بازدید از موزه باکتری‌ها

عمادالدین قاسمی پناه_خبرنگار

در زمستان سال1915، فردی به نام پرایوت ارنست کیبل، با حال وخیم، خود را به بیمارستان شماره14 ویمروکس در فرانسه می‌رساند. این در حالی بود که سربازان ارتش انگلیس که در جبهه غربی جنگ اول جهانی مستقر بودند، در نبرد با انواع مختلفی از دشمنان میکروسکوپی کشته شده بودند. باکتری Shigella flexneri هم که باعث اسهال خونی می‌شود پرایوت کیبل را هدف قرار داده بود. پس از درگذشت او در 13مارس1915، یک باکتری شناس نظامی به نام ستوان ویلیام بروسون-آلکوک، نمونه‌ای از باکتری S. flexneri را از بدن پرایوت کیبل گرفت. این نمونه که می‌توانست در آگار (agar) زنده بماند، با پارافین در داخل یک ظرف مهروموم شد و سرانجام هنگامی که به‌عنوان نخستین نمونه وارد مجموعه ملی Type Cultures انگلستان شد، نامش به NCTC 1 تغییر یافت. آگار ماده‌ای ژلاتینی است که از انواع جلبک‌ سرخ دریایی به دست می‌آید و برای محیط کشت بیولوژیکی و به‌عنوان یک ماده غلیظ‌کننده در مواد غذایی مورد استفاده قرار می‌گیرد. مجموعه ملی National Collection of Type Cultures یا NCTC قدیمی‌ترین مجموعه از پاتوژن‌های (عوامل بیماری‌زا) باکتریایی انسان در جهان است که برای استفاده دانشمندان بنا شده. در این مجموعه که امسال صد ساله می‌شود، هم گونه‌های مختلف باکتری‌ها ذخیره می‌شوند و هم این گونه‌ها برای مصارف درمانی و پژوهشی به کل مناطق دنیا ارسال می‌شوند.
6
مطالعه باکتری 100ساله
به‌گزارش نیویورک‌تایمز، کیت بیکر، میکروبیولوژیست دانشگاه لیورپول و همکارانش برای فهم چگونگی تکامل باکتری‌ای که پرایوت کیبل را کشت، نمونه منجمد آن را که طی یک قرن تکامل یافته مورد مطالعه قرار داده‌اند. این باکتری هنوز هم سالانه حدود 164هزار تن را از پای در می‌آورد که بیشتر آنها کودک هستند. این گروه ژنوم NCTC 1 را مرتب و سپس آن را با سایر گونه‌های جدا شده در سال‌های 1954، 1984 و 2002 مقایسه کرده‌اند. تنها 2درصد از ژنوم این باکتری در طول یک قرن تغییر یافته بود، اما همین تغییرات به ظاهر کم، با بیماری‌زایی بیشتر، ایمنی ضعیف‌تر در برابر آن و مقاومت ضدمیکروبی بیشتر همراه بود. هنگامی که پژوهشگرانی مانند بیکر یک گونه یا نمونه جدید را کشف کنند، می‌توانند آن را در NCTC ثبت و ذخیره کنند. سارا الکساندر، دانشمند و سرپرست این مجموعه می‌گوید: از آنجا که دیگران امکان مطالعه پژوهش‌های چنین دانشمندانی را دارند، علم، دانش و یافته‌های آنها می‌تواند بازنگری شود. ممکن است این گونه‌ها در پژوهش‌های جدیدتری مورد استفاده قرار بگیرند و درخواست‌های دیگری برای آنها از سوی سایر دانشمندان وجود داشته باشد. جورج اورمن، مدیر مجموعه آلمانی میکروارگانیسم‌ها و کشت‌های سلولی که یکی از بزرگ‌ترین و متنوع‌ترین مجموعه‌های جهان است، می‌گوید: از نظر من، NCTC یکی از مهم‌ترین مجموعه‌های سراسر جهان است.

