چهاردهمين شماره شفق همزمان با ۱۱مين

 

 نمايشگاه سراسری مطبوعات منتشرمی شود.

 

 

                 ۲۴-۱۷ ارديبهشت ۱۳۸۳

               تهران/ محل دايمی نمايشگاه های بين المللی

                       مقدم شما دوست عزيز را گرامی ميداريم

 

 

«لوله‌هاي ريز جاي آنتي بيوتيك‌ها را مي‌گيرند»

 


در دوران ما قبل تاريخ زمانيكه مهاجمين و دشمنان انسانها‌، حيوانات بزرگ و پر پشم بودند انسانها براي نجات زندگيشان از چاقو و سرنيزه‌هايي كه از سنگ و مس و يا برنز ساخته شده بود استفاده مي‌كردند. اما امروز  بيشتر دشمنان ما ميكروبهاي بيماريزا هستند و اسلحه‌هاي نوك تيز ديگر كاربردي ندارند. آيا اين موجودات ريز وجود دارند؟ شايد لازم باشد كه ما پولك و چاقوي مهاجمين خود را به اسلحه‌اي خيلي ريز تبديل كنيم. اكنون محقيقين روي اين موضوع كار مي‌كنند كه با طراحي قطعات پروتئيني كه با جفت شدن آنها در لوله‌هاي بسيار ريزي بنام نانوتيوب در غشاهاي سلولي باكتريها، سوراخها يا منافذي را در آنها ايجاد مي‌كند كه باعث مي‌شود نواحي داخلي ميكروبها نمايان شوند. ميكروبها در كمتر از يك دقيقه مي‌ميرند و به همين سرعت هم متخصصين مي‌توانند اين اثر را بررسي كنند. اين نيزه‌هاي كوچك سوشهايي را كه به علت وجود دو تا از پاتوژن‌ها يا انگلهاي مرگبار كه مقاوم به آنتي بيوتيك بودند و بيمارستانهاي مدرن را طاعوني كرده بود درمان كرده‌اند. اين موضوع يك انتخاب جديد و مطلوب را براي پزشكان و شركتهاي دارويي كه در تلاش براي يافتن راههايي جهت كشتن ميكروبهايي هستند كه از قدرت ما در طراحي داروئي ج پيشي گرفته‌‌اند، را پيشنهاد مي‌كند. طبق معمول طبيعت، سياست جنگ و خنجر را مدتها پيش كامل كرده است. به عنوان مثال تصوّر كنيد يك آنتي بيوتيك طبيعي بنام گراميسيدين كه باكتري با سيلوس برويس آنرا به عنوان يك وسيله دفاعي در مقابل رقباي ميكروبي خود ترشح مي‌كند. دو مولكول گراميسيدين ـ كه هر كدام شامل رشته‌اي با 15 اسيدآمينه است ـ وارد غشاي ميكروبي مي‌شوند و سر را به دم وصل مي‌كنند و بعد در داخل يك رشته مارپيچي كه همانند سيم تلفن است تابيده مي‌شوند( پيچيده مي‌شوند). سپس با پيوند‌هاي هيدروژني هر دور از رشته با دور بعدي بهم متصل مي‌شوند. در واقع اين جفت پيتيد يك منفذي را ايجاد مي‌كنند و سپس يوينهاي حياتي قربانيان خود را از پيكرشان خارج مي‌كنند. حداقل هفت خانواده از مولكولهاي دفاعي ـ كه يكي از آنها بنام defensin هستند ـ شيوه عملكرد يكساني دارند. Moths يا شب پره‌ها يك تركيب ضد ميكروبي بنام سكروپين مي‌سازند و زهر زنبور عسل شامل  سمي بنام مليتين است. قورباغه‌ها ماده‌اي بنام مگنين از طريق پوستشان تراوش مي‌كنند. هر مولكول، بار مثبت مشخصي را حمل مي‌كند كه آنرا تا سطح غشائي باكتريايي كه داراي بار منفي هستند مي‌كشاند. محقيقين اين چنين مولكولهاي دفاعي را پيش از اين جهت استفادة بشر به كار گرفته‌اند. مثلاً گراميسيدين جزء فعال نئوسپورين و بعضي پمادهاي آنتي بيوتيك ديگر است. اما تعدادي از اين مولكولها به طور تصادفي و باور نكردني يا متصل مي‌شوند و يا اينكه خودشان را به داخل تمام انواع غشاها وارد مي‌كنند و آنها را به مخاطره مي‌اندازند. رابرت هانكوك از دانشگاه كلمبياي انگليس در ونكوئر مي‌گويد كه يك دوز 3 مرتبه‌اي كه براي خنثي كردن باكتريها لازم است سريعاً سلولهاي قرمز خون انسان را پاره مي‌كند. بنابراين شما بايد پماد گراميسيدين را به زانويي كه پوست آن كنده شده است بماليد ولي در اين صورت شما نمي‌توانيد در مبارزه با عفونت باكتريايي بيشترين ديفنسين‌هاي داخلي را داشته باشيد. طي تلاشي كه براي  كنترل سلولهايي كه سوراخ شده‌اند انجام شده بود شيميدانها از سالهاي 1970 سعي كرده‌اند كه نسخه‌هاي مصنوعي از اين خنجرهاي كشنده را بسازند. امّا آنها بدليل مشكلات تكنيكي موفق به ساخت نسخه‌هاي مصنوعي نشدند قطعات پروتئيني گرد هم جمع مي‌شوند. در آب حل نمي‌شوند و در برابر تلاشهايي كه آنها را مجبور به تشكيل منافذ كند، مقاومت مي‌كنند.

