Nathi Magubane, Pensilvaniya Universiteti

Stephanie Baum tərəfindən redaktə edilib , Robert Egan tərəfindən nəzərdən keçirilib

 Redaktorların qeydləri

 GIST

Tercih edilən mənbə kimi əlavə edin

Biofizik Arnold Mathijssenin komandasının E. coli-ni öyrənmək üçün istifadə etdiyi nanohazırlanmış mikrostrukturlardan keçən tək bir hüceyrənin rəssam tərəfindən təsviri. Müəllif: Ruoshui Liu/Cylos Studio

Pensilvaniya Universitetinin biofiziki və bakteriya kimi aktiv hissəciklərin maye sistemlərdə necə hərəkət etdiyini araşdıran Arnold Mathijssen deyir: “BMT-nin hesablamalarına görə, 2050-ci ilə qədər adi bakterial infeksiyalar xərçəngdən daha çox insanı öldürə bilər. Bakteriyalar kimi aktiv hissəciklərin maye sistemlərdə necə hərəkət etdiyini araşdıran Arnold Mathijssen deyir: “Başqa ölkələrdə yaşayan bakteriyalar olduqca sürətli, adaptiv üzgüçülərdir və güclü maye axınlarına məruz qalarkən saniyədə yüzlərlə bədən uzunluğunu hərəkət etdirə bilirlər.”

O deyir ki, sadəcə axınla getmək əvəzinə, patogenlər həmin maye cərəyanlarına qarşı aktiv şəkildə yuxarıya doğru üzürlər və bu, ağır tənəffüs, mədə-bağırsaq və sidik yolları infeksiyalarına (SYİ) və kateterlər kimi stomatoloji və tibbi avadanlıqların çirklənməsinə səbəb ola bilər.

“Lakin bu mikroorqanizmlərin bu məhdud, labirint kimi mühitlərdə necə ‘taxılın əleyhinə hərəkət etmələri’ sirr olaraq qalır.”

Bakteriyaların mürəkkəb mühitlərdə necə hərəkət etməsi

İndi Mathijssen və həmkarları, Escherichia coli (E. coli) bakteriyasının fəzaları işğal etmək və kolonizasiya etmək üçün axına necə yuxarı hərəkət etdiyini göstərmək üçün bədənin içərisində olanları təqlid edən nanosürətli, çoxkanallı borular hazırlayıblar .

Onların “Newton” jurnalında dərc olunmuş tapıntıları mürəkkəb və çox vaxt xoşagəlməz maye mühitlərdə patogenlərin hərəkətliliyinə işıq salır və birbaşa biotibbi cihazlarda tətbiq oluna bilən həllər təklif edir.

Penn İncəsənət və Elmlər Məktəbindəki Mathijssen Laboratoriyasının ilk müəllifi və aspirant tədqiqatçısı Ran Tao deyir: “Təsirli olsa da, daha sürətli əks axınlara malik daha geniş kanalların əslində işğala daha çox meylli olduğunu aşkar etdik .” “Lakin bu müdaxilələrin kəskin künc dizaynları ilə effektiv şəkildə qarşısını almaq olar.”

Kanal dizaynı və axını ilə bağlı əsas tapıntılar

Komanda işğalı dörd fərqli mərhələyə böldü, minlərlə hüceyrəni izlədi və bakteriyaların boşluqlarda necə kolonizasiya etdiyini aşkar etmək üçün bu məlumatları simulyasiyalar və riyazi təhlillərlə birləşdirdi. Bundan əlavə, onlar bakteriyaların çoxalmasını ölçmək üçün müxtəlif şərtlərin – axın gücü, kanalın məhdudlaşdırılması, künc hamarlığı – təsirini müəyyən etdilər. Birləşdirilmiş yanaşma onlara müxtəlif mikrotüp formaları və konfiqurasiyaları üzrə bakteriya axınını – zamanla yuxarıya doğru hərəkət edən hüceyrələrin ümumi sayını proqnozlaşdırmağa imkan verdi.

