1
در دنیای کشفیات علمی، برخی از هیجان‌انگیزترین پیشرفت‌ها به‌طور تصادفی رخ می‌دهند. پژوهشگران اغلب با یک برنامه مشخص شروع می‌کنند، اما طبیعت با شگفتی‌های خود مانند ویروس‌هایی که شبیه گل آفتابگردان هستند، آن‌ها را غافلگیر می‌کند.
این دقیقاً اتفاقی بود که برای گروهی از دانشمندان رخ داد. آن‌ها در حال کار با باکتریوفاژها – ویروس‌هایی که به باکتری‌ها حمله می‌کنند و آن‌ها را می‌خورند – بودند که با چیزی غیرمنتظره روبرو شدند. آنچه آن‌ها کشف کردند، ویروس‌های کوچکی شبیه آفتابگردان بود که می‌تواند روش‌های تشخیص و درمان بیماری‌ها را متحول کند.
ویروس‌هایی که شبیه آفتابگردان هستند؟
به نظر می‌رسد حتی کوچک‌ترین موجودات زنده هم گاهی خلاقیت خود را نشان می‌دهند. تیم مک‌مستر از مشاهده باکتریوفاژها، که اغلب به آن‌ها فاژ گفته می‌شود، در اسلایدهای آزمایشگاهی حیرت‌زده شد، زمانی که دیدند این ویروس‌ها به شکل‌هایی سه‌بعدی شبیه آفتابگردان تبدیل شده‌اند.
اما این “گل‌های” کوچک از نوع معمولی باغ نبودند. قطر آن‌ها تنها دو دهم میلی‌متر بود.
آیا شگفت‌انگیز نیست که چگونه گاهی اوقات، کشفیات مهم در غیرمنتظره‌ترین مکان‌ها ظاهر می‌شوند؟
شکل‌گیری غیرمنتظره فاژها
چه چیزی این دگرگونی عجیب را جرقه زد؟ پاسخ در فرآیندی نهفته است که پژوهشگران برای آماده‌سازی فاژها برای مشاهده استفاده کرده بودند.
برای زنده نگه‌داشتن ویروس‌ها، پژوهشگران به جای استفاده از روش‌های استاندارد و کشنده‌تر مانند گرما یا حلال‌ها، از دی‌اکسید کربن تحت فشار بالا استفاده کردند.
نتیجه؟ یک میکروساختار غیرمنتظره اما امیدوارکننده که آن‌ها سال‌ها به دنبال سنتز آن بودند.
لی تیان، نویسنده اصلی مطالعه، که این پژوهش را در زمان تحصیل در دوره دکترا و به‌عنوان پژوهشگر پسادکتری در دانشگاه مک‌مستر هدایت کرد، گفت که هدف اولیه او فقط حفظ ساختار ویروس بود. اما طبیعت، مانند همیشه، برنامه‌های دیگری داشت.
اهمیت ساختارهای آفتابگردانی
چه چیزی این ساختار تصادفی را مهم می‌سازد؟ معلوم شد که این ساختار 100 برابر بیشتر از فاژهای منفرد در یافتن اهداف باکتریایی خود مؤثر است.
این به این معناست که این ساختارهای شبیه آفتابگردان می‌توانند دریچه‌ای به سوی فرصت‌های گسترده‌ای در تشخیص و مبارزه با بسیاری از بیماری‌ها باز کنند. و نکته جالب اینجاست که همه این‌ها با استفاده از مواد و فرآیندهای طبیعی انجام می‌شود.
بینش شگفت‌انگیز درباره ویروس‌های شبیه آفتابگردان
توحید دیدار، یکی از نویسندگان مطالعه و مهندس مکانیک گفت: “این یک کشف تصادفی بود”. “وقتی آن‌ها را از محفظه تحت فشار بیرون آوردیم و این گل‌های زیبا را دیدیم، واقعاً شوکه شدیم.”
“دو سال طول کشید تا بفهمیم چگونه و چرا این اتفاق افتاد و این در را به روی ایجاد ساختارهای مشابه با سایر مواد پروتئینی باز کرد.”
زینب حسینیدوست، نویسنده ارشد مطالعه، سال‌هاست که در آزمایشگاه خود به بررسی پتانسیل فاژها می‌پردازد.
تیم او پیشرفت‌های چشمگیری داشته است، از جمله تشویق ویروس‌ها به پیوند با یکدیگر و تشکیل یک بافت زنده میکروسکوپی، و حتی توسعه ژلی که با چشم غیرمسلح قابل مشاهده است.
در گذشته، امکان دادن عمق یا شکلی به این ماده وجود نداشت. اما با ظهور ساختارهای شبیه آفتابگردان ویروس‌ها با همه چین‌خوردگی‌ها، قله‌ها و شکاف‌هایشان، به نظر می‌رسد این مانع برطرف شده است.
شاهکار طبیعت: ویروس‌های شبیه آفتابگردان
حسینیدوست گفت: “این واقعاً مربوط به ساختن با طبیعت است”. “این نوع ساختارهای زیبا و چین‌دار در طبیعت فراگیر هستند.”
“خواص مکانیکی، نوری و زیستی این نوع ساختارها طی دهه‌ها مهندسان را الهام بخشیده‌اند تا ساختارهایی مشابه را به‌طور مصنوعی بسازند، به امید اینکه همان خواص را از آن‌ها استخراج کنند.”
این کشف دریچه‌های جدیدی به سوی شکل‌دهی فاژها به طرق مختلف باز کرده است، که کارایی آن‌ها را بهبود می‌بخشد و فرصت‌های جدیدی برای کاربردهای زیستی نوآورانه ایجاد می‌کند.
برای مثال، تیم موفق شد این ساختارهای شبیه گل را با دی‌ان‌ای‌زیم‌ها ترکیب کند و به آن‌ها امکان دهد تا غلظت‌های پایین باکتری لژیونلا را در آب برج‌های خنک‌کننده تجاری تشخیص دهند.
منبع بی‌پایان الهام
با ادامه یافتن نگرانی‌ها درباره مقاومت آنتی‌بیوتیکی، علاقه جدیدی به استفاده از باکتریوفاژها به‌عنوان درمانی برای عفونت‌های مختلف شکل گرفته است.
با توانایی آن‌ها در هدف قرار دادن خاص باکتری‌های مشخص و بی‌ضرر گذاشتن دیگران، پتانسیل این ویروس‌های کوچک بسیار بیشتر از چیزی است که ما قبلاً باور داشتیم.
حسینیدوست گفت: “طبیعت بسیار قدرتمند و هوشمند است. به‌عنوان مهندسان، وظیفه ماست که یاد بگیریم چگونه کار می‌کند تا بتوانیم فرآیندهایی مانند این را به کار گیریم” .
این مطالعه در مجله Advanced Functional Materials منتشر شده است.
اعتبار تصویر: دانشگاه مک‌مستر