 اما در سال 1993 يك متخصص شيمي آلي از جهات مختلفي دچار مشكل شد. رضا قديري از انستيتوي تحقيقاتي اسكريپس در لاجولاي كاليفرنيا، تكنولوژي ريز ميكروبها را بدست آورده است. روشهاي سنتز پروتئين لوله‌هاي ريز يا نانويتوب‌ها را جهت استفاده به عنوان مجاري واكنشي ريز را بررسي ‌كرد. او گيج شده بود، به علت اينكه چگونگي سنتز رشته‌اي از اسيدهاي آمينه كه تا زمان پيچيده شدن آنها در داخل لوله‌ها، محلول باقي مي‌ماندند، براي او يك مسئله مهم بود.

قديري طي يك توقف كوتاهي كه در نيويورك هنگام بازگشت از يك گردهمايي خارجي داشت  تصميم گرفت يكي از پاتوق‌هاي قديمي‌اش را در دوران اخذ مدرك دكترا در دانشگاه رُكفلر كه بنام موزة ژوگن هيم بود را ببيند. در پله‌هاي قسمت جلويي آن يك استوانه‌اي نظرش را جلب كرد. هرم وارونه‌اي بود كه توسط فرانك رايت طراحي شده بود. قديري از اين موضوع الهام گرفت. او مي‌گويد به ذهنم خطور كرد  بجاي ساختن رشته مارپيچي، من بايد دايره‌هايي بسازم و آنها را رويهم بچينم. قديري با خود انديشيد كه با اين روش ما بايد لوله‌‌هاي ريز را بسازيم. وقتي پرواز او به كرانة شرق رسيد قديري مستقيماً به آزمايشگاه رفت و دانشجوي دكتراي خود را (جان گرانجا) ديد و براي او عقيده‌اش را توضيح داد، كه با چيدن صفحات اسلايد بر روي يكديگر طرح مورد نظر شكل مي‌گيرد. انبوهي از حلقه‌ها را به طور شيميايي بهم چسباندند. گرانجا كه هم اكنون در دانشگاه سانتياگوي كومبو ستلا در اسپانيا است اعتراف مي‌كند كه: «در ابتدا ما باور نمي‌كرديم كه اين كار عملي شود».

