Τα περισσότερα βακτήρια έχουν την ικανότητα να σχηματίζουν κοινότητες, βιοφίλμ, που προσκολλώνται σε μια μεγάλη ποικιλία επιφανειών και είναι δύσκολο να αφαιρεθούν. Αυτό μπορεί να οδηγήσει σε σοβαρά προβλήματα, για παράδειγμα στα νοσοκομεία ή στη βιομηχανία τροφίμων. Μια διεθνής ομάδα με επικεφαλής το Εβραϊκό Πανεπιστήμιο της Ιερουσαλήμ και το B CUBE στο TU Dresden, μελέτησε ένα πρότυπο σύστημα για τα βιοφίλμ και ανακάλυψε ποιος είναι ο ρόλος που παίζουν οι δομές μέσα στο βιοφίλμ στη διανομή θρεπτικών ουσιών και νερού.
Τα βακτηριακά βιοφίλμ μπορούν να ευδοκιμήσουν σχεδόν σε όλους τους τύπους επιφανειών. Μπορούν να βρεθούν σε βράχους και φυτά, σε δόντια και βλεννογόνους, αλλά και σε φακούς επαφής, ιατρικά εμφυτεύματα ή καθετήρες, στους σωλήνες της γαλακτοβιομηχανίας ή σωλήνες πόσιμου νερού, όπου μπορούν να αποτελέσουν σοβαρή απειλή για την ανθρώπινη υγεία. Ορισμένα βιοφίλμ είναι επίσης χρήσιμα, για παράδειγμα, στην παραγωγή τυριού, όπου συγκεκριμένοι τύποι βιοϋμενίου όχι μόνο παράγουν τις πολλές μικροσκοπικές τρύπες, αλλά παρέχουν επίσης και μια νόστιμη γεύση.
Ιστός με ειδικές δομές
«Τα βιοφίλμ δεν είναι απλώς μια συλλογή από πάρα πολλά βακτήρια, αλλά ένας ιστός με ειδικές δομές», εξηγεί ο καθηγητής Liraz Chai από το Εβραϊκό Πανεπιστήμιο στην Ιερουσαλήμ. Μαζί, τα βακτήρια σχηματίζουν ένα προστατευτικό στρώμα υδατανθράκων και πρωτεϊνών, τη λεγόμενη εξωκυττάρια μήτρα. Αυτή η μήτρα προστατεύει τα βακτήρια από απολυμαντικά, υπεριώδη ακτινοβολία ή αφυδάτωση και εξασφαλίζει ότι τα βιοφίλμ είναι πραγματικά δύσκολο να αφαιρεθούν μηχανικά ή να εξαλειφθούν χημικά.
Ωστόσο, η μήτρα δεν είναι ομοιογενής ιλύς. «Είναι λίγο σαν σε ένα φύλλο φυτών, υπάρχουν εξειδικευμένες δομές, για παράδειγμα, κανάλια νερού που κατοικούν σε μικροσκοπικές ρυτίδες», λέει ο Chai. Αλλά ο ρόλος που παίζουν αυτές οι δομές και τι συμβαίνει σε μοριακό επίπεδο σε ένα βιοφίλμ δεν ήταν γνωστός μέχρι τώρα. Ο καθηγητής Chai ένωσε τις δυνάμεις του με τον καθηγητή Yael Politi, επικεφαλής ερευνητικής ομάδας στο B CUBE – Κέντρο Μοριακής Βιομηχανοποίησης στο TU Dresden, ειδικό στο χαρακτηρισμό βιολογικών υλικών, για την εφαρμογή της περίθλασης ακτίνων Χ, μιας μη καταστρεπτικής τεχνικής ανάλυσης διαθέσιμης της πηγής ακτινοβολίας συγχρονισμού BESSY II στο Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB).
