الأسلاك النانوية الميكروبية : خطوة طبية كبيرة إلى الأمام

في هذا المقال يكشف الباحثون خطوة طبية كبيرة عن "أسلاك" بيولوجية مذهلة من نوعٍ لم يسبق له مثيل من قبل.

الأسلاك النانوية الميكروبية تستخدمها البكتيريا الموصلة للكهرباء Electricity-conducting bacteria ، و هذه الأخيرة تكشف بدورها سر البطاريات الصغيرة جداً (الصغرية)

قام العلماء باكتشاف مفاجئ حول كيفية قيام بكتيريا غريبة، والتي تعيش في التربة والرواسب، بتوصيل الكهرباء. إذ حدد الباحثون أن البكتيريا تفعل ذلك من خلال بنية بيولوجية غير ملحومة  (بدون وصلات joints) a seamless biological structure لم يسبق لها مثيل في الطبيعة - وهي بنية يمكن للعلماء من خلالها:

• أن يختاروا فيها تصغير الإلكترونيات
• وإنشاء بطاريات قوية
• وبناء أجهزة تنظيم ضربات القلب pacemakers بدون استخدام أسلاك
• وتطوير حاضن أو مساعد لتطورات طبية أخرى.

كان قد اعتقد العلماء أن الـ جيوباكتير سولفسيردوسنز Geobacter sulfurreducens (*) وصّلت الكهرباء من خلال موصلات شبيهة بالشعر تسمى بيلي pili. و بدلاً من ذلك ، قرر أحد الباحثين في كلية الطب بجامعة فرجينيا University of Virginia School of Medicine ومعاونيه أن البكتيريا تنقل الكهرباء من خلال ألياف مرتبة بطريقة صحيحة، مصنوعة من بروتين مختلف كلياً. و تحيط هذه البروتينات بنواة من الجزيئات التي تحتوي على المعادن ، يشبه إلى حد كبير الأسلاك الكهربائية التي تحتوي على أسلاك معدنية. إن هذا "الأسلاك النانوية" nanowire ، مع ذلك ، تكون -على الغالب- أصغر بـ 100,000 مرة من سماكة شعرة الإنسان.

[caption id="attachment_2416" align="alignnone" width="476"] نموذج ذري للأسلاك النانوية الميكروبية microbial nanowires التي تقوم بتوصيل الكهرباء في المقدمة (الصورة) ، في حين أن هناك نوعين من البكتيريا في المجهر الإلكتروني (في خلفية الصورة) ، وتحيط بهما الأسلاك النانوية nanowires.[/caption]

من استخدامات هذا الكشف الطبي العظيم

و في نفس الوقت يعتقد الباحثون أن هذا الهيكل الصغير والأنيق يمكن أن يكون مفيداً جداً لكل شيء، بدءاً من تسخير قدرة الطاقة الحيوية، إلى تنظيف التلوث، إلى إنتاج أجهزة استشعار بيولوجية. و يمكن أن يكون في الواقع بمثابة جسر بين الالكترونيات والخلايا الحية.

وقال الدكتور إدوارد إتش إيجلمان Edward H. Egelman من جامعة فيرجينيا: " يوجد هناك جميع أنواع الأجهزة الطبية المزروعة و التي تم توصيلها بالأنسجة ، مثل أجهزة تنظيم ضربات القلب pacemakers بالأسلاك ، وقد تؤدي خطوة طبية كهذه إلى تطبيقات إذ يصبح لدينا أجهزة مصغرة متصلة فعلياً بهذه الأسلاك البروتينية الصغرية".

و كذلك "يمكننا الآن أن نتخيل التصغير الكبير للعديد من الأجهزة الإلكترونية التي تولدها البكتيريا ، والذي يعتبر أمراً رائعاً للغاية."

صغيرة ولكنها فعّالة

تلعب بكتيريا جيوباكتر Geobacter أدواراً مهمة في التربة ، بما في ذلك تسهيل دوران المعادن وحتى تنظيف النفايات المشعة. فهي تعيش في بيئات خالية من الأكسجين ، وتستخدم الأسلاك النانوية لتخليص نفسها من الإلكترونات الزائدة في ما يمكن اعتباره مكافئاً للتنفس.

بالتأكيد إنه شيء مذهل.. فقد أبهرت هذه الأسلاك النانوية nanowires العلماء ، و لكن الآن فقط تَسمكَّن الباحثون في جامعة فيرجينيا UVA ، ييل Yale ، و كاليفورنيا University of California في إيرفين Irvine ، تمكن الباحثون من تحديد كيفية استخدام جيوباكتير سولفسيردوسنز G. sulfurreducens لهذه الأسلاك العضوية organic wires من أجل نقل الكهرباء.

وقال إيجلمان Egelman ، من قسم الكيمياء الحيوية والوراثة الجزيئية في جامعة فيرجينيا: إن "التكنولوجيا [لفهم الأسلاك النانوية] خطوة طبية جديدة لم تكن موجودة إلا منذ حوالي خمس سنوات ، عندما سمحت التطورات في المجهر الإلكتروني بالتبريد cryo-electron microscopy لدرجات عالية من الدقة".

و يشير إيلجمان إلى أنه "لدينا واحدة من هذه الأدوات (التجهيزات) هنا في جامعة فيرجينيا ، وبالتالي ، لدينا القدرة على فهم هيكل هذه الشعيرات فعلياً على المستوى الذري ... ... و يعتبر هذا مجرد واحدٍ من العديد من الألغاز، و التي تَمكَّنَّا الآن من حلها باستخدام هذه التكنولوجيا ، مثل الفيروس الذي يمكن أن يعيش في حمض الغليان ، وسيكون هناك أشياء أخرى".

وأشار أيضاً إلى أنه من خلال فهم العالم الطبيعي ، على أصغر المقاييس ، يمكن للعلماء والمصنِّعين الحصول على العديد من الرؤى القيمة والأفكار المفيدة. و أضاف إيجلمان Egelman إن "أحد الأمثلة التي تتبادر إلى الذهن هو خيط (حرير) العنكبوت ، المصنوع من البروتينات تماماً مثل هذه الأسلاك النانوية nanowires ، و لكنه أقوى من الفولاذ". و "على مدى مليارات السنين من التطور ، طورت الطبيعة مواد ذات صفات غير عادية ، ونحن نريد الاستفادة من ذلك."

(*) جيوباكتير سولفسيردوسنز Geobacter sulfurreducens : و هو ميكروب على شكل عُصيّة (a rod-shaped microbe) مع جدار خلية سالبة (تقنية جرام). يُعرف الجيوباكتر Geobacter بأنه نوع من البكتيريا القادرة على توصيل مستويات الكهرباء ، ويعرف النوع G. sulfurreducens أيضًا باسم "مولدات كهرباء حيوية" نظراً لقدرته على توليد تيار كهربائي وإنتاج الكهرباء.

المصدرالمصدرالمصدر