اشتياق قديري  قوت قلبي بود تا گرانجا مصمم شود آزمايش را انجام دهد. دو شيميدان با رشته‌اي از اسيدهاي آمينه كه از دو نوع مختلف بودند كا را شروع كردند؛ كه هر كدام تصوير آينه‌اي يكديگر بودند. بنابراين آنها را مولكولهاي دست چپ و راست (L,D) ناميدند. به طور طبيعي تمام اسيدهاي آمينه از نوع L هستند. تغيير متناوب دستها، راست، چپ، راست ، چپ مانند افرادي است كه در يك رديف ايستاده‌اند و دستهادي يكديگر را با سرانگشتان محكم گرفته‌اند و بهم قفل كرده‌اند (مثل صخره نورد). در اين وضعيت انگشتان شست  دسته‌اي از اتمهايي هستند كه حلقه‌ها را بهم خواهند چسباند. به طور متناوب به بالا و پائين بيرون زده مي‌شوند. اگر چند تا از اين دستهاي متناوب، به ضورت دايره بهم متصل شوند تشكيل حلقه زيگزاگ مانندي را مي‌دهند كه انگشتان دست به طور متناوب بالا و پائين را نشان مي‌دهد. قديري و گرانجا تشخيص دادند كه اين حلقه‌ها بايد به طور خودبه‌خود در استوانه‌ها، كامل چيده شوند و بوسيله پيوند‌هاي هيدروژني كه بين شست‌هاي بيرون آمده از يك حلقه و پاشنة دست حلقة بعدي است كشيده و نگه شوند. زيبايي اين طرح چند كاربردي بودن آن است: آنها مي‌توانند قطر يك لوله را بسادگي با افزايش يا حذف اسيدهاي آمينه هر حلقه، گشاد يا تنگ كنند. و نيز مي‌توانند بوسيله انتخاب دقيق اسيدهاي آمينه‌اي كه جهت تشكيل حلقه‌ها به كار مي‌روند آن را به عنوان جايگاههاي مشخص به صورت هدف درآورند. اما قديري نمي‌دانست كه قبل از او ديگران هم سعي كرده‌ند اقدام به اين كار بكنند ولي ناكام ماندند. حلقه‌هاي آنها تمايل داشتند بجاي اينكه با دقت در لوله‌ها چيده شوند گردهم جمع شوند. قديري مي‌گويد: ما خيلي خوش شانس بوديم، اگر ما مي‌دانستيم ممكن بود كه حتي كار را شروع نكنيم. تيم قديري با همان مشكلات روبرو شد، اگر حلقه‌هايشان را با اسيدهاي آمينه آبدوست مي‌ساختند ـ كه در نتيجه در آب محلول بودند ـ  مولكولهاي آب در اطراف آنها دسته مي‌شدند و مانع نگه داشتن حلقه‌ها در كنار هم ، توسط پيوندهاي هيدروژني به صورت پشته يا خرمن (انبوه)مي‌شدند. لذا قديري سعي كرد كه يك حقّه زيركانه‌ بزند. او حلقه‌هايي را ساخت كه شامل تعدادي از اسيدهاي آمينه‌اي بودند كه در PH نرمال بارهاي مثبت و منفي را حمل مي‌كردند؛ در نتيجه آنها در آب محلول خواهند بود و نيز تعدادي از اسيدهاي آمينه‌اي كه بدون بار بودند ترجيح مي‌دادند كه درحلالهاي روغني محلول باشند، اين چربيها غشاي سلولي را مي‌سازند. استدلال او اين بود كه اگر او نسبت دقيق را بدست آورد او مي‌تواند حلقه‌ها را در آب حل كند و آنها را به ذرات معلق سلولها بيافزايد كه روي آن، حلقه‌ها در غشاهاي آنها قرار خواهند گرفت. در آنجا مولكولهاي بخار آب را از دست مي‌دهند و حلقه‌ها به طور كامل و خودبخودي گرد هم جمع مي‌شوند و لوله‌ها را تشكيل مي‌دهند كه بوسيله پيوندهاي هيدروژني محكم نگه داشته مي‌شوند.

 طرح اجرا شد. محققين آمينواسيدهاي حلقه‌ها را به لوله‌هاي تست كه شامل غشاهاي مصنوعي بود اضافه كردند و سپس ساختارهاي بدست آمده را كنترل كردند وبا استفاده از انواع تكنيكها مانند تابش  نور پلاريزه به مولكولها و استفاده از پراكنش نور جهت گيري آنها را چك كردند.

