البكتيريا المقاومة للأدوية هي سبب خطير للقلق في الطب. أدى ظهورها السريع إلى تقليل فعالية المضادات الحيوية التقليدية ، مما أدى إلى المزيد من المضاعفات السريرية. إنها تشكل تهديدا كبيرا للصحة العامة وتخلق حاجة ملحة لعوامل جديدة مضادة للميكروبات. أحد طرق البحث هو المواد النانوية. تمتلك المواد النانوية خصائص فيزيائية وكيميائية فريدة تسمح لها بالتفاعل مع الميكروبات بطرق تضر بقدرتها على البقاء. على سبيل المثال ، تحفز الجسيمات النانوية الفضية (AgNPs) الإجهاد التأكسدي في البكتيريا ، مما يؤدي إلى خلل في البروتين ، واضطراب الغشاء ، وتلف الحمض النووي ، وموت الخلايافي النهاية 1. من ناحية أخرى ، تشتهر جزيئات الذهب النانوية (AuNPs) بخصائصها المضادة للفطريات ويمكن أن تعزز التأثير المبيد للجراثيم للمضادات الحيوية من خلال العمل كناقلات2.
بالإضافة إلى ذلك ، جذبت جزيئات النحاس النانوية (CuNPs) أيضا اهتماما كبيرا بسبب تأثيرها القوي المضاد للميكروبات وتكلفة الإنتاج المنخفضة. تشير الدراسات إلى أن CuNPs تظهر نشاطا واسع الطيف للجراثيم عن طريق تعطيل النشاط الأنزيمي وتوليد أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS)3. تسهل الشحنة الموجبة ل CuNPs اختراقها في البكتيريا ، مما يعزز امتصاصها الخلوي4. هذه الآلية تجعل CuNPs خيارا واعدا لطلاء الأسطح ، مثل الغرسات ، لمنع العدوى3. ومع ذلك ، فإن إحدى النتائج المثيرة للاهتمام هي أن التأثير المبيد للجراثيم ل CuNPs يبدو أنه يعتمد على الحجم. وجدت بعض الدراسات أن CuNPs الأصغر تظهر نشاطا مضادا للبكتيريا أعلى ، ربما بسبب نسبة مساحة السطح إلى الحجمالفائقة 5.
يتسبب توليد ROS في تلف واسع النطاق للخلايا والبكتيريا ، بما في ذلك بيروكسيد الدهون ، وخلل البروتين ، وتجزئة الحمض النووي ، وتثبيط استحداث السكر / تحلل الجليكوجين ، ويشارك في النخر أو موت الخلايا المبرمج (PCD) 6،7،8. كشفت الدراسات الحديثة أن أنظمة PCD موجودة في البكتيريا ، مع أنماط عمل ومؤثرات مشابهة لتلك الموجودة في أنظمة حقيقيةالنواة 9. يمكن للمجتمعات البكتيرية أن تحفز PCD استجابة للإجهاد ، بما في ذلك الإجهاد التأكسدي ، من خلال نظام مضاد السموم (TA)10. بعبارات بسيطة ، يتكون نظام السموم المضاد للسموم من السموم التي يمكن أن تعطل العمليات الخلوية الأساسية ومضادات السموم التي يمكن أن تشكل مجمعات مستقرة مع السموم لتثبيط سميتها في ظل ظروف النمو العادية. تحتوي معظم البكتيريا والعتائق على مواقع TA في جينوماتها ، وغالبا ما توجد في نسخ متعددة من الحمض النووي خارج الكروموسومات والكروموسومات. هناك عدة أنواع من أنظمة TA ، مع النوع الثاني TA (المعروف باسم وحدة MazE / MazF) ذات أهمية خاصة. في ظل ظروف الإجهاد ، تتحلل مضادات السموم ، مما يسمح للسموم بتثبيط أهدافها الخلوية. في الإشريكية القولونية والمكورات العنقودية الذهبية ، يتم تنشيط السم MazF استجابة لظروف الإجهاد مثل الإجهاد التأكسدي وارتفاع درجة الحرارة ومجاعة الأحماض الأمينية. وبالتالي ، يتم تقليل التعبير عن مضاد السموم MazE ، مما يؤدي إلى إطلاق السم MazF10. وجدت الدراسات أن MazF يتيح تخليق البروتينات التي تسمح لمجموعة سكانية فرعية صغيرة بالبقاء على قيد الحياة في ظل ظروف معاكسة ، بينما يخضع معظم السكان لموت الخلايا بوساطة mazEF. يمكن أن يكون موت الخلية هذا إما معتمدا على ROS ، حيث يحفز ROS تثبيط النسخ أو الانتقالي ، أو مستقلا عن ROS ، حيث يؤدي تلف الحمض النووي إلى مسارات الموت11.
تستكشف هذه الدراسة الآليات التي تحفز بها CuNPs الموت البكتيري. بدلا من التركيز فقط على نظام TA ، تم استخدام أربعة معدلات PCD ، مستخدمة سابقا في بحثنا7،12 ، للتحقيق في مسارات PCD المحتملة في البكتيريا.
من خلال فحص التأثيرات القاتلة للجراثيم ل CuNPs بحجمين مختلفين (20 و 60 نانومتر) بتركيزات متفاوتة ، واستخدام طرق مثل فحوصات المستعمرة ، واكتشاف ROS ، ومعدلات PCD (SBI و Z-VAD و NSA و Wortmannin) ، يسلط هذا البحث الضوء على أن PCD ليس حصريا للكائنات متعددة الخلايا ولكنه يحدث أيضا في المجتمعات البكتيرية تحت الضغط. من خلال توفير بروتوكولات مفصلة ، يهدف هذا العمل إلى تمكين الباحثين من تقييم فعالية CuNP وآليات مبيد الجراثيم في أنظمتهم الخاصة. علاوة على ذلك ، تعمل هذه النتائج على تعزيز فهم PCD البكتيري ودعم تطوير العلاجات القائمة على CuNP لمكافحة البكتيريا المقاومة للمضادات الحيوية.