دانشمندان به تازگی کشف کرده‌اند که یک باکتری معروف در محیط‌های بیمارستانی، می‌تواند پلاستیک‌هایی را که در بخیه‌ها، استنت‌ها و مش‌های جراحی استفاده می‌شود، هضم کند. این کشف نگران‌کننده نشان می‌دهد که با تبدیل پلیمرهای پزشکی به منبع غذایی، میکروب‌ها ممکن است بهتر به تجهیزات بچسبند و مدت بیشتری روی سطوح بیمارستانی باقی بمانند.
هضم پلاستیک در بیمارستان توسط یک آنزیم خاص
باکتری مهاجم و پلاستیک PCL
پژوهشگران دانشگاه برونل لندن با استفاده از یک سویه‌ی باکتری Pseudomonas aeruginosa که از بیماران گرفته شده بود، دریافتند این باکتری قادر است پلاستیک پلی‌کاپرولاکتون (PCL) را تجزیه کند؛ پلاستیکی زیست‌تخریب‌پذیر که به طور گسترده در پزشکی مدرن کاربرد دارد.
نقش آنزیم Pap1 در تجزیه پلاستیک
دانشمندان با ردیابی این فرایند، یک آنزیم کلیدی به نام Pap1 را شناسایی کردند. در آزمایش‌های آزمایشگاهی، Pap1 توانست طی هفت روز، ۷۸ درصد از یک لایه نازک پلاستیکی PCL را تجزیه کند. باکتری سپس از قطعات تجزیه‌شده به عنوان تنها منبع کربن استفاده کرد.
«این یافته به این معناست که باید نحوه حضور پاتوژن‌ها در محیط بیمارستانی را بازنگری کنیم»، پروفسور «رونان مک‌کارتی»، سرپرست این تحقیق اظهار کرد.
بازنگری در ایمنی پلاستیک‌های پزشکی
تا پیش از این تصور می‌شد که پلیمرهای پزشکی تنها از طریق هیدرولیز و فرایندهای متابولیکی بی‌ضرر در بدن تجزیه می‌شوند. اما کشف آنزیم Pap1 نشان داد میکروب‌ها می‌توانند این فرایند را تسریع کرده و حتی از آن بهره‌برداری کنند.
چگونه تجزیه پلاستیک، باکتری را مقاوم‌تر می‌کند؟
تغذیه از پلاستیک و تقویت بیوفیلم
هنگامی که باکتری P. aeruginosa پلاستیک را می‌خورد، فقط تغذیه نمی‌کند؛ بلکه قطعات شکسته‌شده به باکتری کمک می‌کنند تا لایه‌های بیوفیلم مقاوم‌تری بسازد. این لایه‌های چسبنده در برابر مواد ضدعفونی‌کننده، سلول‌های ایمنی و داروهای آنتی‌بیوتیک مقاومت بیشتری نشان می‌دهند.
چالش در درمان عفونت‌های بیمارستانی
عفونت‌های ناشی از کاتتر و ذات‌الریه‌های ناشی از دستگاه تنفس مصنوعی، پیش‌تر هم جزو سخت‌ترین عفونت‌ها برای درمان بودند. حالا تجزیه پلاستیک PCL ممکن است مقاومت این باکتری‌ها را تقویت کند و درمان را پیچیده‌تر سازد.
اهمیت جهانی موضوع
سازمان جهانی بهداشت، باکتری P. aeruginosa را جزو خطرناک‌ترین پاتوژن‌هایی می‌داند که به داروهای جدید نیاز دارند. توانایی شگفت‌انگیز این باکتری در سازگار شدن با محیط‌های مرطوب و فقیر از مواد مغذی، آن را به عامل اصلی شیوع‌های مکرر بیمارستانی تبدیل کرده است.
آیا باکتری‌های بیشتری می‌توانند پلاستیک را هضم کنند؟
شواهد ژنتیکی در سایر میکروب‌ها
پژوهشگران با بررسی پایگاه‌های داده ژنتیکی، به وجود آنزیم‌های مشابه در سایر باکتری‌های شایع در بخش مراقبت‌های ویژه پی بردند. اگرچه تنها هضم پلاستیک PCL ثابت شده است، شباهت‌های ژنتیکی نشان می‌دهد که سایر پلاستیک‌ها مانند پلی‌اورتان یا پلی‌اتیلن ترفتالات نیز ممکن است در معرض خطر تجزیه قرار داشته باشند.