5دلار برای هرگونه باکتری
این مجموعه در سال  1920در «مؤسسه پزشکی پیشگیری لیستر» لندن افتتاح شد. 200کشت اول، ازجمله کشت باکتری پرایوت کیبل، از سوی فردریک ویلیام اندروز، آسیب‌شناسی که در دوران جنگ جهانی اول به مطالعه درباره اسهال خونی مشغول بود، ذخیره و ثبت شد. این سازمان در طول یک سال بعد، 2هزار گونه را به‌صورت رایگان برای مؤسسات دیگر ارسال کرد. این باکتری‌ها به صورت زنده و روی یک تکه آگار که با پارافین مهر و موم شده بود تحویل داده شدند. با این حال، هنوز پروتکل‌های ایمنی تهیه و در نتیجه رعایت نشده بودند. 3پژوهشگر NCTC در سال1922 به «تولارمیا» یا تب خرگوش مبتلا شدند. این اتفاق زمانی رخ داد که آنها در یک آزمایش، طحال یک خوکچه هندی آلوده به باکتری هوازی «فرانسیسلا تولارنسیس» را روی پوست یک خوکچه هندی سالم مالیدند. این مجموعه در سال1939 و پیش از آنکه مؤسسه پزشکی پیشگیری لستر لندن در جنگ جهانی دوم بمباران شود، به یک مزرعه در شمال لندن منتقل شد. متصدی این مجموعه در سال1947 به‌خاطر حفظ گونه‌های پزشکی و دامپزشکی مورد تحسین قرار گرفت. این مجموعه به ازای هرگونه، مبلغ 2.5شیلینگ که امروز حدود 5دلار ارزش دارد، پرداخت می‌کرد. در دهه‌های آتی، این مجموعه در حال توسعه، دوباره به لندن منتقل شد و البته قیمت گونه‌ها را هم افزایش داد. NCTC اکنون مجموعه‌ای غیرانتفاعی است که از طریق فروش گونه‌ها با قیمتی بین 85 تا 375دلار هزینه‌های خود را تامین می‌کند. جولی راسل، رئیس مجموعه‌های کشت باکتریایی سازمان بهداشت عمومی انگلیس که شامل مجموعه‌ای از ویروس‌ها و قارچ‌ها هم هست، می‌گوید: من باید اطمینان حاصل کنم که این مجموعه‌ها از نظر علمی دارای اهمیت و از نظر اقتصادی قابل توجیه هستند.


مجموعه‌ای منحصر به فرد
NCTC که از سوی سازمان بهداشت عمومی بهداشت انگلستان مدیریت می‌شود، دارای حدود 6هزار گونه (strain) باکتریایی است که بیش از 900مورد از آنها می‌توانند ما را آلوده، بیمار و مصدوم کنند یا حتی باعث مرگ ما شوند. strain‌ها انواع ژنتیک گونه‌ها (species) هستند. از حدود 800مجموعه کشت باکتریایی ثبت شده در 78کشور، این مجموعه تنها یکی از معدود مجموعه‌هایی است که به باکتری‌های بیماری‌زا اختصاص داده شده است. حدود نیمی از میکروارگانیسم‌های موجود در مجموعه‌های سراسر دنیا باکتری هستند و ویروس‌ها و قارچ‌ها در آنها کم‌تر به چشم می‌خورند. درحالی‌که در این روزها بسیاری از دانشمندان بر مبارزه با گسترش ویروس جدید کرونا متمرکز شده‌اند، باکتری‌ها همچنان از سیستم ایمنی ما و آنتی‌بیوتیک‌های موجود جلوتر هستند و مبارزه با آنها ظاهرا پایانی ندارد. ما از آنها به‌عنوان مهاجم یاد می‌کنیم، اما در واقع در حال زندگی با آنها هستیم. استفان جی گولد، زیست‌شناس تکاملی می‌گوید: هر طور که فکر کنید، باکتری‌ها همیشه در کره زمین به عنوان شکل غالب حیات وجود داشته‌اند. این مجموعه بسیاری از گونه‌های میکروبی تأیید شده و دارای منشأ شناخته شده را برای میکروبیولوژیست‌های بالینی سراسر دنیا فراهم می‌کند. این دانشمندان چگونگی تکامل باکتری‌ها را مطالعه می‌کنند، پروتکل‌های ایمنی را برای عوامل بیماری‌زای عفونی آزمایش می‌کنند، واکسن‌ها، داروهای ضد‌سرطان و درمان‌های بیماری‌های متابولیکی را توسعه می‌دهند و همچنین مشکل روزافزون «مقاومت ضدمیکروبی» را مطالعه می‌کنند.


