اکنون یک گروه از محققان دانشگاه "پرینستون" در آمریکا روشی جدید برای مشاهده باکتری‌ها در محیط‌های سه بعدی اختراع کرده‌اند. آن‌ها دریافتند که با رشد باکتری‌ها، کلنی‌های آن‌ها به طور مداوم شکل‌های جذابی شبیه به سرِ شاخه‌ای از کلم بروکلی تشکیل می‌دهند که این ساختار بسیار پیچیده‌تر از شکل‌هایی است که معمولا در یک ظرف صاف دیده می‌شود.

 

"سوجیت داتا" (Sujit Datta) استادیار مهندسی شیمی و بیولوژیکی در دانشگاه پرینستون و نویسنده ارشد این مطالعه گفت: از زمان کشف باکتری‌ها در بیش از ۳۰۰ سال پیش، بیشتر تحقیقات آزمایشگاهی آن‌ها را در لوله‌های آزمایش یا روی پتری دیش مورد مطالعه قرار داده‌اند که این امر نتیجه محدودیت‌های عملی بود و به دلیل عدم کنجکاوی نبود. اگر رشد باکتری‌ها را در بافت‌ها یا خاک‌ها مشاهده کنید، در می‌یابید که آن‌ها مات و کدر هستند و در واقع نمی‌توانید ببینید که کلنی چه می‌کند. این واقعا چالش برانگیز است.

 

در این مطالعه داتا و همکارانش این رفتار را با استفاده از یک سیستم آزمایشی کشف کردند که این سیستم به آن‌ها اجازه می‌دهد مشاهدات بی‌سابقه‌ای از کلونی‌های باکتری در حالت طبیعی و سه بعدی خود انجام دهند. به‌طور غیرمنتظره، محققان پس از آزمایشات دریافتند که رشد کلنی‌های وحشی به طور مداوم شبیه سایر پدیده‌های طبیعی مانند رشد کریستال‌ها یا گسترش یخ‌زدگی روی شیشه‌های پنجره است.

 

داتا گفت: این نوع اشکال خشن و شاخه‌دار در طبیعت در همه جا وجود دارند، اما معمولا در زمینه رشد یا تجمع سیستم‌های غیرزنده فعالیت دارند. آنچه ما دریافتیم این است که به رغم این واقعیت که این‌ها مجموعه‌ای از موجودات زنده هستند، رشد آن‌ها در حالت سه بعدی، ساختار کلنی باکتریایی بسیار مشابهی دارد.

 

داتا و همکارانش امیدوارند که این یافته‌ها به مجموعه‌ای از تحقیقات مربوط به رشد باکتری‌ها از توسعه مواد ضدمیکروبی مؤثرتر گرفته تا تحقیقات دارویی، پزشکی و زیست‌محیطی و همچنین فرآیند‌هایی که باکتری‌ها را برای استفاده صنعتی مهار می‌کنند، کمک کند.

 

داتا بیان کرد: در سطح بنیادی، ما هیجان‌زده هستیم که این کار پیوند‌های شگفت‌انگیزی را بین توسعه شکل و عملکرد در سیستم‌های بیولوژیکی و مطالعات فرآیند‌های رشد بی‌جان در علم مواد و فیزیک آماری نشان می‌دهد. اما همچنین، ما فکر می‌کنیم که این دیدگاه جدید از زمان و مکان رشد سلول‌ها به صورت سه بعدی برای هر کسی که علاقه‌مند به رشد باکتری است مانند کاربرد‌های زیست‌محیطی، صنعتی و زیست‌پزشکی جالب خواهد بود.

 

برای چندین سال، تیم تحقیقاتی داتا در حال توسعه سیستمی بوده است که به آن‌ها اجازه بدهد پدیده‌هایی را که معمولا در محیط‌های غیر شفاف پنهان می‌شوند (مانند مایع در حال جریان در خاک) را تجزیه و تحلیل کنند. این گروه از هیدروژل‌های طراحی‌شده ویژه، پلیمر‌های جاذب آب شبیه به ژله‌ها و لنز‌های تماسی به‌عنوان ماتریس‌هایی برای حمایت از رشد باکتری‌ها در حالت سه بعدی استفاده می‌کنند. برخلاف نسخه‌های رایج هیدروژل‌ها، مواد این گروه از محققان از توپ‌های بسیار ریز هیدروژل تشکیل شده‌اند که به راحتی توسط باکتری‌ها تغییر شکل می‌دهند و اجازه عبور آزادانه اکسیژن و مواد مغذی را می‌دهند که از رشد باکتری‌ها حمایت می‌کنند و در برابر نور شفاف هستند.

 

داتا افزود: این مواد مانند یک گودال توپ هستند که در آن هر توپ یک هیدروژل جداگانه است. آن‌ها میکروسکوپی هستند، بنابراین شما واقعا نمی‌توانید آن‌ها را ببینید. تیم تحقیقاتی ما ترکیب هیدروژل را برای تقلید از ساختار خاک یا بافت کالیبره کردند. هیدروژل به اندازه کافی قوی است که بدون اینکه مقاومت کافی برای محدود کردن رشد ایجاد کند، از کلنی باکتریایی در حال رشد حمایت کند. از آنجایی که کلنی‌های باکتری در ماتریس هیدروژل رشد می‌کنند، می‌توانند به راحتی توپ‌های اطراف خود را مرتب کنند تا به دام نیفتند.