وقتي كه تمام آنها بهم فشرده شدند تيم قديري دريافتند كه آنها در واقع كانالي را در ميان غشاها ايجاد كرده‌اند. كه باعث عبور يونها و مولكولهاي بزرگتر مانند گلوكز مي‌شود. سپس قديري   به مساله ساختن لوله‌هايي كه پاتوران‌ها را از بين مي‌برد نه سلولهاي انساني را پرداخت او از گروه مهمي از باكتري‌ها به نام باكتري‌هاي گرم مثبت كه غشاي سلولي آنها بيشتر از سلولهاي پستانداران داراي بار منفي است؛ براي هدف قرار دادن غشاهاي باكتريها استفاده كرده. بنابراين محققين حلقه‌هايشان را با استفاده از اسيدهاي آمينه‌اي داراي با مثبت بودند به همراه اسيدها آمينه چربي دوست ساختند. آنها نقشه خودشان را روي يك باكتري بنام استافيلوكولوكس اورئوس كه مقاوم به متي سيلين بود عملي كردند St.aru ميكروب گرم مثبت بسيار بدي است كه به طور مداوم نسبت به تمام آنتي بيوتيكها بجز ونكوماسين مقاومت مي‌كند. قديري مي‌گويد: وقتي كه آب را از داخل لوله‌هاي تست خارج كردند پر از ميكروبهاي به ظاهر مرده بود، لوله‌هاي ريز به اندازه ونكوماسين در كشتن باكتريها مؤثر است. شايد آنها حتي بهتر هم باشند. زيرا بيشتر آنتي بيوتيكها مانند پني سيلين و ونكوماسين باكتريواستاتيك هستند و فقط رشد باكتريايي را كند يا متوقف مي‌كند و تا زمانيكه سيستم ايمني بيمار بر آن غلبه كند طول مي‌كشد.

از طرف ديگر لوله‌هاي ريز در لحظه‌اي كه حلقه‌ها افزوده مي‌شوند باكتريها را مي‌كشند. قديري مي‌گويد: دريافتيم كه پپتيدهاي ما باكتري كش هستند، معهذا سلولهاي قرمز خون سالم مي‌مانند.

لوله‌هاي ريز حتي در موش زنده هم عمل مي‌كنند. در آزمايشات اوليه تيم قديري دوزهاي متفاوتي از حلقه‌هاي لوله‌هاي ريز را به موشي كه با استاف اورئوس آلوده شده بودند تزريق كردند، چهار موش براي هر دوز و چهار موش آلوده ديگر را بدون معالجه رها كردند. در حدود 48 ساعت تمام حيواناتي كه معالحه نشده بودند مُردند. امّا حيواناتيكه لوله‌هاي ريز را دريافت كرده بودند زنده ماندند. وقتي محققين بافت حيواناتي را كه با لوله‌هاي ريز درمان شده بودند را زير ميكروسكوپ مورد آزمايش قرار دادند؛ قديري مي‌گويد: حتي آنهايي كه بيشترين دوز را دريافت كرده بودند به نظر نرمال مي‌رسيدند. او مي‌گويد: مطالعات ما نشان داده است كه ما مي‌توانيم موش آلوده را معالجه كنيم. سميت بسيار كمي هنگام  استفاده بيشتر از دوز 5 مرتبه‌اي كه ما نياز داريم و جود دارد.

و سرانجام به نظر مي‌رسد كه به هدف يعني ساخت ديفنسين رسيده‌اند.

