الإضاءة البحثية رقم ( 21)
ليزر الفيمتوثانية في مواجهة الأغشية الحيوية لبكتيريا :MRSA من الحد من التكوين إلى تفكيك الغشاء الناضج
في دراسة بحثية حديثة بجامعة بني سويف بالتعاون مع مركز ابحاث الليزربكلية علوم الصحة- جامعة جوهانسبرغ بجنوب افريقيا، تناولت الباحثة إسراء أحمد محمد حسن (المدرس المساعد بقسم تطبيقات الليزر البيولوجية بمعهد أبحاث وتطبيقات الليزر) إمكانية توظيف ليزر الفيمتوثانية في مواجهة أحد أكثر أشكال مقاومة البكتيريا للعلاج تعقيدًا، وهو الغشاء الحيوي (Biofilm) الذي تكوّنه بكتيريا Methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA). يمثل ال Biofilm تحديا حيث لا تعيش البكتيريا دائمًا في صورة خلايا منفردة، بل تستطيع تكوين بناء منظم يُعرف بالغشاء الحيوي، تلتصق داخله الخلايا البكتيرية وتتجمع ضمن مصفوفة خارج خلوية توفر لها الحماية وتساعدها على الاستقرار، مما يجعل التعامل معها أكثر صعوبة. ومن هنا، استهدفت الدراسة الإجابة عن سؤال مهم:
هل يستطيع ليزر الفيمتوثانية بجرعة تحت قاتلة أن يمنع تكوين الغشاء الحيوي، وأن يؤثر أيضًا في الغشاء الذي تكوّن بالفعل؟
اختبرت الدراسة تأثير التعرض لليزر الفيمتوثانية بطول موجي 400 nm على قدرة بكتيريا MRSA على تكوين الأغشية الحيوية. وأظهرت النتائج قدرة العلاج بليزر الفيمتوثانية على الحد من قدرة MRSA علي تكوين الأغشية الحيوية Biofilms، حيث انخفضت حيوية الغشاء الحيوي بنسبة 75.3%، وكتلته بنسبة 44.5%، ونشاطه الأيضي بنسبة 60-85%، مع انخفاض واضح في تغطية الغشاء الحيوي بنسبة 59.4%، والمادة خارج الخلوية بنسبة 46.0%، وكثافة الخلايا البكتيرية بنسبة 38.1%، بما يعكس تأثيرًا واضحًا في البنية والتنظيم الطبيعي للغشاء الحيوي.
لم تقتصر الدراسة على الوقاية من تكوين الـBiofilm، وإنما اختبرت تأثير الليزر على غشاء حيوي ناضج تم تكوينه مسبقًا لمدة 24 ساعة. وأظهرت النتائج انخفاضًا في حيوية الغشاء الحيوي بنسبة 69%، إلى جانب انخفاض كتلته بنسبة 27.7% ونشاطه الأيضي بنسبة 55.7%.. كما أظهرت الفحوص المجهرية تغيرات واضحة في البنية المجهرية للغشاء الحيوي بعد المعالجة بالليزر.
من أهم ما يميز الدراسة أنها لم تتوقف عند إثبات التأثير المضاد للـBiofilm، وإنما انتقلت إلى محاولة فهم الآلية الجزيئية وراءه. ومن خلال تحليل مجموعة من الجينات المرتبطة بتكوين الغشاء الحيوي وعوامل الضراوة، إلى جانب دراسة شبكة Quorum Sensing، كشفت النتائج عن اضطراب في الشبكة التنظيمية المرتبطة بقدرة MRSA على تكوين الغشاء الحيوي والحفاظ عليه. وتدعم هذه النتائج نموذجًا مقترحًا يشير إلى أن التعرض لليزر الفيمتوثانية يمكن أن يؤدي إلى إرباك النظام التنظيمي للبكتيريا، بما ينعكس على تكوين مصفوفة الغشاء الحيوي ويسهم في إضعاف بنيته.
ويمثل هذا العمل خطوة بحثية مهمة في توظيف علوم الليزر والضوئيات الحيوية في مواجهة مشكلة طبية عالمية، مع إمكانية البناء على نتائجه مستقبلًا لتطوير وسيلة علاجية ضوئية مساعدة قابلة للتطبيق الطبي، بعد استكمال الدراسات اللازمة المتعلقة بالسلامة والفاعلية والتقييم على النماذج الحيوية والتطبيقات الإكلينيكية. كما تفتح النتائج المجال أمام مزيد من الدراسات لاستكشاف إمكانات العلاج الضوئي كوسيلة مساعدة مستقبلية في مواجهة العدوى المرتبطة بالأغشية الحيوية والبكتيريا المقاومة للمضادات الحيوية. وتؤكد جامعة بني سويف من خلال هذا العمل أهمية دعم البحوث البينية التي توظف علوم الليزر والضوئيات الحيوية في دراسة التحديات الطبية، وتشجع على تحويل المعرفة والنتائج البحثية الأساسية إلى مسارات يمكن البناء عليها مستقبلًا لتطوير حلول مبتكرة تخدم البحث العلمي والمجتمع.
الدراسة تمت تحت اشراف:
الاستاذ الدكتور طارق على أستاذ فيزياء الليزر ورئيس جامعة بني سويف.
الاستاذ الدكتور احمد اسامة الجندى أستاذ الميكروبيولوجي والمناعة وعميد قطاع العلوم الطبية بجامعة بني سويف الأهلية.
Prof. Michael R. Hamblin , Professor Harvard Medical School, Laser Research Centre, Faculty of Health Science, University of Johannesburg
ونُشرت الدراسة بعنوان:
“400 nm Femtosecond Laser Irradiation Eradicates Mature MRSA Biofilms and Inhibits Their Formation via Quorum Sensing Dysregulation”
في دورية Scientific Reports عام 2026، إحدى دوريات Nature Portfolio التابعة لـSpringer Nature، والمصنفة ضمن الفئة الأولى (Q1) ومعامل التاثير 4.9 طبقا لقاعدة بيانات Web of science
رابط البحث والمعرّف الرقمي DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-64350-w
English Brief
400 nm femtosecond laser irradiation eradicates mature MRSA biofilms and inhibits their formation via quorum sensing dysregulation
A recent study from Beni-Suef University investigated the potential of 400 nm femtosecond laser irradiation as an anti-virulence approach against biofilms formed by methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA). The study examined both the prevention of biofilm formation and the effect of femtosecond laser irradiation on pre-formed 24-hour mature biofilms. The findings demonstrated a significant inhibition of biofilm formation with a 75.3% decrease in biofilm viability, reduction in biomass by 44.5%, metabolic activity by 60–85%, 59.4% reduction in biofilm area coverage, together with reductions in extracellular matrix fraction and bacterial cell density. In mature biofilms, laser treatment reduced biofilm viability by 69%, biomass by 27.7%, and metabolic activity by 55.7%, accompanied by clear microscopic structural changes. Importantly, the study also investigated the molecular mechanisms underlying these effects. Gene-expression analysis and examination of the quorum-sensing regulatory network revealed disruption of regulatory pathways associated with biofilm formation and bacterial virulence.