חיידקים הם לרוב יצורים חברתיים. התלויים במושבות בצורות וגדלים משתנים, חיידקים אלה מתקשרים עם אחיהם ואפילו מיני חיידקים אחרים - אינטראקציות שלפעמים יכולות להפוך אותם לקטלניים יותר או עמידים יותר לאנטיביוטיקה.
כעת, מושבות חיידקים המפוסלות לצורות מותאמות אישית על ידי מדפסת תלת מימד יכולות להיות מפתח להבנה כיצד מתפתחים כמה זיהומים עמידים לאנטיביוטיקה. הטכניקה החדשה משתמשת בשיטות דומות לאלו המופעלות על ידימדפסות תלת מימד מסחריות, המוציאים פלסטיק, ליצירת מקומות רבייה של חיידקים על בסיס ג'לטין. ניתן לחצוב דירות מיקרוביאליות אלה כמעט לכל צורה תלת מימדית, כולל פירמידות וכדורים מקוננים.
זֶהטכניקת הדפסה תלת מימדיתיכול לשמש כדי לחקור שאלות כמו "כמה חיידקים צריך להתקבץ יחד, ובאיזה גודל ובאיזה צורה, כדי שהמיקרוקולוניה הזו תתחיל לפעול אחרת ממה שהתאים פועלים בעצמם", אמר חוקר המחקר ג'ייסון שיר, א. פרופסור לכימיה וביוכימיה באוניברסיטת טקסס באוסטין.
אשכולות קטלניים
התקבצות חיידקים חשובה בדיוק בגלל שחיידקים שחבורים יחד פועלים לעתים קרובות אחרת מאשר תא בודד בפני עצמו. במקרים מסוימים, חיידקים אפילו מצמידים את עצמם על משטחים עם חומר דמוי דבק, ויוצריםסרטי ביועמידים בעקשנות לאנטיביוטיקה או למערכת החיסון. רופאי השיניים הפלאקים מגרדים את השיניים שלך הוא ביופילם שיכול להכיל עשרות סוגי חיידקים המקיימים אינטראקציה, אמר שיר ל- LiveScience.
קטלניים יותר הם הביופילמים המתאספים בריאות של חולים במחלת הנשימה סיסטיק פיברוזיס. אנטיביוטיקה יכולה לעצור חיידקים מפוזרים שגורמים לדלקות ריאות בחולים אלה, אך סרטים ביופימים מתמשכים על רקמת הריאה אורבים, מחכים לירוק נוודים חיידקיים חדשים. התוצאה, אמר שייר, היא מעגל של זיהום וטיפול שלעתים קרובות הוא קטלני עבור המטופל. בממוצע, אנשים עם סיסטיק פיברוזיס חיים רק עד אמצע שנות ה-30 לחייהם, על פי קרן סיסטיק פיברוזיס.
הבנת ביופילמים וקהילות חיידקים אחרות היא חיונית כדי ללמוד כיצד לפרוץ הגנות חיידקיות, אבל "באמת, טכנולוגיות פשוט לא היו שם", אמר שיר.
הדפסת חיידקים
הדפסה תלת מימדית עשויה לספק דרך להבנה. ראשית, שיר ועמיתיו מוסיפים תאי חיידקים לתערובת ג'לטין, שאותם הם מקררים כדי להתמצק, בערך כמו האופן שבו ג'ל-O נוצר. תאי החיידק הם כמו הפרי בקוקטייל ה-Jell-O הזה.
בעזרת לייזר, החוקרים חוצים קפסולות סביב החיידקים המרחפים. אור הלייזר גורם למולקולות בג'לטין לקשר לצמיתות. כאשר הכמוסות המתקבלות מחוממות, רוב הג'לטין נמס - אבל האזורים עם הלייזר נשארים במקום, ויוצרים מחבואים שבהם החיידקים יכולים להתרבות.
כדי להוכיח שהשיטה עובדת, שייר ועמיתיו יצרו ספירות שלStaphylococcus aureus, חיידק נפוץ שעלול לגרום להרעלת מזון ודלקות עור. הם הקיפו את חיידקי הסטאפ במעטפת של חיידק נפוץ אחר, Pseudomonas aeruginosa. Pseudomonas הוא פתוגן שנמצא לעתים קרובות אורב בציוד רפואי.
לאחר מכן חשפו החוקרים את כדורי החיידק הללו לאנטיביוטיקה אמפיצילין. הם גילו ש-80% מהסטאפ שרדו את האנטיביוטיקה כשהם מוקפים בפסאודומונס. לשם השוואה, רק 40% מהסטאפ עמדו באמפיצילין כשהם מוקפים בקליפה ריקה. ההגנה נגרמת ככל הנראה מהיכולת של פסאודומונס לייצר תרכובות המתנגדות לחיידקים.
בניגוד לעמידות לתרופות גנטיותהנרכשת על ידי חיידקים כאשר אנטיביוטיקה נרשמת יתר על המידה, עמידות קהילתית זו תלויה במבנה המושבה. אם חומת המגן של פסאודומונס הייתה נעלמת, הסטאפ יהיה שוב פגיע לאנטיביוטיקה.
הציוד המשמש ליצירת צורות של מושבות חיידקים הוא יקר, אמר שיר, אבל החוקרים עובדים על חלופות, כולל לייזר זול יותר.
"כמו עםהדפסת תלת מימד מסחרית, אני חושב שיש סבירות גבוהה שעלות הציוד יכולה לרדת באופן דרמטי", אמר.
החוקרים מדווחים על עבודתם השבוע בכתב העת Proceedings of the National Academy of Sciences.
