ساختار شگفت انگیز اسفنج آشپزخانه شما یک انکوباتور باکتریایی است!

اخبار بیولوژی

تنوع زیستی نفرت انگیز:

محققان دریافتند که ساختار اسفنج از ساختار خاک تقلید می‌کند تا محیطی مناسب‌تر از اکثر تجهیزات آزمایشگاهی، برای تنوع میکروبی ایجاد کند.ساختار محیطی بر تعامل بین گونه‌های میکروبی تاثیر می‌گذارد و باعث می‌شود که اسفنج معمولی آشپزخانه نسبت به ظرف پتری آزمایشگاهی، انکوباتور بهتری برای تنوع باکتریایی باشد.محققان دانشگاه دوک، یک حقیقت ساده اما شگفت انگیز را کشف کردند: اسفنج معمولی آشپزخانه شما انکوباتور باکتریایی بهتری نسبت به ظرف پتری آزمایشگاهی برای جوامع مختلف باکتریایی است. اما باقی‌مانده‌های به دام افتاده غذا به تنهایی باعث مولد شدن باکتری ها نمی‌شود، بلکه عامل اصلی آن ساختار خود اسفنج است.

در یک سری آزمایش، دانشمندان نشان می‌دهند که چگونه گونه‌های مختلف میکروبی می‌توانند بر پویایی جمعیت یکدیگر بر اساس عوامل محیطی ساختاری آنها مانند پیچیدگی و اندازه، تاثیر بگذارند. برخی باکتری‌ها در جوامع متنوع گروهی رشد میکنند، در حالی که برخی دیگر زندگی انفرادی را ترجیح می‌دهند. یک محیط فیزیکی که به هردو نوع اجازه می‌دهد بهترین زندگی خود را داشته باشند، منجر به ساخته شدن قوی‌ترین سطوح تنوع زیستی می‌شود.

خاک همانند اسفنج آشپزخانه‌تان، میتواند این نوع محیط بهینه مسکن مختلط را فراهم کند.مهندسان ژنتیک دانشگاه دوک بر این باورند که نتایج نشان می‌دهد که محیط‌های ساختاری باید توسط صنایعی که از باکتری‌ها برای انجام وظایفی مانند پاکسازی یا تولید محصولات تجاری استفاده می‌کنند، در نظر گرفته شود.

نتایج این تحقیقات در مجله زیست شناسی شیمیایی طبیعت ( Nature Chemical biology ) در نهم فوریه 2022 منتشر شد.این گونه های مختلف باکتری – هرکدام به گونه ای طراحی شده‌اند تا رنگ و درخشش متفاوتی داشته باشند و محققان به همین روش رشد آنها را تحت نظر می‌گیرند – به لطف محیط ساختاری خود در هماهنگی با یکدیگر رشد می‌کنند.

پروفسور مهندسی پزشکی دانشگاه دوک، لینگ‌چونگ یو (Lingchong You) گفت:” باکتری‌ها همانند انسان‌هایی هستند که در پاندمی زندگی می‌کنند – برخی از افراد در انزوا رنج می‌برند در حالی که بعضی دیگر رشد و پیشرفت میکنند. ما نشان دادیم که در یک جامعه پیچیده که تعاملات مثبت و منفی بین گونه‌ها وجود دارد، مقدار متوسطی از یکپارچگی وجود دارد که همزیستی کلی آن را به حداکثر می‌رساند.”

جوامع میکروبی در درجات مختلف در طبیعت، با یکدیگر مخلوط می‌شوند. خاک، گوشه‌ها و شکاف‌های بسیاری را برای رشد جمعیت‌های مختلف ( بدون تعامل زیاد با همسایگانشان) فراهم می‌کند. همین امر را می‌توان برای تک تک قطرات آب روی برگ‌ها نیز بیان کرد.

همچنین اخبار بیشتری بخوانید:

تحریک سلول‌های قلب موجود در موش‌های زنده توسط ژن‌ها بهینه شده استخراج شده از باکتری‌ها

باکتری‌های روده انسان برای اشتراک ویتامین B12  رابطه جنسی برقرار می‌کنند

بزرگترین باکتری جهان که به اندازه یک مژه است، کشف شد

دانشمندان بسیاری از گونه‌های مختلف باکتری را با هم در یک محفظه بدون ساختار می‌ریزند، تا کالاهایی مثل الکل، سوخت زیستی و دارو تولید کنند. (معمولا روی یک بشقاب یا حتی یک خمره بزرگ قرار می‌گیرند). پروفسور یو و تیم او در آزمایش‌های خود نشان می‌دهند که چرا این تلاش‌های صنعتی ممکن است عاقلانه باشد – تا رویکردی ساختاری به تلاش‌های تولیدی خود داشته باشد.

