نانو باکتری

ساختارهای نانوباکتریایی سطح شهابسنگ مارتیانALH84001

نانو باکتری نام عمومی است که به طبقه‌ای از میکروارگانیسم‌ها بویژه میکرو ارگانیسم‌های واجد دیواره سلولی با اندازه‌ای بسیار کوچکتر از کران‌های پایینی پذیرفته شده برای حیات اطلاق می‌شود. نانو باکتری‌ها اندازه‌ای در حدود ۲۰۰ نانومتر دارند؛ این اندازه از میکرو ارگانیسم‌ها در واقع کوچکترین مقداری است که از طریق میکروسکوپ نوری استاندارد قابل مشاهده‌است.

چنانچه اعضای متعلّق به این دسته واجد ویژگی‌های عمومی حیات نظیر هموستازی، رشد، تکثیر و تولید مثل باشند در اینصورت فرم جدیدی از حیات زنده محسوب می‌شوند، از اینرو اطلاق واژهٔ میکرو ارگانیسم به اعضای این دسته همچنان به عنوان موضوعی بحث برانگیز مطرح است.جهت ارجاع به اعضای متعلّق به این شکل ویژه و منحصر به فرد از حیات واژهٔ نانو ذرات طبقه بندی شده (Calcifying nanoparticles) نیز بکار رفته‌است. نکتهٔ قابل توجه در رابطه با نانو باکتری‌ها این است که هرچند نانوب‌ها در مواردی همراه با نانو باکتری‌ها مشاهده می‌شوند و همراه آنها به فعالیّت می‌پردازند ولی اشتباهاً واژهٔ نانو باکتری نیز به آنها اطلاق می‌گردد. این در حالی است که طی پژوهش‌های اخیر هیچ مستنداتی مبتنی بر وجود ارتباط حیاتی مابین اعضای این دو دسته ارائه نشده‌است.

تاریخچه

کشفیات سالهای ۱۹۸۱ تا ۱۹۹۲

در سال ۱۹۸۱ دو دانشمند به نام‌های Torella و Morita، واژهٔ Ultramicrobacteria را جهت ارجاع به سلول‌های بسیار کوچک باکتریایی با اندازه‌ای کوچکتر از ۳۰۰ نانومتر بکار بردند. مشاهدات مک دونل و هود در سال ۱۹۸۲ توانایی عبور این دسته از سلولها را از خلال یک غشای ۲۰۰ نانومتری آشکار ساخت. در اوایل سال ۱۹۸۹ زمین شناسی به نام رابرت ال. فالک به هنگام بررسی نمونه سنگ‌های تراورتن چشمه‌های آب داغ Viterbo در ایتالیا، نانو ذراتی را استحصال نمود که بعداً آنها را Nannobacteria نامید. (وی از دو حرف n جهت نامگذاری این نانو ذرات استفاده کرد)

تحقیات ابتدایی در رابطه با باکتریایی بودن علّت ته نشینی تراورتن با استفاده از میکروسکوپ الکترونی اسکن کننده بر روی نمونه‌های معدنی که ظاهراً فاقد هر گونه آلودگی باکتریایی بودند حضور ذرات بسیار ریزی را آشکار ساخت که دارای خصوصیات حیاتی بودند. فالک در نخستین سخنرانی خود در سال ۱۹۹۲ تحت عنوان«Elicited mostly a stony silence» در گردهمایی سالیانه انجمن زمین شناسی آمریکا با اطلاق واژهٔ نانو باکتری به این دسته از نانو ذرات، آنها را به عنوان ذرات بنیادی در فرآیند ته نشینی (Precipitation) همه مواد معدنی و کریستال‌هایی که در آب تشکیل می‌شوند معرّفی نمود. او همچنین علّت تمامی فرآیندهای اکسیداسیونی که روی فلزات صورت می‌گیرد را به این دسته از باکتری‌ها نسبت داد که به وفور در نمونه‌های تیپیک بیو لوژیکی یافت می‌شوند.

مشاهدات سال ۱۹۹۶

در سال ۱۹۹۶ یافته‌های حاصل از آنالیز شهاب سنگ مارتیان (Martian meteorite) وجود آثاری از فسیل‌های نانو باکتریایی را بر سطح آن آشکار ساخت. اطلاق واژهٔ فسیل‌های نانو باکتریایی به آثار سطح این شهابسنگ در حالی صورت گرفت که منشاء این دسته از میکرو ارگانیسم‌ها در آن سالها محلّ بحث و مناقشه بود.

مشاهدات سالهای ۱۹۹۸ تا ۲۰۰۰

در سال ۱۹۹۸ گونهٔ Nanobacterium sanguineum از سوی یک محقق فنلاندی به نام Olavi Kajander و یک محقق ترک تبار به نام Neva Ciftcioglu به عنوان عامل پاتوژنیک در تشکیل سنگ‌های کلیه معرّفی شد. مبتنی بر مشاهدات این دو محقق این نانو ذرات پاتوژنیک در محیط‌های کشت میکروبی توانایی خود همانند سازی دارند و ژنوم این ساختارها از طریق رنگ آمیزی قابل مشاهده‌است.