بزرگان مجموعه لندن


NCTC بسیاری از باکتری‌های مرتبط با پیشرفت‌های پزشکی را نگهداری می‌کند. الکساندر فلمینگ که پنی‌سیلین را کشف کرد، 16گونه را بین سال‌های 1928 و 1948 به این مجموعه اضافه کرد. فلمینگ گونه NCTC 4842 (باکتری هموفیلوس آنفلوآنزا) را از بینی خودش گرفت. بتی هابز، یک متخصص برجسته در زمینه مسمومیت غذایی که گونه کلوستریدیوم پرفرینگنس را مسبب اصلی بسیاری از بیماری‌های ناشی از مواد غذایی می‌دانست، بیش از 20گونه مرتبط با آن را به این مجموعه اضافه کرد. یکی از زیرمجموعه‌های NCTC مجموعه موری است که به وسیله اوریت جورج دان موری در نیمه اول قرن20 از مدفوع، ادرار، خون، مایع مغزی، نخاعی و سایر قسمت‌های بدن افراد بیمار در سراسر جهان به‌دست آمده و گردآوری شده است. 683گونه این زیرمجموعه در دوره‌ای گردآوری شدند که استفاده از آنتی‌بیوتیک‌ها عمومیت یافته بود. بیکر می‌گوید: گردآوری این گونه‌ها، تصویری از دوره‌ای را پیش روی ما قرار می‌دهد که اطلاعات زیادی از آنها نداشتیم، اما اکنون به چگونگی درک وقوع بحران مقاومت ضدمیکروبی که امروز با آن دست و پنجه نرم می‌کنیم کمک می‌کند که این موضوع از اهمیت بالایی برخوردار است. این مجموعه همچنین ژنوم‌های حدود نیمی از گونه‌ها را مرتب کرده است و این داده‌ها را برای پژوهش‌های ژنتیک در دسترس عموم قرار می‌دهد.

تلفیق هنر و زیست شناسی

آنا دومیتریو در اواخر فوریه2018 از این مجموعه بازدید کرد که پس از این بازدید، او تبدیل به نخستین هنرمند مقیم (artist-in-residence) در NCTC شد. کارهای او که اغلب با همکاری دانشمندان انجام می‌شود، غالبا با میکروارگانیسم‌ها در آمیخته می‌شود. او در واقع در رشته هنرهای تجسمی فعالیت می‌کند. او و یک گزارشگر، استخراج DNA نوعی باکتری را به‌وسیله الکساندر در آزمایشگاه زیست‌شناسی مولکولی NCTC پیش از آنکه چیزی درمورد پروتئومیکس بدانند، مشاهده کردند. پروتئومیکس ابزاری برای بررسی مقاومت آنتی‌بیوتیکی است و برای تجزیه و تحلیل پروتئین‌های باکتریایی استفاده می‌شود. الکساندر که سال‌هاست در مورد بیماری‌های مقاربتی (STD) تحقیق کرده است، در خلال این کار به آنها گفت: باکتری کلامیدیا و سوزاک از علایق مطالعاتی من هستند. دومیتریو به مناسبت صدمین سالگرد این مجموعه، اثر هنری «لباس طاعون» را که از ابریشم خام ساخته شده و آغشته به باکتری غیرفعال Yersinia pestis بود، با کمک دکتر الکساندر خلق کرد. او همچنین فرایند تبدیل یک گونه باکتری به بخشی از مجموعه NCTC را با استفاده از یک گونه مقاوم به پنی‌سیلین که به سبک الکساندر فلمینگ از بینی‌اش جدا شده بود، مشاهده کرد. این‌گونه با عنوان NCTC 14139 به مجموعه اضافه شد. مقاومت ضد‌میکروبی احتمالا یکی از مهم‌ترین نگرانی‌های بهداشت عمومی برای سال‌های آینده خواهد بود. اکنون از 49 آنتی‌بیوتیک در حال توسعه، فقط 4مورد تأیید شده‌اند. نمونه‌های مورد مطالعه، اهدا و نگهداری گونه‌ها در NCTC و سایر مجموعه‌های کشت باکتری مطمئنا در آینده در پیشرفت‌های پزشکی نقش خواهند داشت، دقیقا همانگونه که نمونه پرایوت کیبل یک قرن پس از درگذشت او همچنان اثرگذار و نقش‌آفرین است. الکساندر کاملا به این چشم‌انداز بلندمدت توجه دارد. او می‌گوید: دانشمندانی که میکروارگانیسم‌های خود را در این مجموعه قرار می‌دهند میراث بزرگی از خود به جای می‌گذارند. آنها علم خود را جاودانه می‌کنند.

