أول نظرة تفصيلية على البنية ثلاثية الأبعاد لجدار الخلية البكتيرية

يتكون جدار الخلية البكتيرية، والذي يعد هدفًا للمضادات الحيوية المحتملة، مثل البنسلين، في الواقع من طبقة أحادية رقيقة من سلاسل السكر (الكربوهيدرات) المرتبطة ببعضها بواسطة البروتينات، وبالتالي تلتف البكتيريا مثل الحزام حول الخصر

يتكون جدار الخلية البكتيرية، والذي يعد هدفًا للمضادات الحيوية المحتملة، مثل البنسلين، في الواقع من طبقة أحادية رقيقة من سلاسل السكر (الكربوهيدرات) المرتبطة ببعضها بواسطة البروتينات، وبالتالي تلتف البكتيريا مثل الحزام حول الخصر.

وذلك وفقًا لدراسة أجراها مجموعة من العلماء من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا (معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا المعروف أيضًا باسم معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا). أصبحت أول لمحة على الإطلاق عن البنية ثلاثية الأبعاد لجدار الخلية ممكنة بمساعدة أحدث الأساليب المجهرية التي زودت العلماء بالقدرة على تصور هذه الهياكل البيولوجية على مستويات النانومتر. يقول العالم جرانت جنسن، أستاذ علم الأحياء في المعهد والباحث الرئيسي في الدراسة: "يعد هذا تقدمًا تكنولوجيًا وبيولوجيًا".

ويوضح الباحث أن "الخلايا البكتيرية تعتمد على شبكة تشبه القفص تحيط بها وتحافظ على سلامتها". "لولا وجود هذا الكيس الجزيئي - لم تكن البكتيريا لتعيش؛ على الأرجح أنه كان سيتفكك."

يتكون هذا الكيس، المعروف باسم الكيس، من الببتيدوغليكان - وهي شبكة من البوليمرات تتكون من سلاسل طويلة من السكريات المرتبطة ببعضها بواسطة الببتيدات القصيرة. الببتيدوغليكان هو المكون الهيكلي الرئيسي للجدار الخلوي للبكتيريا، وهو ما يعطيها شكلها وقوتها.

تتداخل العديد من أدوية المضادات الحيوية، مثل البنسلين، مع بناء الببتيدوغليكان، وخاصة عمل الناقلة الببتيداز، وهو الإنزيم الذي يقوم ببنائه، مما يؤدي إلى إتلاف جدار الخلية البكتيرية. تعتبر الطفرات التي تسبب تغيرات في إنزيم الببتيداز، وبالتالي تتداخل مع التفاعلات بينه وبين دواء المضاد الحيوي، عاملاً مهمًا في تطور مقاومة المضادات الحيوية.

منذ فجر التاريخ، اهتم الباحثون بفهم البنية التفصيلية والدقيقة لهذه الحويصلة. وعلى وجه الخصوص، تساءل الباحث وزملاؤه عما إذا كانت سلاسل السكر - المرتبطة بالببتيدات القصيرة - تغلف الخلية بالفعل مثل الحزام أم أنها تبرز خارج غلاف الخلية مثل العشب فوق الأرض. لقد استعصى العلماء على الإجابة على هذا الجدل، لأن محاولة التنبؤ بمثل هذه التفاصيل البيولوجية الدقيقة كانت بعيدة عن متناولهم التكنولوجي. حتى الان.

ويقول الباحث: "قبل ستة أعوام، أتاحت لنا منحة من مؤسسة مور شراء ما يمكن تسميته بأفضل مجهر إلكتروني مبرد في العالم". "لقد أتاحت لنا هذه المعدات الحصول على نوع مختلف من الصور ذات التفاصيل البيولوجية الدقيقة التي لم تكن موجودة من قبل. هذه الصور عبارة عن صور ثلاثية الأبعاد بدقة جزيئية - يمكنك فعليًا البدء في تصور المركبات البيولوجية الفردية. ومن خلاله يمكننا ملاحظة هذه الشبكة من سلاسل السكر. لقد كان الأمر مذهلاً."

ومن خلال الجمع بين الصورة المجهرية وطريقة التنقية التي تتكون من إزالة أغلفة الحويصلات وتسطيحها في طبقة رقيقة من الماء، تمكن الباحث لو غان، المؤلف الأول للمقال، من تصور البنية التفصيلية ثلاثية الأبعاد لشبكة الببتيدوغليكان وإجراء نوع من "الجولة" المكانية المحاكاة للحويصلة البكتيرية.

يقول الباحث الرئيسي: "ما رأيناه كان عبارة عن أنابيب صغيرة طويلة تلتف حول المثانة مثل ضلوع الشخص أو حزام حول الخصر". "لقد رأينا أيضًا أن الحويصلة تتكون من طبقة أحادية رقيقة."

ويضيف الباحث: "هذه إجابة واضحة على هذا السؤال القديم". "اليوم نحن نعرف التفاصيل الدقيقة للمركب الأساسي الذي يؤثر على البنية المكانية. اليوم نعرف ما هي الإجابة الصحيحة في مواجهة مجموعة واسعة من الإجابات الأخرى، بعضها خاطئ تمامًا.

يقول الباحث إن فهم التركيب الدقيق لجدار الخلية أمر في غاية الأهمية، لأنه لفترة طويلة جدًا ظل العلماء في جهل بشأن الجوانب الفيزيائية والميكانيكية الأساسية للحياة البكتيرية، بما في ذلك سبب بنائها بهذه الطريقة. . ويوضح قائلاً: "من الصعب أن تفهم بشكل صحيح كيفية تجميع المبنى ما لم تكن قادرًا على رؤية وحدات البناء نفسها". "الآن بعد أن أصبحنا قادرين على رؤية اللبنات الأساسية - أبسط التفاصيل في بنية الحويصلة - أصبحنا أقرب إلى فهم كيفية قدرة البكتيريا على التحكم في نموها وكيف يمكن للأدوية التي تمنع ذلك أن تعمل."

الخبر الأصلي لمعهد البحوث