در سال ۲۰۰۰ یک تیم تحقیقاتی به رهبری John Cisar دندانپزشک، فرآیند خود همانند سازی نانو باکتری‌ها را شکلی غیر معمولی از رشد کریستالی معرفی نمودند و DNA ی مشاهده شده در آزمایشات محققین فنلاندی را ناشی از آلودگی نوکلئیک اسیدی حاصل از باکتری‌های محیطی اعلام داشتند. امّا از آنجا که گروه تحقیقاتی Cisar نتایج خود را صرفاً مبتنی بر محیط‌های کشت نانو باکتریایی خودشان و بدون استفاده از نمونه‌های مورد استفاده در آزمایشات محققین فنلاندی انتشار داده بودند مورد قبول منتقدان واقع نشد زیرا آنها معتقد بودند بدون این کنترل، پدیدهٔ مورد مطالعه توسط گروه تحقیقاتی سیزر و محققین فنلاندی متفاوت خواهد بود.

دکتر Kajander و Ciftcioglu در سال ۲۰۰۰ شرکتی به نام «Nanobac Oy» را در فنلاند تاسیس کردند که در سال ۲۰۰۳ با یک کمپانی تحقیقاتی واقع در ایالت فلوریدای آمریکا به نام «Nanobac Pharmaceuticals» که توسط Gary Mezo تاسیس شده بود، ادغام گردید. این کمپانی با هدف تولید کیت‌های تشخیص پزشکی جهت شناسایی نانو باکتری‌ها و توسعهٔ درمان‌های دارویی جهت مقابله با بیماری‌های ناشی از رسوب کلسیم (Calcification-associated disease) به توسعهٔ مفهوم نانو باکتری‌ها پرداخت. این اقدام محققین فنلاندی از سوی منتقدین به عنوان راهبردی جهت متقاعد نمودن جوامع علمی بر صحّت نتایج آزمایشات آنان تلقّی شد.
مشاهدات سال ۲۰۰۴

در ماه آوریل سال ۲۰۰۴ میلادی شرکت Nanobac Pharmaceuticals در نشریه متعلّق به این کمپانی اعلام داشت که رابطه‌ای قوی میان آنتی بادی تولید شده علیه نانو باکتری‌ها و بیماری کلسیفیه شدن عروق کرونری (Coronary artery disease) وجود دارد. (کلسیفیه شدن عروق کرونری احتمال ابتلا به بیماریهای عروق کرونری را افزایش می‌دهد). این نتایج بدنبال استفاده از کیت‌های تشخیصی تولید شده توسط این شرکت بر روی ۱۹۸ بیمار در مرکز بیمارستانی واشنگتن حاصل شد. در ماه مه ۲۰۰۴ تیم تحقیقاتی کلینیک مایو، متشکّل از متخصصین بیماریهای عفونی به رهبری Franklin Cockerill, John Lieske, Virginia Miller شواهدی را مبتنی بر جداسازی نانو باکتری‌ها از شریان‌های انسان بیمار مبتلا به تصلّب شراین و سنگ کلیه ارائه نمودند. نتایج حاصل از تحقیقات این گروه در سال ۲۰۰۴ مورد تایید قرار گرفت و به مرور تا سال ۲۰۰۶ به انتشار رسید.
مشاهدات سال ۲۰۰۵

نتایج تحقیقات دکتر Laszlo Puskas در آزمایشگاه DNA ی دانشگاه Szeged مجارستان در سال ۲۰۰۵ استحصال نانو باکتری‌ها را مورد تایید قرار داد. دکتر Puskas این نانو باکتری‌ها را از کشت‌های دیواره آئورتی انسان مبتلا به Atherosclerosis و نمونه‌های خونی بیماران مبتلا به تصلّب شراین بدست آورد. این نتایج در حالی بود که تیم تحقیقاتی دکتر Puskas موفق به شناسایی مادهٔ ژنتیک در این نمونه‌ها نشد. نکتهٔ جالب توجه در رابطه با این پژوهش این است که این نتایج چندین سال قبل تر توسط همین گروه تحقیقاتی جهت انتشار سریع در مجلهٔ نیچر در قالب «Letter to Editor» به دفتر این مجله ارسال شده بود که به علّت فقدان شناسایی ماده ژنتیکی مورد پذیرش قرار نگرفت.