“Το καλό με αυτή την τεχνική και τα όργανα που διατίθενται στο HZB είναι ότι θα μπορούσαμε να χαρτογραφήσουμε αρκετά μεγάλες περιοχές. Συνδυάζοντας τη διάθλαση των ακτίνων Χ με τον φθορισμό, όχι μόνο θα μπορούσαμε να αναλύσουμε τις μοριακές δομές σε όλο το βιοφίλμ με μεγάλη ακρίβεια, αλλά θα μπορούσαμε επίσης ταυτόχρονα να παρακολουθήσουμε τη συσσώρευση ορισμένων μεταλλικών ιόντων που μεταφέρονται στο βιοφίλμ και να μάθουμε περισσότερα για τους βιολογικούς τους ρόλους», επισημαίνει ο καθηγητής Yael Politi.
Ένα πρότυπο σύστημα για πολλά βιοφίλμ
Οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν βιοφίλμ από το Bacillus subtilis, ένα αβλαβές βακτήριο που ευδοκιμεί στις ρίζες των φυτών και σχηματίζει μια χρήσιμη συμβίωση μαζί τους. Αποθηκεύει νερό έτσι ώστε το φυτό να μπορεί ενδεχομένως να πάρει υγρασία από το βιοφίλμ κατά τη διάρκεια της ξηρασίας και προστατεύει επίσης τις ρίζες από παθογόνα. Σε αντάλλαγμα, τα κύτταρα στο βιοϋμένιο τρέφονται με τα υγρά που εκκρίνουν οι ρίζες. Τα βακτήρια Bacillus subtilis μπορούν να χρησιμεύσουν ως πρότυπο σύστημα για πολλά άλλα βακτηριακά βιοφίλμ.
Στη γραμμή δέσμης MySpot του BESSY II, οι επιστήμονες εξέτασαν μια μεγάλη περιοχή (σε μια σειρά τετραγωνικών χιλιοστών) τέτοιων δειγμάτων βιοϋμενίου. Ήταν σε θέση να επιλύσουν χωρικά τις δομές μέσα στο βιοφίλμ και να διακρίνουν καλά μεταξύ των συστατικών μήτρας, των βακτηριακών κυττάρων, των σπόρων και του νερού. «Η φασματοσκοπία φθορισμού ακτίνων Χ, είναι μια μέθοδος που μας επέτρεψε να εντοπίσουμε σημαντικά μεταλλικά ιόντα όπως ασβέστιο, ψευδάργυρο, μαγγάνιο και σίδηρο, ακόμη και όταν υπάρχουν σε ποσότητες ιχνοστοιχείων», λέει ο Δρ Ivo Zizak, φυσικός HZB υπεύθυνος για τη γραμμή δέσμης MySpot. Αυτό κατέστησε δυνατή τη συσχετίσει τη μορφολογία του βιοϋμενίου και την κατανομή των μεταλλικών ιόντων.
Σχηματισμός σπορών σε απροσδόκητες τοποθεσίες
Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι τα ιόντα ασβεστίου συσσωρεύονται κατά προτίμηση στη μήτρα, ενώ ο ψευδάργυρος, το μαγγάνιο και τα ιόντα σιδήρου συσσωρεύονται κατά μήκος των ρυτίδων, όπου μπορούν ενδεχομένως να προκαλέσουν το σχηματισμό σπόρων, τα οποία είναι σημαντικά για την εξάπλωση των βακτηρίων.
“Δεν το περιμέναμε αυτό, επειδή συνήθως τα σπόρια σχηματίζονται υπό πίεση, π.χ., όταν δεν υπάρχει αρκετό νερό διαθέσιμο. Αλλά εδώ ο σχηματισμός σπόρων συνδέεται στην πραγματικότητα με τα κανάλια νερού, πιθανώς λόγω της συσσώρευσης μεταλλικών ιόντων»,λέει ο Chai.
Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι οι δομές στη μήτρα όχι μόνο διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στην κατανομή των θρεπτικών ουσιών και του νερού, αλλά επηρεάζουν επίσης ενεργά την ικανότητα των βακτηρίων να συμπεριφέρονται ως πολυκυτταρικός οργανισμός. “Αυτό θα μπορούσε να μας βοηθήσει να κατανοήσουμε καλύτερα τα βιοφίλμ συνολικά, τόσο τα ευεργετικά όσο και τα επιβλαβή”, λέει ο Liraz Chai.
Πηγή: Nanotechnology world
Ακολουθήστε το Cibum 
