تمنع الأشواك المجهرية الموجودة على جلد الثعبان تكوين الأفلام البكتيرية

حصلت الثعابين الملكية على اسمها من أسلوب دفاعي كلاسيكي: فهي تتجعد في شكل كرة وتخفي رؤوسها بالداخل. ومع ذلك، يختبئ في قشورها شكل آخر أكثر دقة من الحماية – أشواك مجهرية تمنع نمو الأغشية الحيوية البكتيرية. يمكن أن يلهم هذا الاكتشاف تطوير مواد مضادة للميكروبات تعمل من خلال الفيزياء بدلاً من الكيمياء.

تم العثور على الهياكل المجهرية في كل مكان في الطبيعة. أنها تخلق ألوانًا نابضة بالحياة على ريش الطيور. نتوءات صغيرة على أوراق الكراث واللوتس والورود تساعد على صد القطرات. تقلل التلال المجهرية الموجودة على حراشف سمك القرش من مقاومة الماء. لقد درس العلماء بالفعل كيف يمنع الشعر الموجود على جلد أبو بريص وأجنحة الزيز نمو البكتيريا. ومع ذلك، لم تتم دراسة البنية الدقيقة لحراشف الثعابين إلا من حيث اللون والحركة، وتم إهمال آثارها المحتملة المضادة للبكتيريا.

وقام الباحثون بقيادة فاتسلاف بيروتكا من جامعة براغ للتكنولوجيا الكيميائية بدراسة قشور الثعبان الملكي بالتفصيل. ملك بايثونوالتي تم نشر نتائجها في المجلة ايه سي اس أوميغا.

سطح جلد الثعبان مليء بأشواك مجهرية. ويبلغ طول كل عمود فقري حوالي 9 ميكرومتر، وهو ما يعادل حجم خلية واحدة. افترض الباحثون أن هذه المسامير قد تمنع تكوين الأغشية الحيوية، وهي طبقات واقية ولزجة تفرز مجتمعات ميكروبية لتلتصق بالأسطح. تحتفظ الأغشية الحيوية بالعناصر الغذائية، ولا تسمح للعوامل المضادة للميكروبات بالمرور، وتسمح للكائنات الحية الدقيقة بتبادل الجينات، بما في ذلك الجينات المسؤولة عن مقاومة المضادات الحيوية. تعد البكتيريا الموجودة في الأغشية الحيوية أكثر استقرارًا بآلاف المرات مقارنة بالأشكال التي تعيش بحرية.

باستخدام الجلد المتساقط من الثعابين من حديقة حيوان بلسن، قام العلماء بربط حراشف فردية بالإبر وحضنتها في وسط مغذٍ مع نوعين من البكتيريا – الإشريكية القولونية. الإشريكية القولونية والمكورات العنقودية الذهبية المكورات العنقودية الذهبية.

بعد 48 ساعة، تمت تغطية عينات البلاستيك المصنوعة من البوليسترين بأغشية حيوية سميكة وناضجة. لكن تبين أن حراشف الثعابين أكثر مقاومة للكائنات الحية الدقيقة: فقد انخفض التصاق بكتيريا الإشريكية القولونية والبكتيريا العنقودية الذهبية بنسبة 88% و78% على التوالي. تحت المجهر، كان سطح الحراشف موجودًا فقط في الأماكن التي تسكنها البكتيريا التي وجدت ملجأ لها بين الأشواك.

يقترح المؤلفون عدة فرضيات لشرح التأثير المضاد للبكتيريا لجلد الثعبان. يمكن أن تحد المسامير من مساحة ملامسة البكتيريا للسطح أو تتسبب في اتخاذ أشكال غير مستقرة هندسيًا. ومن الممكن أيضًا أن تؤدي الأطراف الحادة إلى إتلاف أغشية خلايا البكتيريا جسديًا أو تحد بطريقة ما من قدرتها على إفراز هلام الأغشية الحيوية.

يقول غريغوري واتسون، المتخصص في المحاكاة الحيوية وتكنولوجيا النانو من جامعة صن شاين كوست، إن فهم الآليات المحددة ضروري للتطبيق العملي للاكتشاف. وخلص إلى القول: “يمكننا تعزيز هذه الخصائص بشكل أكبر. فالكيمياء قادرة على خلق أشياء كثيرة لا تستطيع الطبيعة إنتاجها”.