لایه بیرونی چسبنده قارچ‌ها و باکتری‌ها، که «ماتریکس خارج سلولی» یا ECM نامیده می‌شود، قوام ژله‌ای دارد و به عنوان یک لایه و پوسته محافظ عمل می‌کند. اما طبق مطالعه اخیر در مجله iScience که توسط دانشگاه ماساچوست امهرست با همکاری موسسه پلی‌تکنیک ووستر انجام شده است، ECM برخی از میکروارگانیسم‌ها فقط در حضور اسید اگزالیک یا سایر اسیدهای ساده تشکیل ژل می‌دهد. از آنجا که ECM نقش مهمی در همه چیز از مقاومت آنتی‌بیوتیکی گرفته تا گرفتگی لوله‌ها و آلودگی دستگاه‌های پزشکی ایفا می‌کند، درک چگونگی دستکاری لایه‌های ژل چسبنده توسط میکروارگانیسم‌ها، پیامدهای گسترده‌ای برای زندگی روزمره ما دارد.

بری گودل، استاد میکروبیولوژی در دانشگاه ماساچوست امهرست و نویسنده ارشد این مقاله، گفت: «من همیشه به ECM های میکروبی علاقه داشته‌ام. مردم اغلب ECM را به عنوان یک لایه بیرونی محافظ بی‌اثر که از میکروارگانیسم‌ها محافظت می‌کند، در نظر می‌گیرند. اما این ECM همچنین می‌تواند به عنوان مجرایی برای مواد مغذی و آنزیم‌ها در داخل و خارج از سلول‌های میکروبی عمل کند.»
این پوشش چندین کارکرد دارد: چسبندگی آن به این معنی است که میکروارگانیسم‌های منفرد می‌توانند به هم بچسبند و کلونی یا «بیوفیلم» تشکیل دهند، و وقتی میکروارگانیسم‌ها به تعداد کافی این کار را انجام دهند، می‌توانند لوله‌ها را مسدود کنند یا تجهیزات پزشکی را آلوده کنند.
اما پوسته باید نفوذپذیر نیز باشد: بسیاری از میکروارگانیسم‌ها آنزیم‌های مختلف و سایر متابولیت‌ها را از طریق ECM به داخل ماده‌ای که می‌خواهند بخورند یا آلوده کنند (مانند چوب پوسیده یا بافت مهره‌داران) ترشح می‌کنند و سپس، پس از اتمام کار آنزیم‌ها، وظیفه هضم - بازگرداندن مواد مغذی از طریق ECM - را انجام می‌دهند.
این بدان معناست که ECM فقط یک لایه محافظ بی‌اثر نیست؛ در واقع، همانطور که گودل و همکارانش نشان دادند، به نظر می‌رسد میکروارگانیسم‌ها توانایی کنترل ویسکوزیته ECM خود و در نتیجه نفوذپذیری آن را دارند. آنها چگونه این کار را انجام می‌دهند؟
در قارچ‌ها، به نظر می‌رسد این ترشح، اسید اگزالیک باشد، یک اسید آلی رایج که به طور طبیعی در بسیاری از گیاهان وجود دارد، و همانطور که گودل و همکارانش کشف کردند، به نظر می‌رسد بسیاری از میکروارگانیسم‌ها از اسید اگزالیکی که ترشح می‌کنند برای اتصال به لایه‌های خارجی کربوهیدرات‌ها استفاده می‌کنند و یک ماده چسبنده، ژله مانند ECM، تشکیل می‌دهند.
اما وقتی تیم دقیق‌تر بررسی کرد، کشف کرد که اسید اگزالیک نه تنها به تولید ECM کمک می‌کند، بلکه آن را «تنظیم» نیز می‌کند: هرچه میکروب‌ها اسید اگزالیک بیشتری به مخلوط کربوهیدرات-اسید اضافه می‌کردند، ECM چسبناک‌تر می‌شد. هرچه ECM چسبناک‌تر می‌شد، بیشتر مانع ورود یا خروج مولکول‌های بزرگ به میکروب می‌شد، در حالی که مولکول‌های کوچک‌تر آزاد می‌ماندند تا از محیط وارد میکروب شوند و برعکس.
این کشف، درک علمی سنتی از چگونگی ورود انواع مختلف ترکیبات آزاد شده توسط قارچ‌ها و باکتری‌ها به محیط را به چالش می‌کشد. گودل و همکارانش اظهار داشتند که در برخی موارد، میکروارگانیسم‌ها ممکن است مجبور باشند برای حمله به ماتریکس یا بافتی که میکروارگانیسم برای زنده ماندن یا آلوده شدن به آن وابسته است، بیشتر به ترشح مولکول‌های بسیار کوچک تکیه کنند. این بدان معناست که اگر آنزیم‌های بزرگتر نتوانند از ماتریکس خارج سلولی میکروبی عبور کنند، ترشح مولکول‌های کوچک نیز ممکن است نقش بزرگی در بیماری‌زایی داشته باشد.
گودل گفت: «به نظر می‌رسد یک حد وسط وجود دارد، جایی که میکروارگانیسم‌ها می‌توانند سطح اسیدیته را برای سازگاری با یک محیط خاص کنترل کنند و برخی از مولکول‌های بزرگتر مانند آنزیم‌ها را حفظ کنند، در حالی که به مولکول‌های کوچکتر اجازه می‌دهند به راحتی از ECM عبور کنند.» «تنظیم ECM با اسید اگزالیک ممکن است راهی برای میکروارگانیسم‌ها باشد تا خود را از مواد ضد میکروبی و آنتی‌بیوتیک‌ها محافظت کنند، زیرا بسیاری از این داروها از مولکول‌های بسیار بزرگی تشکیل شده‌اند. این توانایی سفارشی‌سازی است که می‌تواند کلید غلبه بر یکی از موانع اصلی در درمان ضد میکروبی باشد، زیرا دستکاری ECM برای نفوذپذیرتر کردن آن می‌تواند اثربخشی آنتی‌بیوتیک‌ها و داروهای ضد میکروبی را بهبود بخشد.»

گودل گفت: «اگر بتوانیم بیوسنتز و ترشح اسیدهای کوچک مانند اگزالات را در میکروب‌های خاص کنترل کنیم، می‌توانیم آنچه را که وارد میکروب‌ها می‌شود نیز کنترل کنیم، که این امر می‌تواند به ما امکان درمان بهتر بسیاری از بیماری‌های میکروبی را بدهد.»
در دسامبر ۲۰۲۲، یاسو موریتا، میکروبیولوژیست، از مؤسسه ملی بهداشت کمک هزینه‌ای دریافت کرد تا از تحقیقاتی که در نهایت با هدف توسعه درمان‌های جدید و مؤثرتر برای سل انجام می‌شد، حمایت کند.

اگر مایل به کسب اطلاعات بیشتر هستید، لطفاً برای من ایمیل بفرستید.
ایمیل：
info@pulisichem.cn
تلفن：
‎+86-533-3149598‎