طور علماء في جامعة سري البريطانية أول نموذج حاسوبي ثلاثي الأبعاد من نوعه لدراسة آليات مقاومة بكتيريا الزائفة الزنجارية (Pseudomonas aeruginosa) للمضادات الحيوية، في خطوة قد تسهم في تسريع تطوير علاجات أكثر فعالية ضد العدوى البكتيرية الخطيرة.
وتعد هذه البكتيريا من أخطر مسببات العدوى التي حذرت منها منظمة الصحة العالمية، في وقت أصبحت فيه مقاومة المضادات الحيوية واحدة من أكبر التحديات الصحية عالميا. وتشير التقديرات إلى أن مقاومة مضادات الميكروبات تسببت في وفاة نحو 1.27 مليون شخص حول العالم خلال عام 2019.
محاكاة دقيقة للبكتيريا داخل بيئة افتراضية
البكتيريا المقاومة للمضادات الحيوية ( مصدر الصورة: Freepik )
اعتمد الباحثون على برنامج BioDynaMo المجاني لإنشاء نموذج ثلاثي الأبعاد يحاكي تكوين الأغشية الحيوية التي تنتجها البكتيريا.
والغشاء الحيوي عبارة عن طبقة لزجة مكونة من السكريات والبروتينات والحمض النووي، تشكلها البكتيريا حول نفسها لحمايتها. وتساعدها هذه الطبقة على الالتصاق بقوة بالأسطح، مثل أنابيب المياه والأجهزة الطبية، كما تزيد من قدرتها على مقاومة تأثير المضادات الحيوية، مما يجعل علاج العدوى أكثر صعوبة.
محاكاة أقرب إلى الواقع
يتميز النموذج الجديد بأنه يأخذ في الاعتبار الحركة المستمرة للسوائل، وهو ما يجعل المحاكاة أقرب إلى الظروف الحقيقية داخل المعدات الطبية المستخدمة في المستشفيات.
ولا يقتصر النموذج على محاكاة نمو الأغشية الحيوية وتغير بنيتها، بل يتابع أيضا كيفية انفصال بعض البكتيريا عنها بشكل طبيعي للانتقال إلى مناطق جديدة وتكوين مستعمرات بكتيرية أخرى.
نتائج متوافقة مع التجارب المخبرية
اختبر الباحثون دقة النموذج الحاسوبي من خلال مقارنة نتائجه بالتجارب المخبرية، وأظهرت المقارنات أن المحاكاة تعكس بدقة سلوك المجتمعات البكتيرية الحقيقية.
ويمنح هذا الإنجاز العلماء أداة موثوقة لدراسة سلوك البكتيريا من دون الحاجة إلى إجراء عدد كبير من التجارب المعملية المكلفة والمستغرقة للوقت.
تسريع تطوير علاجات جديدة
يوفر النموذج الافتراضي بيئة تسمح للباحثين باختبار فرضيات علمية جديدة بسهولة، ودراسة عمليات كان من الصعب جدا مراقبتها بسبب صغر حجمها المجهري.
ومن المتوقع أن يساهم ذلك في تسريع اكتشاف وسائل جديدة لمكافحة البكتيريا المقاومة للمضادات الحيوية، مع تقليل تكاليف الأبحاث وتسريع تطوير العلاجات.
إمكانية تطبيقه على أنواع أخرى من البكتيريا
أوضح الباحثون أن النموذج لا يقتصر على بكتيريا الزائفة الزنجارية، بل يمكن تعديله لدراسة أنواع أخرى من البكتيريا.
كما يمكن استخدامه للتنبؤ بكيفية تأثير سرعة تدفق السوائل، وطبيعة الأسطح المختلفة، والخصائص البيولوجية للبكتيريا في انتشار العدوى، وهو ما قد يساعد مستقبلا في تحسين تصميم الأجهزة الطبية ووضع استراتيجيات أكثر فعالية للحد من انتقال العدوى داخل المستشفيات.