در واقع قديري ممكن است در بازي شخصي خودش طبيعت راشكست دهد. زيرا حلقه‌هاي لوله‌هاي ريز شامل اسيدهاي آمينه L طبيعي و قرينه‌هاي d مصنوعي آنها است، آنزيمهايي هضم كنندة پروتئين بدن بنام پروتئاز نمي‌توانند اين حلقه‌ها را تجزيه كنند. علاوه بر اين وقتي كه تيم قديري ساختارهاي خودشان را به سرم انساني كه مملو از پروتئازهاي طبيعي است افزودند لوله‌ها به مدت چند روز سالم باقي ماندند؛ كار بزرگي كه در مورد پروتئين‌اي بيولوژيكي و داروها تاكنون شنيده نشده بود. يك شيميدان بنام جوزف مور از دانشگاه آلينوتيز در اوربانا مي‌گويد: رضا واقعاً پوشش را تحت فشار قرار داده است. او مي‌نويسد كه اگر چه شيميدانها آرزوهاي درازي را در مورد ساختن لوله‌هاي ريز داشتند ولي هيچ كس قبلاً نتوانسته بود كه يك فراوردة عملي را ارائه دهد. او مي‌گويد: رضا به چيزي دست يافت كه در مورد آن صحبت مي‌كرد و عملاً آن را به اجرا در آورد.

تيم دانشمندي بنام سام جلمن در دانشگاه وسيكومنسين به موفقيت‌هاي مشابهي با ورشهاي نسبتاً متفاوتي رسيدند. جلمن و همكارانش تصميم گرفتند كه بجاي استفاده از توده‌ها يا خرمن‌ها از رشته‌هاي مارپيچي استفاده كنند و آنها را از اسيدهاي آمينه‌اي بنام بتا ساختند. اين رشته‌ها در مركز خودشان دو اتم كربن  حمل مي‌كنند (در اسيدهاي آمينة پروتئين‌هاي طبيعي يك اتم وجود دارد). اتم كربن اضافي به بتا آمينو اسيدها قابليت انعطاف بيشتري را مي‌دهد بنابراين آنها آسانتر مي‌توانند به صورت استكان از  پيش تعيين شده پيچيده شوند و به دسته جايگاههاي حجيم اتمها افزوده شوند.

جلمن دريافت كه دسته جايگاههايي كه حلقه‌ها را مي‌سازند ميل دارند كه زنجير را به صورت كنفيگوراسيون يا شكل فضائي مارپيچي راست در آوردند و زنجيره‌هاي بتا آمينو اسيدها همانند حلقه‌هاي متناوب d و L قديري نسبت به پروتئازها مصون هستند.

در آوريل، گروه جلمن زنجيره‌‌هاي بتا آمينواسيدي را بدست آوردند كه در سرتاسر خود بار مثبت را حمل مي‌كردند و آنها را به تشكيل منافذي در چهار گونه از باكتريهاي گرم مثبت كه دوتاي آنها نسبت به آنتي بيوتيكهاي معمولي مقاوم بودند تحريك كرد. زنجير ه‌ها كه اغلب حتي قبل از رسيدن به غشا پيچيده مي‌شوند همانند ديفنسين‌هاي طبيعي در لولة تست آزمايشات عمل مي‌كنند. و در حاليكه آنها باكتريها را مي‌كشند سلولهاي قرمز خون انسان را دست نخورده و سالم ترك مي‌كنند.

متخصصين بيماريهاي عفوني كه جهت مبارزه سريع با ميكروبهايي كه به طور مداوم در برابر مجموعه آنتي بيوتيكها مقاوم مي‌شوند؛ فعاليت مي‌كنند خوشحال خواهندشد اگر تركيبات تشكيل دهندة منافذ آن را براي شركتهاي دارو سازي بسازد.

جان بارتلت رئيس بخش بيماريهاي عفوني در دانشگاه پزشكي جانزهاپكينز در بالتيمور مي‌گويد: مسئله مربوط به مقاومت مخصوصاً برا گونه‌اي خاصي از باكتريها كه گرم مثبت هستند به اوج تب و تاب خود رسيده است و با هر دارويي، مقاومت آنتي بيوتيكي رخ مي‌دهد و مسئله فقط زمان و مكان است.