Hamar, yuvarlaq küncləri, əks halda eyni quruluşlarda iti bucaqlı künclərlə müqayisə edərək, komanda bakteriyaların incə əyrilər – insan bədəninin çox hissəsinə bənzəyən səthlər boyunca axına qarşı necə asanlıqla üzdüyünü və bu kanalları tez doldurduğunu gördü. Əksinə, iti künclər onların hərəkətini pozdu və yayılmasını dayandırdı, bu da bucaqlı dizaynlarda demək olar ki, heç bir çirklənməyə səbəb olmadı. Daha nazik kanallarda bakteriyaların koloniyalaşmış ərazidən qaçaraq axına qarşı səyahətlərinə başlamaq kimi vacib ilk addımı atması daha çətin oldu.

Tədqiqatçılar qeyd edirlər ki, bu o deməkdir ki, kateterlər kimi cihazlar nazik olmaqla, daha yüksək təhlükəsizliklə, həmçinin əyilmə və dönmə qabiliyyəti ilə xəstənin rahatlığını birləşdirə bilər.

Gündəlik məlumat üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosdakı ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz bülletenimizə abunə olun və vacib olan nailiyyətlər, innovasiyalar və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniliklərdən xəbərdar olun .

Kolonizasiyada maye axınının gözlənilməz rolu

Ən təəccüblü nəticələr, komanda maye axınının özünə baxdıqda ortaya çıxdı. Ənənəvi müdrikliyə görə, daha güclü axın bakteriyaların axının yuxarısına doğru üzməsinə mane olmalı, onları yavaşlatmalı və ya yuyub aparmalıdır. Bunun əvəzinə, cərəyan istiqamətləndirici rels kimi hərəkət etdi. Bakteriyalar axınla uyğunlaşdı, onun strukturunda hərəkət etdi və sakit və ya daha az aşındırıcı şəraitdə olduğundan daha sürətli yuxarı axın yerlərinə çatdı.

Mühəndislik və Tətbiqi Elmlər Məktəbinin bakalavr tədqiqatçısı, həmmüəllif Suya Que deyir: “Bir neçə dəqiqə ərzində ilk hüceyrələrin axına qədər çatdığını görürük. Oraya çatdıqdan sonra həmin ilk qabaqcıl hüceyrələr yeni koloniyalar yaradır və hər iki tərəfdən irəliləyən “iki tərəfli” işğal yaradırlar.”

Bakteriyalar, hər otağı diqqətlə yoxlayan bir oğru kimi, boşluqları boşluqlarla kolonizasiya etmək əvəzinə, sürətlə axına qədər üzür və sonra bütün binaya çatırlar. Ön tərəfə çatdıqdan sonra, axınla aşağıya daşınan strimerə bənzər bioaqreqatlar əmələ gətirir, cihazın bütün uzunluğuna sürətlə yayılır və kolonizasiya sürətində təxminən üçqat artım yaradır.

Klinik təsirlər və gələcək tətbiqlər

Tao deyir ki, bunun sidik yolları infeksiyaları kimi infeksiyalar üçün dərin klinik təsirləri var, çünki sidik yollarının aşağı hissəsində bakteriyaların olması simptomlar tam şəkildə özünü göstərməzdən əvvəl daha geniş bir problemin, bəlkə də böyrəklərdə daha yüksək bir problemin siqnalı ola bilər. Axın, bir qayda olaraq, bədəni qorumur və səhv şəraitdə problemi sürətləndirə bilər.

Mathijssen qeyd edir ki, bu tapıntılar infeksiyanın qarşısının alınmasından əlavə, daha çox imkanlar açır. Eyni prinsiplər, bakteriyalar tərəfindən milyardlarla il ərzində təkmilləşdirilmiş strategiyalardan istifadə edərək dərmanları lazımi yerə çatdırmaq üçün cərəyanlara qarşı üzən mikrorobotların dizaynına da yol göstərə bilər.

Mathijssen deyir ki, “Onların axın istiqamətinə qarşı istiqamətini dəyişmək və axına qarşı üzmək üçün istifadə etdikləri mexanizmlər mikrorobotun mexanizmlərinə çox bənzəyir. Düşünürəm ki, bu, biomimikriyada – biologiyadan öyrənməkdə – çox maraqlı bir sahədir və bizə daha yaxşı biotibbi alətlər və potensial olaraq yeni terapevtik vasitələr yaratmağa kömək edə bilər.”

Daha çox məlumat: Ran Tao və digərləri, Mikrostrukturlu cihazlara yuxarı axınla üzən bakteriyaların işğalı, Newton (2026). DOI: 10.1016/j.newton.2025.100337

Pensilvaniya Universiteti tərəfindən təmin edilir