بازنگری در طراحی پلاستیک‌های بیمارستانی
پروفسور مک‌کارتی می‌گوید:
«توانایی باکتری در هضم پلاستیک احتمالاً به بقای آن روی سطوح بیمارستانی کمک می‌کند. باید به سمت تولید پلاستیک‌هایی برویم که تجزیه‌شان برای میکروب‌ها دشوارتر باشد و همچنین غربالگری آنزیم‌های تجزیه‌کننده را در باکتری‌ها آغاز کنیم، به‌ویژه در شیوع‌های طولانی‌مدت و بدون علت مشخص.»
پیامدهای خطرناک برای تجهیزات پزشکی
وسایلی که در خطرند
بیش از یک اتاق عمل تحت تأثیر این موضوع قرار می‌گیرد. استنت‌های قلبی، ایمپلنت‌های سینه، غشاهای دندانی و پرکننده‌های استخوانی همگی به دلیل انعطاف‌پذیری و استحکام خود به پلیمرها وابسته‌اند. اگر این مواد قابل تجزیه توسط میکروب‌ها باشند، عفونت‌های پنهان می‌توانند تا زمان تشکیل بیوفیلم‌های خطرناک، بدون شناسایی باقی بمانند.
طراحی پلاستیک‌های ایمن‌تر
راهکارهای پیشنهادی
یکی از راه‌حل‌ها، طراحی مجدد پلیمرها به گونه‌ای است که پیوندهای شیمیایی آن‌ها در برابر آنزیم‌ها مقاومت نشان دهد. راه دیگر، پوشاندن سطوح تجهیزات با لایه‌های بی‌اثر یا آغشته به مواد ضدباکتری است که مانع چسبیدن میکروب‌ها شوند.
بررسی ساختار آنزیم Pap1
شیمی‌دانان می‌توانند با مطالعه ساختار فعال آنزیم Pap1، الگوهای مولکولی هدف آن را شناسایی کرده و نسل بعدی پلاستیک‌های بیمارستانی را ایمن‌تر طراحی کنند.
بازنگری در نظارت‌های بیمارستانی
نیاز به آزمایش‌های جدید
بیمارستان‌ها در حال حاضر نمونه‌هایی از شیرآب‌ها، تخت‌ها و صفحه‌کلیدها بررسی می‌کنند. اما یافته‌های جدید نشان می‌دهد که باید به دنبال آنزیم‌های تجزیه‌کننده پلاستیک نیز بود.
اصلاح روش‌های پاک‌سازی
اگر باکتری‌ها می‌توانند در دل پلاستیک پنهان شوند و به آرامی زنجیره‌های آن را بجوند، دیگر پاک کردن ظاهری کافی نیست.
گام‌های بعدی پژوهش‌ها
مسیر آینده تحقیق
پژوهش‌های بعدی شامل بررسی آثار تجزیه در تجهیزات پزشکی واقعی، ردگیری ژن‌های آنزیمی در باکتری‌های محیط بیمارستان و آزمایش دیگر انواع پلاستیک خواهد بود.
مدل‌های حیوانی ممکن است نشان دهند که آیا تجزیه پلاستیک درون بدن بر استحکام ایمپلنت‌ها یا ایجاد التهابات اثر دارد یا خیر. همزمان، تحقیقات روی پوشش‌های ضد میکروبی و شیمی پلیمرها ادامه خواهد یافت.
تصویری هشداردهنده از آینده نزدیک
در حال حاضر، تصویر حاصل نگران‌کننده است: یک باکتری فوق‌مقاوم که روی یک کاتتر نشسته، به آرامی آن را می‌خورد، از قطعات آن برای تقویت دیوار دفاعی خود استفاده می‌کند و در انتظار فرصت مناسب باقی می‌ماند. این یافته‌ها مفاهیم دیرینه را زیر سؤال می‌برد و نشان می‌دهد پلاستیک در گوشه‌های ساکت بیمارستان‌ها شاید خنثی نباشد، بلکه ضیافتی پنهانی برای دشمن درون بدن باشد.
این مطالعه در مجله Cell Reports منتشر شده است.
