الملخص: ابتكر العلماء في جامعة رايس طريقة آمنة ناتجة عن الدمج بين علم النانو وعلم الفيروسات للتخلص من البكتريا في نظم معالجة المياه.

بناءً على ما توصل إليه علماء جامعة رايس وجامعة العلوم والتكنولوجيا في الصين، فإن لدى عناقيد الجسيمات النانوية المغناطيسية القدرة على اختراق الأغشية الحيوية والوصول للبكتيريا الملوثة لنظام معالجة المياه.

وطُور في مركز البحوث الهندسية لمعالجة المياه بتقنية النانو لدى جامعة رايس العناقيد النانوية حيث تحمل العاثيات -الفيروسات التي تصيب البكتيريا الهدف وتتكاثر بداخلها- وتنقلها للبكتيريا المستهدفة والتي تقاوم بشكل عام التعقيم الكيميائي.

عناقيد من الجسيمات النانوية المصاحبة للفيروسات العاثية التي تكتشف البكتيريا القولونية (إشيريشيا كولاي) وتقتلها في تحليل بمختبر جامعة رايس. طور الباحثون في جامعة رايس وجامعة العلوم والتكنولوجيا في الصين مزيج من العاثيات المضادة للبكتيريا وعناقيد من الجسيمات النانوية المغناطيسية التي تصيب البكتيريا المحصنة بالأغشية الحيوية وتدمرها في نظام معالجة المياه.

وبلا اجتذاب المضيف المغناطيسي، تتشتت العاثيات في المحلول وتفشل بشكل كبير باختراق الأغشية الحيوية مما يؤدي إلى نمو وتكاثر البكتيريا في المحلول مسببًا تآكل المعادن، بالإضافة إلى مشاكل عالية التكلفة في نظام توزيع المياه.

قام المهندس البيئي بيدرو ألفاريز “Pedro Alvarez” بمختبر رايس وزملاؤه في الصين بتطوير وتحليل العناقيد التي تعطل العاثيات؛ حقل مغناطيسي ضعيف يجذب العاثيات نحو الأغشية الحيوية ليصل للهدف.

تم نشر تفاصيل البحث في المجتمع الملكي لعلوم الكيمياء البيئية: نانو (Royal Society of Environmental Science : Nano)

وقال “ألفاريز” : “أن هذا النهج الجديد الذي نشأ من التقاء علم النانو بعلم الفيروسات لديه إمكانية هائلة للتعامل مع الأغشية الحيوية التي يصعب إزالتها بطريقة فعالة لا تولد منتجات ثانوية مطهرة ضارة”.

وذكر طالب الدراسات العليا بجامعة رايس المشارك في إعداد الدراسة بينجفينج يو “Pingfeng Yu” أن الأغشية الحيوية قد تكون نافعة في بعض معالجات مياه الصرف ومفاعلات التخمر الصناعي؛ نتيجة لتعزيزها لمعدلات التفاعل ومقاومتها للضغوط خارجية المنشأ، وأضاف: “ومن ناحية أخرى يمكن أن تكون الأغشية الحيوية ضارة جداً لنظام توزيع وتخزين المياه حيث أنه يكون ملجأ للأحياء المجهرية المُمرِضة التي تسبب مشاكل صحية خطيرة وقد تساهم أيضا في التآكل الذي يسبب خسائر اقتصادية”.

عاثيات مدمجة مع عناقيد الجسيمات النانوية بإمكانها الدخول للغشاء الخلوي بواسطة المغناطيس، وقد طور الباحثون بجامعة رايس وجامعة العلوم والتكنولوجيا بالصين المادة التي تقتل البكتيريا صعبة الوصول والمحمية الأغشية الحيوية في نظام معالجة المياه.

اُستخدمت العاثيات عديدة التكافؤ في المختبر- وهي القادرة على مهاجمة أكثر من نوع من البكتيريا- لاستهداف أغشية تم زراعتها في المختبر والتي تحتوي على سلالات البكتيريا الإشريكية القولونية ” Escherichia coli ” والمرتبطة بالأمراض المعدية وعدوى الزائفة الزنجارية ” Pseudomonas aeruginosa” التي تميل لمقاومة المضادات الحيوية.

وكانت العاثيات مخلوطة بعناقيد نانوية مكونة من الكربون والكبريت وأكسيد الحديد والذي عُدل مرة أخرى ضمن المجموعات الأمينية، ويدفع الغطاء الأميني العاثيات للارتباط بالعناقيد من جهة الرأس أولاً مع ترك الذيل المعدي معرض وقادر لإصابة البكتيريا.

واستخدم الباحثون حقل مغناطيسي ضعيف نسبيًا لدفع العناقيد النانوية تجاه الغشاء ليعطله، وأوضحت الصور أنه تم قتل أكثر من حوالي 90% من أغشية البكتيريا الإشريكية القولونية وعدوى الزائفة الزنجارية التي تم اختبارها في صفيحة بئرية- 96  “96-well plate” (طبق مخصص لإجراء التحاليل للكائنات المجهرية) مقابل أقل من 40% في صفيحة محتوية على العاثيات فقط.

ولاحظ الباحثون أن البكتيريا قد تستمر في تطوير مقاومتها للعاثيات، ولكن قدرتها على تعطيل الأغشية الحيوية بسرعة قد يكون أكثر صعوبة، كما ذكر “ألفايرز” أن المختبر يعمل على خليط من العاثيات التي قد تندمج فيها أنواع مختلفة من العاثيات و/أو المضادات الحيوية مع الجسيمات لتثبيط المقاومة.

ترجمة: نوران العميري

Twitter: @NuranTawfiq

مراجعة: سلمى سلمان

Twitter: @salmasalman7

المصدر: 

M.Phys:Team uses phage-enhanced nanoparticles to kill bacteria that foul water treatment systems