۲۹ سپتامبر ۲۰۲۵، عکس از نویسنده: مریگاکشی دیکسیت-تصویر ترکیبی از باکتری اشریشیا کلی که در معرض آنتی‌بیوتیک پلی‌میکسین قرار گرفته است – تصاویر تغییرات لایه بیرونی زره را در طول زمان نشان می‌دهند. از چپ به راست: باکتری درمان نشده توسط آنتی‌بیوتیک؛ باکتری پس از ۱۵ دقیقه؛ پس از ۳۰ دقیقه؛ پس از ۶۰ دقیقه؛ پس از ۹۰ دقیقه. نوار مقیاس سفید ۲۵۰ نانومتر عرض دارد.کارولینا بورلی، ادوارد داگلاس و همکاران / میکروبیولوژی طبیعت
برای اولین بار، تصاویر با وضوح بالا نشان داده‌اند که چگونه آنتی‌بیوتیک‌های نجات‌بخش از لایه بیرونی سخت باکتری‌ها عبور می‌کنند تا آنها را از بین ببرند.
دانشگاه کالج لندن و کالج امپریال لندن بر روی آنتی‌بیوتیک‌هایی به نام پلی‌میکسین B تمرکز کردند که باکتری‌های گرم منفی مضر مانند E. coli را از بین می‌برند.درمان این باکتری‌ها به دلیل داشتن یک لایه سطحی بیرونی سخت، مانند “زره” که اکثر آنتی‌بیوتیک‌ها را مسدود می‌کند، بسیار دشوار است.
مکانیسم دقیقی که این آنتی‌بیوتیک‌ها از طریق آن زره را مختل می‌کنند و در نهایت سلول باکتری را از بین می‌برند، مدت‌هاست که ناشناخته مانده است.این تیم با استفاده از میکروسکوپ نیروی اتمی پیشرفته برای گرفتن تصاویر با وضوح بالا، یک واکنش فوری و مخرب را مشاهده کرد.
کارولینا بورلی، نویسنده همکار و دانشجوی دکترا در مرکز نانوفناوری لندن در UCL، گفت: “دیدن اثر آنتی‌بیوتیک در سطح باکتری در زمان واقعی باورنکردنی بود. تصاویر ما از باکتری‌ها مستقیماً نشان می‌دهد که پلی‌میکسین‌ها چقدر می‌توانند زره باکتری را به خطر بیندازند.”
بورلی در بیانیه مطبوعاتی افزود: “گویی سلول مجبور می‌شود با چنان سرعتی “آجر” برای دیواره بیرونی خود تولید کند که این دیواره مختل شود و به آنتی‌بیوتیک اجازه نفوذ دهد.” وادار کردن باکتری‌ها به زره‌پوشی
در آزمایش‌ها، مشاهده شد که آنتی‌بیوتیک فوراً باعث ایجاد برآمدگی و تورم در سطح بیرونی سلول E. coli می‌شود.
این آنتی‌بیوتیک باعث یک خود تخریبی کشنده در باکتری‌ها می‌شود. برآمدگی‌های سطحی اولیه به سرعت با تولید دیوانه‌وار و همزمان زره بیرونی سلول E. coli دنبال می‌شوند.این فرآیند سریع، شکاف‌هایی را در دفاع سلول باکتریایی ایجاد می‌کند و به آنتی‌بیوتیک اجازه می‌دهد تا به آن نفوذ کرده و آن را از بین ببرد.
شگفت‌انگیزترین کشف، محدودیت اصلی آنتی‌بیوتیک بود: این فرآیند کشنده فقط زمانی رخ می‌دهد که سلول باکتریایی فعال و در حال رشد باشد.اگر باکتری‌ها خفته یا “خواب” باشند، تولید زره آنها خاموش می‌شود و آنتی‌بیوتیک پلی‌میکسین را کاملاً بی‌اثر می‌کند.
دکتر اندرو ادواردز، نویسنده ارشد همکار از امپریال، توضیح داد: “برای دهه‌ها فرض می‌کردیم که آنتی‌بیوتیک‌هایی که زره باکتریایی را هدف قرار می‌دهند، می‌توانند میکروب‌ها را در هر حالتی، چه در حال تکثیر فعال باشند و چه در حالت خفته، از بین ببرند.”
ادواردز افزود: «اما اینطور نیست. با ثبت این تصاویر باورنکردنی از سلول‌های منفرد، ما توانسته‌ایم نشان دهیم که این دسته از آنتی‌بیوتیک‌ها فقط با کمک باکتری کار می‌کنند و اگر سلول‌ها به حالت خواب زمستانی بروند، داروها دیگر کار نمی‌کنند – که بسیار تعجب‌آور است.»
خواب یک استراتژی کلیدی برای بقای باکتری‌ها است که به آنها اجازه می‌دهد از درمان فرار کنند و بعداً دوباره بیدار شوند و عفونت‌های مکرر ایجاد کنند.این توضیح می‌دهد که چرا ریشه‌کن کردن برخی از عفونت‌ها بسیار دشوار است.
آزمایش‌های آزمایشگاهی تأیید کردند که پلی‌میکسین B به طور مؤثر E. coli فعال را از بین می‌برد اما در برابر سلول‌های خفته شکست می‌خورد.این آنتی‌بیوتیک زمانی مؤثر واقع شد که به سلول‌های خفته قند (یک منبع غذایی) داده شد، اما تنها پس از یک تأخیر ۱۵ دقیقه‌ای. این زمان برای بیدار شدن باکتری‌ها و شروع مجدد تولید زره بیرونی آنها لازم بود.
علاوه بر این، مشاهدات نشان داد که وقتی آنتی‌بیوتیک مؤثر بود، باکتری‌ها زره بیشتری از خود جدا می‌کردند و برآمدگی‌های سطحی ایجاد می‌کردند.
دکتر اد داگلاس، نویسنده همکار از امپریال، گفت: «ما مشاهده کردیم که اختلال در بیرونی‌ترین زره باکتری‌ها فقط زمانی رخ می‌دهد که باکتری‌ها قند مصرف می‌کنند. وقتی این را فهمیدیم، توانستیم به سرعت بفهمیم چه اتفاقی می‌افتد.»
این بینش‌ها اکنون چالش بعدی تیم را هدایت می‌کنند: توسعه استراتژی‌های درمانی جدید.
پروفسور بارت هوگنبوم، نویسنده همکار ارشد از UCL، گفت: «یک استراتژی می‌تواند ترکیب درمان پلی‌میکسین – برخلاف انتظار – با درمان‌هایی باشد که تولید زره را تقویت می‌کنند و/یا باکتری‌های «خوابیده» را بیدار می‌کنند تا این سلول‌ها نیز از بین بروند.»
در نهایت، محققان بر لزوم در نظر گرفتن وضعیت باکتری (فعال در مقابل خفته) هنگام ارزیابی عملکرد آنتی‌بیوتیک‌ها تأکید می‌کنند.این یافته‌ها با توجه به اینکه عفونت‌های مقاوم به دارو سالانه بیش از یک میلیون نفر را می‌کشند، مهم هستند.
این یافته‌ها در مجله Nature Microbiology منتشر شده است.