این گونه‌های مختلف باکتری – هرکدام به گونه‌ای طراحی شده‌اند تا رنگ و درخشش متفاوتی داشته باشند و محققان به همین روش رشد آن‌ها را تحت نظر می‌گیرند – به لطف محیط ساختاری خود در هماهنگی با یکدیگر رشد می‌کنند.

محققان حدود 80 گونه مختلف باکتری E.coli را بارکد کردند تا بتوانند رشد جمعیت آنها را ردیابی کنند. سپس باکتری‌ها را در ترکیبات مختلف روی صفحات رشد آزمایشگاهی با طیف گسترده‌ای از فضاهای زندگی بالقوه، از شش چاه بزرگ تا 1536 چاه کوچک مخلوط کردند. چاه‌های بزرگ محیط‌هایی را تقلید می‌کردند که در آن گونه‌های میکروبی می‌توانند آزادانه با هم مخلوط شوند، در حالی که چاه‌های کوچک فضاهایی را تقلید می‌کردند که گونه‌ها نمی‌توانستند آزادانه در آن مخلوط شوند.

صرف نظر از اندازه زیستگاه، نتایج یکسان بود. چاه‌های کوچکی که در ابتدای آزمایش تعداد انگشت شماری از گونه‌های باکتری داشتند، به جامعه‌ای تبدیل شدند که تنها یک یا دو گونه از آنها باقی مانده بود. به طور مشابه، چاه‌های بزرگی که آزمایش را با طیف وسیعی از تنوع زیستی آغاز کرده بودند،  با تنها یک یا دو گونه باقی مانده آن را به پایان رساندند.

یو گفت: ” تقسیم بندی کوچک به گونه‌هایی آسیب می‌رساند که برای بقای خود به تعامل با گونه‌های دیگر وابسته هستند، در حالی که تقسیم بندی بزرگ، اعضایی را که از این تعاملات رنج می‌برند (گونه هایی که تنهایی را ترجیح می‌دهند) را حذف می‌کند. اما تقسیم بندی میانی به حداکثر تنوع بازماندگان در جامعه میکروبی می‌پردازد.”

به گفته یو، نتایج این آزمایش، چارچوبی را برای محققانی که با جوامع مختلف باکتریایی کار می‌کند ایجاد می‌کند، تا شروع به آزمایش این کنند که چه محیط‌های ساختاری ممکن است برای اهدافشان بهترین کارایی را داشته باشد. آو همچنین به این نکته اشاره می‌کند که چرا اسفنج آشپزخانه چنین زیستگاه مفیدی برای میکروب‌ها است. این درجات مختلف تعامل، جداسازی موجود در خاک سالم را تقلید می‌کند و لایه‌های متفاوتی از جداسازی را همراه با اندازه‌های مختلف فضاهای مشترک، فراهم می‌کند.

برای اثبات این نکته، محققان آزمایش خود را با یک نوار اسفنج معمولی خانگی نیز انجام دادند. نتایج نشان داد که این انکوباتور برای تنوع میکروبی حتی از هر یک از تجهیزات آزمایشگاهی که استفاده کردند، برای تنوع میکروبی، بهتر است.

وی گفت: ” همانطور که به نظر می‌رسد، اسفنج یک راه بسیار ساده برای اجرای تقسیم بندی چند سطحی برای تقویت جامعه کلی میکروبی و  یک انکوباتور باکتریایی است – ساختار اسفنج یک خانه عالی برای میکروب‌ها می‌سازد.”

مترجم:حنانه بریمانی

منابع: ” تعدیل پویایی جامعه میکروبی با پارتیشن بندی فضایی” از فیلون وو، یوآنچی ها، آندریا ویس، میدی ونگ، جفری لتورنو، شانگ‌یینگ ونگ، نان لو، شوخوآن هوآنگ، شارلوت تی.لی، لارنس آ.دیوید و لینگ‌چونگ یو. دهم فوریه 2022، زیست‌شناسی شیمیایی طبیعت.

Reference: “Modulation of microbial community dynamics by spatial partitioning” by Feilun Wu, Yuanchi Ha, Andrea Weiss, Meidi Wang, Jeffrey Letourneau, Shangying Wang, Nan Luo, Shuquan Huang, Charlotte T. Lee, Lawrence A. David and Lingchong You, 10 February 2022, Nature Chemical Biology.

مطالعه صدها مطلب علمی در حوزه بیولوژی

آرشیو جدیدترین خبرهای روز دنیای بیولوژی

همچنین مطالب علمی بیشتری را مطالعه کنید:

بیوفیلم باکتری ها

باکتری