ננו-חלקיקי פחמן נצמדים לקרומי חיידקים ומחוררים אותם. על כלים אנטיביוטיים מסוג חדש
היחס הגדול בין מספר האטומים על פני השטח של ננו-חלקיקים לבין מספר האטומים הכולל שלהם – מקנים למבנים האלה תכונות כימיות ופיזיקליות מיוחדות. פרופ’ רז ילינק, כימאי רב-תחומי וסגן הנשיא ודיקן למחקר ופיתוח באוניברסיטת בן גוריון בנגב, חוקר ננו-חלקיקי פחמן ובין השאר מייצר מהם חומרים אנטי-חיידקיים.
“אני מתמקד בננו-חלקיקי פחמן כיוון שקל לייצר אותם במעבדה והם זולים וידידותיים לסביבה”, הוא אומר. “בנוסף, יש להם תכונות מיוחדות, פיזיקליות ואופטיות. כך למשל, הם נצמדים לקרום (ממברנת) החיידק, למשטח החיצוני שלו, מחוררים אותו באמצעות שיירים כימיים שקיימים עליהם וכך הורגים אותו. לכן הם יכולים לשמש כמעין אנטיביוטיקה מסוג חדש, שאינה רעילה. בנוסף, כאשר חומרים אלה באים במגע עם חיידקים מסוימים, הם נצמדים אליהם ומסמנים אותם באור פלורסנטי, זוהר (חישה ביולוגית), וכך ניתן לראות אותם במיקרוסקופ”.
מה השאלה? כיצד ננו-חלקיקי פחמן משפיעים על חיידקים שונים?
במעבדתם, פרופ’ ילינק וצוותו מחממים חומרים פחמימנים פשוטים וזולים מן הטבע (כגון סוכר, גרעיני חומוס וחומצות אמינו), וכך מייצרים ננו-חלקיקי פחמן שמצליחים לזהות חיידקים ולהיצמד אליהם (“זה היופי, בפשטות”, מציין פרופ’ ילינק). במחקרם האחרון, שזכה במענק מהקרן הלאומית למדע, חיממו החוקרים חומצות אמינו שמכילות פחמן וחנקן במשך כמה שעות לטמפרטורה של 100-90 מעלות, וכך הצליחו לייצר מהן ננו-חלקיקים בכמות גדולה. “כשמחממים את חומצות האמינו שעות רבות, הן מתגבשות ונצמדות זו לזו. כך נוצרים מהן ננו-חלקיקים שייחודם הוא קבוצות מולקולריות של חומצות אמינו. קבוצות אלו נמצאות על פני השטח החיצוני של הננו-חלקיקים”, מסביר פרופ’ ילינק.
בהמשך ביקשו החוקרים לבדוק כיצד הננו-חלקיקים הללו משפיעים על מגוון חיידקים, עם סוגי קרומים שונים. לשם כך הוסיפו אותם בריכוזים שונים לחיידקים בצלחות פטרי המכילות מצע גידול. לדברי פרופ’ ילינק, “בדקנו את הננו-חלקיקים על סוגי חיידקים וקרומים שונים. למשל, חיידקים שגורמים למחלות כגון דלקת ריאות ומחלות מעיים. בדקנו גם את האופן שבו הננו-חלקיקים משפיעים על הביופילם – שכבה אטומה ובלתי חדירה (תערובת של חומרים חוץ-תאיים כגון חלבונים וסוכרים), שחיידקים בונים סביבם כאשר הם יוצרים מושבות גדולות, אשר באמצעותה הם מצליחים להתגבר על חדירת חומרים אנטיביוטיים”.
באמצעות שיטות מיקרוסקופיות ראו החוקרים כי ננו-חלקיקים בריכוז גדול יחסית הצליחו להיצמד לקרום של חיידקים גראם-שליליים, בייחוד לחיידק פסאודומונס אארוגינוזה (המעורב במחלות קשות כגון דלקת ריאות ותסמונות אלח דם, ובעל מנגנוני עמידות משוכללים לאנטיביוטיקה), לחורר אותו וכך להרוג את החיידקים. כאשר הננו-חלקיקים היו בריכוז נמוך הם הצליחו להיצמד לקרום של חיידקים – אך לא לחורר אותו. בריכוז זה הם גם הצליחו לסמן את החיידקים באור פלורסנטי. בנוסף, הם הצליחו לפרק ביופילם של חיידקים נפוצים.
בדקנו את הננו-חלקיקים על סוגי חיידקים וקרומים שונים. למשל, חיידקים שגורמים למחלות כגון דלקת ריאות ומחלות מעיים.
כיום ממשיכים החוקרים לבחון את הננו-חלקיקים האלה ואת האפשרויות לבסס עליהם יישומים מיקרוביולוגיים נוספים. כך למשל פיתחו “אף אלקטרוני” (חיישן) שמריח חיידקים; הוא מורכב מננו-חלקיקים עם שארים כימיים שנמשכים למולקולות שמופרשות מהחיידקים, וכך סופחים אותן מהאוויר. כך ניתן לדעת כי החיידקים נמצאים בסביבה. “אף אלקטרוני” כזה יכול לזהות, למשל, חיידקים במזון, בבתי חולים, במערכות מיזוג אוויר, בכלי רכב ועוד.
החיים עצמם:
פרופ’ רז ילינק, בן 58, מתגורר במודיעין ואוהב ריצות למרחקים ארוכים.
עוד בנושא באתר הידען:
