפואיים, צינורות, או אפילו שיניים, שם הם מפרישים מטריצת הגנה שמגינה עליהם מפני אנטיביוטיקה וחומרי ניקוי. ללא fimbriae, היווצרות ביופילם לא יכולה להתחיל.
"סרטים ביולוגיים הם כמו מבצרים לחיידקים", אמר Jingzhe Guo, מדען פרויקט UCR והמחבר הראשון של המאמר. "על ידי שיבוש השלב הראשוני של ההתקשרות, MEcPP מנטרל למעשה את יכולת החיידקים להקים מבצרים אלה מנשקם."
באמצעות בדיקות גנטיות של יותר מ-9,000 מוטציות חיידקים, צוות המחקר זיהה גן מפתח בשם fimEהפועל כ"מתג כיבוי" לייצור פימבריאים. MEcPP מגביר את הפעילות של גן זה ומגביר את הביטוי של fimE. זה, בתורו, מונע מהחיידקים לייצר פימבריה וליצור סרטי ביופילם.
"התגלית שלנו יכולה לעורר אסטרטגיות למניעת ביופילם במגוון רחב של תעשיות", אמר גואו. "ממערכות מים נקיות יותר ועד מוצרי טיפול שיניים טובים יותר, האפשרויות הן עצומות".
סרטי ביולוגי הם לא רק דאגה רפואית אלא גם בעיה יקרה בסביבה תעשייתית. הם תורמים לצנרת סתומה, למכונות פגומות ולזיהום במתקני עיבוד מזון. שיטות מסורתיות לניהול ביופילם מסתמכות לרוב על כימיקלים קשים או על טיפולים יקרים, שעלולים להזיק לסביבה או לא יעילים לאורך זמן כאשר חיידקים מסתגלים.
"מחקר זה הוא עדות לקשרים הבלתי צפויים בין ביולוגיה של צמחים למיקרוביולוגיה", אמר גואו. "זה מרגש לחשוב שמולקולה שצמחים משתמשים בה כדי לאותת על לחץ עשויה יום אחד לעזור לבני אדם להילחם באיומי חיידקים."
