کشف صدها باکتری و دو آنتی‌بیوتیک جدید از دل خاک جنگل

به گزارش ایسنا، باکتری‌ها از مهم‌ترین موجودات زنده روی زمین‌اند که نقشی حیاتی در محیط زیست، کشاورزی و حتی سلامت انسان‌ها دارند. یکی از مهم‌ترین کاربردهای آن‌ها در تولید آنتی‌بیوتیک است؛ داروهایی که طی قرن گذشته جان میلیون‌ها نفر را نجات داده‌اند.

 با این حال، بسیاری از گونه‌های باکتریایی اصلاً در آزمایشگاه قابل کشت نیستند و این موضوع باعث شده ذخایر عظیمی از ترکیبات دارویی بالقوه همچنان ناشناخته باقی بماند. از طرفی با افزایش مقاومت دارویی، نیاز به کشف آنتی‌بیوتیک‌های جدید بیش از هر زمان دیگری احساس می‌شود.

خاک، بزرگ‌ترین منبع تنوع باکتریایی در جهان است. تنها یک قاشق چای‌خوری خاک می‌تواند هزاران گونه متفاوت از باکتری‌ها را در خود جای دهد. بیشتر آنتی‌بیوتیک‌های امروزی از همین منابع به دست آمده‌اند، اما تاکنون تنها بخش کوچکی از این گنجینه شناسایی شده است. دانشمندان معتقدند که در این دنیای پنهان، نه تنها داروهای تازه‌ای وجود دارد، بلکه سرنخ‌هایی درباره نقش میکروب‌ها در تغییرات آب‌وهوایی، حاصلخیزی زمین و سلامت اکوسیستم‌ها نیز نهفته است.

شان اف. بریدی، رئیس آزمایشگاه مولکول‌های کوچک رمزگذاری‌شده ژنتیکی در دانشگاه راکفلر به همراه همکارانش، روشی را برای کنار زدن این محدودیت‌ها توسعه داده است. آن‌ها به جای پرورش باکتری‌ها در آزمایشگاه، مستقیماً قطعات بزرگ DNA را از خاک استخراج کرده و با کمک فناوری‌های پیشرفته توالی‌یابی، ژنوم‌های کامل صدها باکتری ناشناخته را بازسازی کرده‌اند. در ادامه با بهره‌گیری از یک رویکرد نوین موسوم به synBNP، ساختار شیمیایی مولکول‌های طبیعی را از داده‌های ژنتیکی پیش‌بینی کرده و سپس آن‌ها را در آزمایشگاه سنتز کردند.

این کار شامل سه مرحله اصلی بود: استخراج قطعات بزرگ DNA از خاک، توالی‌یابی دقیق آن‌ها با فناوری‌های مدرن، و در نهایت تبدیل داده‌های به‌دست‌آمده به مولکول‌های واقعی با استفاده از روش‌های رایانه‌ای و شیمیایی. چنین روشی امکان کشف ترکیبات زیستی تازه را بدون نیاز به کشت میکروب‌ها فراهم می‌کند.

نتایج این پژوهش شگفت‌انگیز است. تنها از یک نمونه خاک جنگلی، صدها ژنوم کامل از باکتری‌هایی که هرگز پیش‌تر شناخته نشده بودند به دست آمد. افزون بر این، پژوهشگران موفق شدند دو ترکیب آنتی‌بیوتیکی جدید شناسایی کنند. یکی از آن‌ها با نام «اِروتاسیدین» می‌تواند غشای باکتری‌ها را تخریب کند و حتی علیه گونه‌های مقاوم نیز کارایی نشان داده است. دیگری، «تریجینتامایسین»، بر یک موتور پروتئینی خاص اثر می‌گذارد که هدفی نادر در مبارزه با باکتری‌ها به شمار می‌رود.

این دستاورد تنها آغاز راه است. پژوهشگران می‌گویند روش آن‌ها مقیاس‌پذیر است و می‌توان آن را در محیط‌های گوناگون به کار گرفت. به این ترتیب، دریچه‌ای تازه برای مطالعه میکروب‌هایی باز می‌شود که تاکنون دسترسی به آن‌ها غیرممکن بود.

این کشفیات که شرح کامل آن‌ها در نشریه معتبر Nature Biotechnology منتشر شده است، نه تنها می‌توانند نسل جدیدی از آنتی‌بیوتیک‌ها را به ارمغان بیاورند، بلکه چشم‌اندازی نو برای شناخت روابط پیچیده میکروبی در طبیعت فراهم می‌سازند.