ورود و خروج باکتری‌ها
مجموعه لندن 3803بطری کوچک باکتری را در سال2019 به 63کشور ارسال کرد. در میان آنها، بیشترین درخواست‌ها مربوط به باکتری‌های کلستریدیوم (عامل اصلی بروز اسهال عفونی)، E. coli (360گونه، برخی خطرناک، برخی دیگر بی‌ضرر)، استافیلوکوکوس (عامل عفونت‌های مختلف از خفیف تا کشنده)، مایکوباکتریاس (عامل سل و جذام) و سالمونلا که ناشی از غذای آلوده است، بود.
این موارد تحت شدیدترین پروتکل‌ها و دستورالعمل‌های ایمنی از یک مرکز توزیع، واقع در خارج از لندن، به کشورهای مقصد منتقل شدند. بیشتر باکتری‌ها در سطح 2 یا 3 ایمنی زیستی قرار دارند، به این معنی که می‌توانند باعث بیماری‌های جدی یا کشنده شوند، اما یک درمان برای آنها وجود دارد. کشنده‌ترین سطح که سطح4 است، فقط شامل ویروس‌هاست. خود NCTC هم به شکل مناسبی تحت محافظت قرار دارد. جیک ترنبول، میکروبیولوژیست این مجموعه می‌گوید: ما هر سال از منابع گوناگون بین 50 تا 200گونه باکتری را تحویل می‌گیریم. بعضی از آنها که به‌تازگی کشف شده‌اند، با عنوان type strains یا گونه‌های اولیه نامگذاری شده‌اند. بقیه گونه‌ها که سابقه تاریخی دارند یا از سوی دانشمندانی ذخیره می‌شوند که بازنشسته شده‌اند یا نوع پژوهش‌های خود را تغییر داده‌اند، اما می‌خواهند این گونه‌ها برای تحقیقات آینده حفظ شوند.
نمونه‌های جدید روی آگار کشت داده می‌شوند تا اطمینان حاصل شود که زنده و بدون آلودگی باقی می‌مانند. آنها در یک مایع محافظ غنی از قند قرار می‌گیرند و در دمای منفی 33درجه سانتی‌گراد به‌مدت 3 تا 4ساعت منجمد می‌شوند و سپس در یک بطری کوچک مهروموم شده در دمای حدود 4درجه سانتی‌گراد نگهداری می‌شوند. البته همه نمونه‌ها برای مدت طولانی زنده نمی‌مانند. جولی راسل، رئیس مجموعه‌های کشت باکتریایی سازمان بهداشت عمومی انگلیس می‌گوید: فرایندی که ما استفاده می‌کنیم بسیار شبیه به‌روشی است که در دهه1930 مورد استفاده قرار می‌گرفت.

هر نمونه باید دارای توضیحاتی درباره منشأ، نام و نشان و خصوصیات ویژه‌ای باشد که در یک دیتابیس قابل جست‌وجو باشد.
سارا الکساندر مدیر NCTC می‌گوید: 50سال پیش، شما فقط می‌توانستید یک دست نوشته از یک گونه باکتری پیدا کنید، اما اکنون می‌توانید به‌گونه‌هایی از باکتری‌ها دسترسی داشته باشید که همه توالی ژنوم آنها قابل مطالعه است.
این مجموعه 90درصد نمونه‌های دریافت شده را پذیرش می‌کند. بیشتر این باکتری‌ها در حال گسترش یا عامل شیوع بیماری‌ها هستند یا دارای شکل‌های جدید مقاومت ضدمیکروبی هستند. NCTC 14208 یکی از نمونه‌های به‌دست آمده در سال2018 بود. این نمونه گونه‌ای از Neisseria gonorrhoeae بود و از حلق یک مرد انگلیسی که به سوزاک مبتلا شده بود، گرفته شد. این بیماری مقاربتی که هر سال نزدیک به 80میلیون نفر را آلوده می‌کند، تقریبا غیرقابل درمان است. الکساندر می‌گوید: از نظر تکاملی، این یک باکتری شگفت‌انگیز است. انتقال افقی ژن این باکتری بسیار زیاد است و ژن‌های دارای مقاومت ضدمیکروبی را بین گونه‌ها جابه‌جا می‌کند. انتقال افقی ژن به انتقال ماده ژنتیک بین ارگانیسم‌ها در مسیری غیر از انتقال عمودی ژن‌ها گفته می‌شود. در انتقال عمودی ژن‌ها، ماده ژنتیک از والد به فرزندان انتقال پیدا می‌کند. انتقال افقی ژن‌ها یکی از مهم‌ترین عوامل مقاومت آنتی‌بیوتیکی در باکتری‌هاست. به این بیمار داروی سفتریاکسون و آزیترومایسین که تنها درمان موجود برای این عفونت است، داده شد، اما هیچ کدام از داروها مؤثر وقع نشد. در نهایت یک داروی دیگر او را درمان کرد.