این گروه حین پژوهش بر روی ذرات کوچکتر از ۰٫۲ میکرومتر شواهدی غیر مستقیم در رابطه با خود همانند سازی این نانو ذرات بدست آوردند. مشاهدات آنها بوسیله میکروسکوپ الکترونی ساختار شبیه سلولی (Cell like appearance) این قطعات را آشکار کرد. آنها همچنین معتقد بودند این نانو باکتری‌ها قابلیت تولید RNA را نیز در شرایط جذب افراطی نوکلئوتید اوریدین (بیش از مقدار جذب طبیعی توسط کریستالهایی نظیر آپاتیت) دارند. بهره گیری از آنتی بادی‌های تولید شده توسط محققین فنلاندی اتّصال این نانو باکترها را به بافت‌های شریانی آشکار ساخت.
نتایج منتشر شده از سوی ناسا: فوریه ۲۰۰۵

تیم تحقیقاتی دکتر Ciftcioglu در ناسا که بر روی علّت تشکیل سریع سنگ‌های کلیه در فضانوردان کار می‌کردند، افزایش سرعت تکثیر نانو باکتری‌ها در شرایط Microgravity را عامل اصلی تشکیل سریع سنگ کلیه معرفی نمودند. آنها از یک بیوراکتور شبیه ساز مسافرت‌های فضایی جهت کشت نانو باکتری‌ها استفاده کردند. نتایج حاصل از این آزمایش نشان داد تکثیر نانو باکتری‌ها در یک محیط با جاذبه اندک ۵ برابر سرعت تکثیر آنها در جاذبه زمین است. این پژوهش لزوم بررسی جمعیت نانو باکتریایی بدن فضانوردان را پیش از مسافرت‌های فضایی مورد تاکید قرار داد.

مشاهدات سال ۲۰۰۶

در ماه نوامبر سال ۲۰۰۶ میلادی کمپانی Nanobac Pharmaceuticals نخستین فیلم ویدئویی از ذرات در حال کلسیفیه شدن را با بهره گیری از میکروسکوپ‌های وضوح بالای شرکت نیکون منتشر کرد. این ویدئو علاوه بر ذرات یاد شده وجود گونه‌های دکلسیفیه کننده (decalcifying agents) را که وظیفهٔ انحلال ساختارهای کلسیفیه شده و کریستالهای غیر آلی را بر عهده داشتند، را نیز آشکار کرد. پیش از ارائهٔ این تکنولوژی جدید از سوی شرکت Aetos Technologies که پیگیری real time نانو ذرات کلسیفیه شده(CNPs) را ممکن ساخت، مشاهدهٔ مکانیسم‌های حیاتی توسط میکروسکوپ الکترونی غیر ممکن بود.

ویژگی‌های عمومی نانو باکتری ها

نانو باکترها گونه‌هایی عفونی با قابلیت تولید مواد معدنی هستند. این دسته از باکتری‌ها جزء طبقهٔ باکتری‌های گرم منفی کند رشد طبقه بندی می‌شوند که از طریق فرآیندهای استریلیزاسیون نابود می‌گردند. این میکرو ارگانیسم هادر خون گاو و انسان، مایع ادرار و سنگ‌های کلیه به وفور یافت می‌شوند. به علّت ساختار 16s دی.ان.ای ریبوزومی، آنها به زیر گروه پروتئوباکترهای آلفا-۲ که شامل گونه‌های Brucella و Bartonella می‌باشد تعلّق دارند و قطر سلولی آنها در حدود ۰٫۲ الی ۰٫۵ میکرون می‌باشد. ویژگی منحصر به فرد این دسته از باکتری‌ها قابلیت آنها در تشکیل کریستالهای کربنی شدهٔ آپاتیت با PH خنثی در غلظت‌های فیزیولوژیک فسفات و کلسیم است. معدنی شدن خارج سلولی (Extra Cellular Mineralization) پوستهٔ محافظ سختی را برای آنها فراهم می‌آورد که تحمّل تنش‌های فیزیکی سختی را که برای سایر گروه‌های باکتریایی مرگ آور است، ممکن می‌سازد. بر اساسس نتایج پژوهش‌های محققین فنلاندی، آپاتیت سنتز شده توسط نانو باکتری‌ها با تشکیل یک هسته مرکزی فسفات-کلسیم و جذب سایر ترکیبات کریستالی نقش عمده‌ای را در پیدایش سنگ‌های کلیه ایفا می‌کنند. نانو باکتری‌ها به عنوان عامل اصلی دخیل در بیماریهای ناشی از فرآیندهای معدنی شدن زیستی محسوب می‌شوند. در حال حاضر محققین در حال تلاش به منظور جداسازی ژنوم متعلّق به نانو باکترها می‌باشند.

منابع

وب گاه انگلیسی نانوباکتری ها در ویکی پدیا

نانو باکتری

تاریخچه

کشفیات سالهای ۱۹۸۱ تا ۱۹۹۲

مطالب مشابه :

معرفی چند میکروسکوپ نانو

میکروسکوپ الکترونی عبوری (1)

دنیای نانو و الماسواره ها

تجهیزات شناسایی نانو مواد

میکروسکوپ پروبی روبشی Scanning Probe Microscopy

میکروسکوپ الکترونی (EM)

دوره‌ي آموزشي عمومي و تخصصي فناوري نانو

نانو چای

نانو باکتری