Isolation and engineering of antimicrobial peptides targeting pathogenic Escherichia coli and Salmonella of poultry
تستخدم هذه الدراسة تقنية عرض العاثيات وتسلسل الجيل التالي لعزل وهندسة الببتيدات المضادة للميكروبات التي تستهدف بفعالية بكتيريا الإشريكية القولونية والسالمونيلا الممرضة في الدواجن، مما يثبت أن الجمع بين الببتيدات المختارة مع الكاثليسيدين-BF وتقييمها في مزارع مختلطة يمكن أن يعزز الفعالية والنوعية ضد هذه البكتيريا المقاومة.
البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي لبحث مسبق لم يخضع لمراجعة الأقران. وهو ليس نصيحة طبية. لا تتخذ أي قرارات تتعلق بصحتك بناءً على هذا المحتوى. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل
في عالم الزراعة، تُربى الدواجن بأعداد هائلة لإطعام العالم، لكنها تكون أيضاً عرضة للعدوى البكتيرية التي يمكن أن تنتشر بسرعة عبر القطيع. ومن بين أكثر المسببات إزعاجاً هما بكتيريا "إيشيريشيا كولاي" (Escherichia coli) و"السالمونيلا" (Salmonella)، وهي بكتيريا يمكن أن تسبب المرض للطيور، وفي بعض الحالات، تنتقل إلى البشر. لعقود من الزمن، اعتمد المزارعون على المضادات الحيوية لإبقاء هذه العدوى بعيدة، لكن البكتيريا بدأت تتعلم كيف تقاوم؛ فهي تطور دفاعات تجعل الأدوية القياسية عديمة الفائدة، وهي مشكلة تُعرف باسم مقاومة مضادات الميكروبات. وتعد هذه المقاومة أزمة متزايدة، تهدد بتركنا دون علاجات فعالة للعدوى الشائعة. ويبحث العلماء الآن عن طرق جديدة لقتل هذه البكتيريا لا تعتمد على المضادات الحيوية التقليدية. ويتضمن أحد المسارات الواعدة استخدام قطع بروتينية صغيرة تسمى الببتيدات المضادة للميكروبات. وهذه الببتيدات هي جزيئات موجودة طبيعياً في العديد من الكائنات الحية، من النباتات إلى الحيوانات، وتعمل كخط دفاع أول من خلال ثقب الجدران الخلوية للبكتيريا. وبينما توفر الطبيعة أمثلة عديدة، إلا أنها غالباً ما تكون غير مستقرة أو يصعب إنتاجها بكميات كبيرة، لذا يبحث الباحثون عن طرق لتصميم نسخ أفضل وأكثر فعالية من الصفر.
وضع فريق من الباحثين في جامعة نوتنغهام وشركة "آداس" (ADAS) هدفهم لإيجاد ببتيدات جديدة مضادة للميكروبات مصممة خصيصاً لاستهداف البكتيريا التي تهاجم الدواجن. وبدلاً من محاولة تخمين أي الهياكل الكيميائية قد تنجح، استخدموا طريقة تسمى "عرض العاثيات" (phage display)، والتي تعمل مثل رحلة صيد آلية ضخمة. فقد أنشأوا مكتبة تحتوي على مليارات من الفيروسات الصغيرة، يحمل كل منها سلسلة عشوائية فريدة مكونة من ستة عشر حمضاً أمينياً —وهي وحدات بناء البروتينات— على سطحه. ثم عرضوا هذه المكتبة على البكتيريا المستهدفة، "إيشيريشيا كولاي" و"السالمونيلا"، مما سمح للفيروسات بالالتصاق بالأسطح البكتيرية. ومن خلال غسل الفيروسات التي لم ترتبط والاحتفاظ فقط بتلك التي تشبثت، تمكنوا من تحديد سلاسل الأحماض الأمينية المحددة التي كانت جيدة في الإمساك بالبكتيريا. ولجعل هذه العملية أكثر دقة، استخدموا تقنية تسلسل قوية لقراءة الشفرة الوراثية للفيروسات التي نجت من عملية الغسل، مما حدد بدقة التسلسلات التي كانت الأكثر نجاحاً في الارتباط.