بنابراين از بيشتر اسلحه‌هاي دكترها بهتر است. آليس كلارك سرپرست مركز ملي جهت تحقيق فرآورده‌هاي طبيعي در دانشگاه مي‌سي‌پي مي‌گويد: با وجود اين بيماريها ما بايد چندين راه داشته باشيم. با يك داروي منفرد موفقيتي رخ نخواهد داد. پپتيدهاي لوله‌هاي ريز ممكن است در مبارزه با مقاومت مزيت  داشته باشد. برخلاف آنتي بيوتيكهايي مانند پني سيلين كه متصل مي‌شوند و آنزيم‌هاي حياتي باكتريها را متوقف مي‌كنند، لوله‌هاي ريز در غشاي سلول قرار مي‌گيرند. بنابراين براي افزايش مقاومت، باكتريها بايد علاوه بر تغيير شكل آنزيم  بايد ساختمان غشا  را هم كاملاً تغيير دهند.

اما يك جاي تاريكي براي لوله‌هاي ريز وجود دارد. قديري آن را احتياط‌هاي خوش بينانه در مقابل آرزوهاي بزرگ در اين مرحله مي‌نامد زيرا محققين در مورد اين لوله‌هاي ريز و اينكه آنها چگونه عمل مي‌كنند بسيار كم مي‌دانند. به عنوان مثال يك تيمي به رهبري بيل دگرادو از دانشگاه پنسيل وانيا در فيلادلفيا زنجيره‌هاي بتايي را همانند زنجيره‌هاي جلمن ساخت، آنها را هم به باكتريها و هم به سلولهاي قرمز خون افزود. ميكروبها و سلولهاي انساني مردند. هيچ كس نمي‌توانست كه چرا لوله‌هاي دگراود سلولهاي انساني را مي‌‌كشد اما در مورد لوله‌هاي جلمن اين طور نيست. اگر چه جلمن دليلي را پيشنهاد كرد بر اين مبنا كه  ممكن است بتاآمينو اسيدهاي او زنجيره‌هاي جايگاه را حلقوي كنند در حاليكه در مورد دگرادو اين طور نبود. اسيدهاي آمينه حلقوي ممكن است مشكل مارپيچي مولكول را پايداركند. جلمن انديشيد كه در معرض قرار گرفتن باهاي مثبت براي هدف قرار دادن بسيار مهم است.  هانكوك مي‌گويد: ديفنسين طبيعي همانند تعدادي از تركيباتي كه در سم زنبور عسل، زنبور معمولي و عقرب وجود دارد توانايي تخريب سلولهاي بيمار، همانند باكتريها دارد. اين يك تصادف نيست، بنابراين تمام آزمايشات پزشكي در حال جريان ديفنسين‌ها جهت استفادة موارد ديگري است و بايد اين واقعيت را اضافه كرد كه لوله‌هاي ريز تمايل دارند در اطراف پپتيدهاي بلندتر از پپتيدهاي طبيعي بچسبند و سميّت را حتّي با خطر بيشتري هم نشان مي‌دهند.

بنابراين آن به عنوان يك سورپرايز نيست. زيرا اغلب متخصصين نسبت به لوله‌هاي ريز ترديد دارند. يك شيميدان بنام برت ميجر در دانشگاه تكنولوژي ايندهوون در نيتيرلند ميگويد: چه رويايي زيبايي است اما من فكر مي‌كنم كه ما بايد گامهاي بزرگي را قبل از اينكه آنها وارد عمل شوند، برداريم. در واقع، حتي با اين موفقيت‌هاي ظاهري، قديري مي‌گويد  تيم او روي طراحي مجموعه‌هاي پپتيدهاي حلقوي با كاربردهاي متفاوت (بيشتراز تهيه آنها جهت آزمايشات پزشكي) متمركز شده‌اند. او مي‌گويد: من مراحل بعدي را به دست افرادي كه در صنعت دارو سازي مي‌باشند واگذار كرده‌ام آنها فوت وفن كار را مي‌دانند و  تعدادي از افراد را مجبور به انجام اين كار مي‌كند امّا مسلماً اگر متخصصين اين كار را انجام دهند نشانه آنها به منافذ ريزي كه باكتري را سوراخ كرده است اصابت مي‌كند و ما با نياكان خود در جشن غلبه بر جانوراني هر چند كوچك ولي خطر ناك پايكوبي خواهيم كرد.

مريم مراد خاني ـ ميكروبيولوژي