Непрекращающаяся борьба с бактериями обернулась в пользу человечества с объявлением об инструменте, который может дать преимущество в исследованиях лекарств.
Бактериальная резистентность к антибиотикам в последние годы вызвала тревожные заголовки, а перспектива того, что обычно назначаемые методы лечения устаревают, вызывает тревогу в медицинском истеблишменте.
Очень необходимы более эффективные способы тестирования заменителей, и команда из Окинавского института науки и технологий (OIST) только что нашла один из них.
В своей статье, опубликованной в ACS Sensors, ученые рассматривают микробную структуру, называемую биопленками, - бактериальные клетки, которые объединяются в слизистую матрицу.
Они полезны для бактерий, даже придавая устойчивость к обычным антибиотикам. Обладая такими свойствами, биопленки могут быть опасны, когда они загрязняют окружающую среду и промышленность; все, от порчи пищевых продуктов до засорения канализационных труб. Биопленки также могут стать смертельными, если попадут в медицинские учреждения.
Понимание того, как формируются биопленки, является ключом к поиску способов победить их, и это исследование объединило ученых OIST, имеющих опыт работы в области биотехнологии, наноинженерии и программирования, чтобы решить эту проблему.
Команда сосредоточилась на кинетике сборки биопленки - биохимических реакциях, которые позволяют бактериям создавать связанную матричную структуру. Сбор информации о том, как функционируют эти реакции, может многое рассказать о том, какие лекарства и химические вещества можно использовать для противодействия им.
У команды не было инструментов, которые позволили бы им контролировать рост биопленки с частотой, необходимой им для четкого понимания этого процесса. Таким образом, они модифицировали существующий инструмент по своему собственному дизайну.
Доктор. Нихил Бхалла, работающий в отделе микро/био/нанофлюидики OIST под руководством профессора Эми Шен, обратился к наномасштабу, чтобы найти решение: «Мы создали маленькие чипы с крошечными структурами, на которых могла расти кишечная палочка», - сказал он. «Они покрыты грибовидными наноструктурами со стержнем из диоксида кремния и шапочкой из золота».
Теперь все, что нужно было сделать команде, это найти бактерии для работы. В отделе структурной клеточной биологии OIST команде помог доктор Билл Сёдерстрём, который предоставил группе для изучения запасы кишечной палочки на поверхности наногрибных чипсов.
Когда на эти наномиски попадает направленный луч света, они поглощают его с помощью локализованного поверхностного плазмонного резонанса (LSPR). Измеряя разницу между длинами волн света, входящего в чип и выходящего из него, ученые могли наблюдать за бактериями, растущими вокруг грибовидных структур, не беспокоя испытуемых и не влияя на их результаты.
«Это первый раз, когда мы использовали эту технику обнаружения для изучения бактериальных клеток, - сказал доктор Риккардо Фунари, штатный биотехнолог команды, - но проблема, которую мы обнаружили, заключалась в том, что мы не могли отслеживать ее в режиме реального времени.."
Получить постоянный поток данных с их установки LSPR было возможно, но для этого требовался совершенно новый набор программного обеспечения. К счастью, техник-исследователь Канг-Юй Чу был рядом, чтобы поделиться своим опытом в области программирования для решения проблемы.
Мы создали программу автоматического измерения с мгновенным анализом на основе существующего программного обеспечения, которое позволило нам обрабатывать данные одним щелчком мыши. Это значительно сократило ручную работу и позволило нам исправлять любые проблемы с экспериментом по мере их возникновения, - сказал Кан Юй.
Теперь эти три дисциплины объединились, чтобы создать настольный инструмент, который можно использовать практически в любой лаборатории, и есть планы превратить эту технологию в портативное устройство, которое можно было бы использовать в огромном количестве приложений биосенсора.
«Следующими будут исследования клинически значимых микроорганизмов, - сказал д-р Фунари, - и мы очень рады их применению. Это может стать отличным инструментом для тестирования будущих лекарств на множестве различных видов бактерий. По крайней мере, на данный момент люди берут на себя инициативу в бактериальной битве.