Nihayet sebebini biliyoruz.
Bakteri öldüren özel yüzeyler, yüksek oranda faal bir araştırma ve geliştirme alanı oluşturuyor. Bunları inşa etme stratejileri geniş oranda çeşitlilik gösteriyor.
Bir grup araştırmacı, kaygan bir yüzeyi bakterilerin iletişimini bozan moleküller ile doldurmuştu. Diğerleri ise gümüş nanoparçacık kaplamalarının bakterileri öldürebildiğini göstermişti. Ancak başka bir grup, siyah silikon kullanarak, bakteriyi fiziksel olarak parçalayan, küçük bir ‘çivi yatağı‘na (nanosütunlara) benzeyen bir yüzey oluşturdu.
Nano yapılı yüzeyler (NTS) olarak bilinen geniş bir sınıfa giren bu sonuncu örnek, özel bir ilgi alanı, çünkü doğada da bulunuyor. Siyah silikonun nanoyapısı, yusufçuk kanatlarının yapısına çok benziyor.
Üstelik yusufçuk kanatları, tıpkı elementsel emsalleri gibi bakterileri öldürüyorlar.
Yaygın olarak, bir ‘çivi yatağı’ yüzeyinin hücre duvarını delerek bakteriyi yok ettiği düşünülür. Fakat çeşitli mikroskopi yöntemlerinin geniş kullanımına dayanan ve yeni yayınlanmış bir araştırmada, Avustralyalı ve Nijeryalı araştırmacılardan oluşan bir takım, tamamen farklı bir öldürme işleyişinin iş başında olabileceğini gösterdi.
Geleneksel kanının hatalı olabileceğine dair ilk ipucu, aşağıdaki fotoğrafın gösterdiği üzere, yusufçuk kanatlarında bulunan nanosütunların hepsinin aynı yükseklikte olmadığının gözlenmesinden geldi:
Bu durum, eşit yükseklikte nanosütunlar oluşturmaya eğilimli olan yapay ‘çivi yatağı’ yüzeylerine zıt duruyor.
Bunun ardından daha yakından yapılan inceleme, bakteri zarının, nanosütunlar ile doğrudan temas etmediğini gösterdi.
Bunun yerine bakteri (bu durumda E. coli), kendisinin ve ‘parmak benzeri’ uzantıların salgıladığı organik moleküller aracılığıyla nanosütunlara bağlanıyor. Buna ‘hücredışı çoğuzlu maddeler‘ (EPS’ler) adı veriliyor, aşağıdaki görüntüde bunu görebilirsiniz.
Bakteriler yüzeye konduğu zaman, yapışma güçlerine maruz kalıyorlar. Bunlar bakteri zarının şeklini bozabiliyor, fakat muhtemelen kendi başlarına bakterinin parçalanmasına yol açmıyorlar.
Bunun yerine bakteri, aslında, filmlerdeki kötü karakterlerin pek sevdiği bu kötü niyetli tuzaklardan birine yakalanıyor. Eğer bakteri hareket etmezse hayatta kalabiliyor.
Ancak, hareket ettikleri zaman, makaslama gerilimleri EPS’leri çekiyor ve zarı parçalıyor. Bu durum, hücresel içeriklerin ölümcül bir şekilde sızmasıyla sonuçlanıyor ve aşağıdaki görüntüde görebileceğiniz gibi, hücrenin bir balon şeklinde sönmesine sebep oluyor.
Nanosütunlar, sadece hücre öldükten sonra onu deliyorlar.
Yazarlar, nanosütunlar yoluyla hücre ölümünün eski modeliyle kendilerinin yeni modelini karşılaştıran bir şema ile karara varıyorlar:
Eski modeli betimleyen en üstteki panel, nanosütunların bakteri hücrelerini doğrudan deldiğini gösteriyor. Yazarlar bu anlayışın, alttaki panelde betimlenmiş olan kendi yeni modelleriyle değiştirilmesi gerektiğine inanıyorlar.
Bu modelde bakteri, nanosütunlar ile doğrudan değil, salgılanan maddeler aracılığıyla temas ediyor. Hareket etmeye kalkıştıkları zaman, makaslama gerilimleri zarda delikler açarak, hücre içeriklerinin ölümcül bir şekilde sızmasına yol açıyorlar ve nanosütunlar sadece bundan sonra hücreyi deliyor.
Çalışmanın birkaç sınırlaması bulunuyor. İlki, iki zara sahip Gram negatif bir bakteri olan E. coli üzerinde gerçekleştirilmiş olması.
Yazarlar, yaptıkları analizi, sadece bir zar içeren Gram pozitif bakteriler ile tekrarlamalılar.
İkincisi, nanosütunların hâlâ onlar için ölümcül olup olmadığını görmek amacıyla, analizlerini o kadar fazla EPS üretmeyen bakterileri kullanarak tekrarlamaları gerek.
Son olarak, aynı yükseklikte nanosütunlar oluşturan yapay nano yapılı yüzeylerin, bakterileri eski model ile mi yoksa kendilerinin ortaya sürdüğü yeni işleyiş ile mi öldürdüğüne karar vermeleri gerekiyor.
Doğanın nasıl çalıştığına dair fikirler edinmek, onu taklit etmek isteyen bilim insanlarına her zaman yardımcı olacaktır. Ayrıca bu, yusufçuk kanatlarının neden her zaman temiz olduğuna dair ilginç bir açıklama sağlıyor.
Araştırma, ACS Applied Materials & Interfaces bülteninde yayınlandı.
American Council of Science and Health