من هذا المجمع الضخم من المرشحين، ضيق الباحثون تركيزهم ليشمل سبعة وخمسين ببتيداً أظهرت تفضيلاً قوياً للالتصاق بالبكتيريا المستهدفة. ثم اختبروا هؤلاء المرشحين السبعة والخمسين لمعرفة ما إذا كان بإمكانهم قتل البكتيريا بالفعل، وليس مجرد الالتصاق بها. وكانت النتائج انتقائية ولكنها مهمة: حيث أظهر خمسة من الببتيدات القدرة على تثبيط أو قتل البكتيريا عند تركيزات منخفضة. وبرز ببتيد واحد، سُمي "GWG"، لأنه كان فعالاً ضد جميع البكتيريا سالبة الجرام التي تم اختبارها، بينما أظهرت ببتيدات أخرى نشاطاً فقط في ظروف معينة. كما قارن الباحثون بين هذه النتائج الجديدة وببتيد معروف ومدروس جيداً يسمى "كاتليسيدين-بي إف" (Cathelicidin-BF)، الموجود طبيعياً في الطيور ويتمتع بخصائص واسعة النطاق مضادة للبكتيريا. ووجدوا أنه بينما كانت الببتيدات الجديدة فعالة، فإن "كاتليسيدين-بي إف" الطبيعي كان أكثر قوة، حيث يقتل البكتيريا بتركيزات أقل بكثير.
اتخذت الدراسة منعطفاً مثيراً للاهتمام عندما نظر الباحثون في كيفية سلوك هذه الببتيدات في البيئات المختلطة. ففي العالم الحقيقي، نادراً ما توجد البكتيريا في عزلة؛ بل تعيش في مجتمعات مع أنواع أخرى. وعندما اختبر الباحثون الببتيدات في مزارع تحتوي على كل من "إيشيريشيا كولاي" و"السالمونيلا" معاً، تغير سلوك الببتيدات. فالببتيد الطبيعي "كاتليسيدين-بي إف"، الذي قتل كلا النوعين من البكتيريا بشكل متساوٍ عند اختباره بمفرده، أصبح فجأة أكثر انتقائية في المزرعة المختلطة، حيث فضل قتل "إيشيريشيا كولاي" بينما ترك "السالمونيلا" دون مساس إلى حد كبير. يشير هذا التحول إلى أن وجود نوع بكتيري واحد يمكن أن يغير كيفية تفاعل نوع آخر مع العلاج، وهو عامل غالباً ما يغفله العلماء عندما يختبرون البكتيريا واحداً تلو الآخر.
ولجعل هذه الببتيدات أكثر فعالية، جرب الفريق استراتيجية تسمى "الازدواج" (dimerization)، والتي تتضمن ربط جزيئين من الببتيد معاً لتكوين زوج. وقد صنعوا أزواجاً من الببتيدات الجديدة، وكذلك أزواجاً تجمع بين ببتيد جديد و"كاتليسيدين-بي إف" الطبيعي. وأظهرت النتائج أن ربط الجزيئات معاً يغير خصائصها بطرق مفاجئة. ففي بعض الحالات، جعل ربطها معاً أقل فعالية في وقف النمو البكتيري، ولكن في حالات أخرى، جعلها أفضل بكثير في قتل البكتيريا. على سبيل المثال، الزوج المكون من ربط الببتيد الجديد "GWG" مع "كاتليسيدين-بي إف" احتفظ بالقدرة على قتل "إيشيريشيا كولاي" بشكل انتقائي في المزارع المختلطة، وهي سمة لم تكن بارزة في الجزيئات المنفردة. يشير هذا إلى أنه من خلال مجرد توصيل اثنين من الببتيدات المختلفين، يمكن للعلماء ضبط سلوكها بدقة، مما يفتح المجال لإنشاء أدوات قد تكون أكثر دقة أو قوة من أي قطعة بمفردها.
كما بحث الباحثون في سلامة هذه الببتيدات الجديدة من خلال اختبار ما إذا كانت ستلحق الضرر بخلايا الدم الحمراء، وهو مصدر قلق شائع مع العلاجات المضادة للبكتيريا. أظهرت معظم الببتيدات الجديدة ضرراً طفيفاً جداً لخلايا الدم، حتى عند التركيزات العالية. ومع ذلك، أظهر أحد الببتيدات الجديدة، وهو "GWG"، قدرة على إلحاق الضرر بخلايا الدم، رغم أن ربطه في زوج قلل من هذا التأثير الضار. يسلط هذا الاكتشاف الضوء على توازن حاسم في تطوير الأدوية: الحاجة إلى قتل البكتيريا دون إيذاء المضيف. وخلصت الدراسة إلى أن الجمع بين طريقة الصيد "عرض العاثيات" والأدوات الحاسوبية للتنبؤ بالتسلسلات التي قد تنجح يمكن أن يسرع اكتشاف علاجات جديدة. ومن خلال اختبار الببتيدات في مزارع بكتيرية مختلطة والتجريب في ربطها معاً، أظهر الفريق نهجاً مرناً لإنشاء أسلحة جديدة ضد البكتيريا المقاومة، مما يوفر مساراً محتملاً لحماية الدواجن، وبالتالي حماية صحة الإنسان.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.