ساخت سطوح ضدباکتریایی با ویروس های قاتل

دانشمندان با استفاده ویروس هایی که دشمن طبیعی باکتری ها هستند، ماده ضد باکتریایی برای کاربرد های پزشکی و صنایع غذایی ابداع کردند.

به گزارش خبرگزاری علم و فناوری EDHA به نقل از ادونس ساینس نیوز، پژوهشگران دانشگاه فرایبورگ سوییس می گویند: باکتریوفاژ ها دشمن طبیعی باکتری ها هستند و از نظر اندازه، شکل و شیمی سطحی، در مقیاس نانو به خوبی تعریف شده اند؛ از این رو، نامزد های امیدوارکننده ای برای تولید مواد زیستی پیشرفته محسوب می شوند.

دانشمندان این ماده ضد باکتریایی را از طریق خودآرایی باکتریوفاژ «Qbeta» «کیو بتا» که یک ویروس ایکوسادرال شکل طبیعی با قطر تنها 29 نانومتر است در ترکیب با پلی کاتیون مصنوعی به نام پلی [2- (متاکریلویلوکسی) اتیل]تری متیل آمونیوم کلرید یا به اختصار pMETAC ساخته اند. پیش از این از pMETAC برای تولید سطوح ضد میکروبی استفاده شده است.

ترکیب بَرَنده ویروس و پلی کاتیون 

نتیجه مونتاژ ویروس و پلی کاتیون، یک کریستال کلوییدی بود که ماده ای متشکل از ذرات در مقیاس نانو یا میکرون است که در یک ساختار بسیار منظم و متقارن در یک محلول چیده شده اند. سپس این بلور ها به راحتی از محلول مایع جدا و یک ژل تشکیل می شود که به عنوان پایه ای برای این ماده باکتری کُش، عمل می کند.

«استفن سالنتینیگ» «Stefan Salentinig»، شیمیدان و مجری این پژوهش می گوید: برای تشکیل چنین بلور هایی از ذرات در محلول، باید بر نیروی برهمکنش دافعه ای بین ذرات، غلبه و آنها را به طور متقارن تراز کرد؛ فرایندی که به طور معمول در طبیعت به سختی انجام می شود.

محققان برای از بین بردن این نیروی شیمیایی دافعه ای، پوسته های ویروسی ایکوسادرال را با پلی کاتیون pMETAC که حاوی چندین محل باردار مثبت است، مخلوط کردند. این پلی کاتیون به عنوان نوعی چسب عمل می کند که به ذرات ویروسی کمک می کند خود را مرتب بچینند.

پژوهشگران سوییسی می گویند: با تجهیز باکتریوفاژ های کیوبتا به مولکول های pMETAC در محلول، قفس های کیوبتا به شکل متقارنی تجمع کرده و دانه های بزرگ و با ساختار هندسی بالا را تشکیل دادند.

به گفته آنها، معمولا چنین مواد سه بعدی نانوساختاری به مراحل ساخت پیچیده نیاز دارند. در اینجا، تولید آنها به سادگی با مخلوط کردن پلی کاتیون با ویروس ها امکان پذیر بود.

نانو قالب برای ایجاد پوشش های ضد باکتری

پس از خودآرایی فاژ در حضور pMETAC، محققان بررسی کردند که آیا ویروس همچنان قادر به آلوده کردن و کشتن باکتری ها هست است یا خیر. آنها نتایج به دست آمده را با باکتریوفاژ کیوبتا بدون pMETAC در آزمایشی به نام سنجش پلاک که معمولا در آزمایشگاه انجام می شود، مقایسه کردند.

در این آزمایش، ویروس به سطوح دارای باکتری در حال رشد اضافه می شود و با گذشت زمان، با آلوده شدن ویروس ها و کشتن باکتری ها، مناطق قابل مشاهده ای از سلول های مرده به نام پلاک ایجاد می شود. دانشمندان با شمارش تعداد پلاک های تشکیل شده توسط فاژ های مونتاژ شده و مونتاژ نشده، دریافتند که هر دو باکتری را به روشی مشابه از بین برده اند.

از نظر سالنتینیگ این یافته ها بسیار مهم هستند چرا که مسیر های جدیدی را برای ساخت مواد با ساختار سلسله مراتبی برای کاربرد های مختلف، از جمله الگوسازی نانو، باز می کنند.

دانشمندان از روش نانوتمپلینگ برای ایجاد ساختار های کوچک در مقیاس نانو از یک قالب استفاده می کنند که معمولا در فناوری های پیشرفته یا پزشکی استفاده می شود. در سناریوی باکتری کش های مبتنی بر کیوبتا، می توان با استفاده از نانوتمپلینگ، پوشش های ضد میکروبی برای سطوح مانند دستگاه های پزشکی ایجاد کرد که از رشد باکتری ها جلوگیری کنند.

قابلیت هایی فراتر از یک سطح ضد باکتری

سالنتینیگ می گوید این فناوری جدید می تواند کاربرد های بالقوه دیگری در پزشکی نیز داشته باشد مثلا درمان عفونت های روده.

به گفته وی باکتریوفاژ های مونتاژ شده می توانند باکتری های مضر را بدون تاثیر بر روی باکتری های مفید از بین ببرند. بلور های کلوییدی ویروس نیز می توانند برای دارورسانی یا ساخت واکسن های موثرتر مورد توجه قرار گیرند و با هدف قرار دادن سلول ها، چندین ذره فعال را به مکان های خاص تحویل دهند.

مجریان این طرح با تاکید بر کاربرد های فراتر از پزشکی و صنایع غذایی این ماده، می گویند: می توان از بلور های کلوییدی محلول ویروس برای ایجاد پوشش ها یا ذرات فوق العاده ای استفاده کرد که باکتری های بیماری زا را بین برده ولی سویه های پروبیوتیک را حفظ می کنند، کاربردی مانند صنایع پنیر و لبنیات.

محققان معتقدند این فناوری می تواند مقیاس پذیر باشد و می گویند تطبیق پذیری بالایی دارد، زیرا می توان از کپسید های ویروسی مختلف استفاده کرد و مواد ویروسی داخل آن را می توان با مواد زیستی به گونه ای تغییر داد تا مواد مغذی، دارو ها یا مولکول های زیستی را ارایه دهند.

نتایج این تحقیقات در نشریه Advanced Functional Materials منتشر شده است.