Chipy, światło i kodowanie przesuwają linię frontu w walce z bakteriami

Anonim

Niekończąca się walka z bakteriami przybrała ludzką korzyść dzięki ogłoszeniu narzędzia, które może dać przewagę w badaniach nad narkotykami.

Odporność bakterii na antybiotyki wywołała alarmujące nagłówki w ostatnich latach, a perspektywa często przepisywanych terapii stała się przestarzała, powodując dzwonienie alarmowe w placówce medycznej.

Bardziej efektywne sposoby testowania zastępstw są bardzo potrzebne, a zespół z Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST) właśnie znalazł taki.

W swoim artykule opublikowanym w ACS Sensors naukowcy przyglądają się strukturze drobnoustrojów zwanej biofilmami - komórkami bakterii, które łączą się w oślizłą matrycę.

Są one korzystne dla bakterii, nawet dając oporność na konwencjonalne antybiotyki. Przy takich właściwościach biofilmy mogą być niebezpieczne, gdy zanieczyszczają środowisko i przemysł; wszystko od skażenia produkcji żywności po zatykanie rur kanalizacyjnych. Biofilmy mogą również stać się zabójcze, jeśli trafią do placówek medycznych.

Zrozumienie, w jaki sposób tworzone są biofilmy, jest kluczem do znalezienia sposobów ich pokonania, a to badanie zgromadziło naukowców OIST z środowisk biotechnologicznych, nanotechnologii i programowania oprogramowania, aby rozwiązać ten problem.

Zespół skupił się na kinetyce montażu biofilmu - reakcjach biochemicznych, które umożliwiają bakteriom wytwarzanie ich połączonej struktury macierzy. Zbieranie informacji o tym, jak te reakcje funkcjonują, może wiele powiedzieć o tym, jakie leki i chemikalia mogą być użyte do ich przeciwdziałania.

Żadne narzędzia nie były dostępne dla zespołu, który pozwoliłby im monitorować wzrost biofilmu z częstotliwością, której potrzebowali, aby mieć jasne zrozumienie. Zmodyfikowali więc istniejące narzędzie do własnego projektu.

Dr Nikhil Bhalla, pracujący w jednostce Mikro / Bio / Nanofluidycznej OIST, kierowanej przez prof. Amy Shen, podjął temat w nanoskali, aby znaleźć rozwiązanie: "Stworzyliśmy małe frytki z drobnymi strukturami, które umożliwiają wzrost E. coli" - powiedział. "Są pokryte nanostrukturami w kształcie grzyba z łodygą dwutlenku krzemu i czapką ze złota".

Teraz cały zespół musiał znaleźć trochę bakterii, z którymi mógłby pracować. Sięgając do Jednostki Strukturalnej Biologii Komórkowej OIST, zespołowi pomógł dr Bill Söderström, który dostarczył zapasy E. coli na powierzchnię chipów nanomushroom, aby zespół mógł się uczyć.

Gdy te nanomushrooms podlegają ukierunkowanej wiązce światła, absorbują je przez miejscowy rezonans plazmonów powierzchniowych (LSPR). Mierząc różnicę między falami świetlnymi wchodzącymi i wychodzącymi z chipa, naukowcy mogli dokonać obserwacji bakterii rosnących wokół struktur grzybowych bez zakłócania ich badanych obiektów i wpływania na ich wyniki.

"Po raz pierwszy wykorzystaliśmy tę technikę do badania komórek bakterii" - powiedział dr Riccardo Funari, biotechnologa zespołu, "ale problem, który znaleźliśmy, polegał na tym, że nie mogliśmy go monitorować w czasie rzeczywistym".

Uzyskanie ciągłego strumienia danych z ich konfiguracji LSPR było możliwe, ale wymagało całkiem nowego zestawu oprogramowania, aby było funkcjonalne. Na szczęście, technik badawczy Kang-yu Chu był pod ręką, aby pomóc w rozwiązaniu problemu związanego z programowaniem.

"Zrobiliśmy automatyczny program pomiarowy z natychmiastową analizą opartą na istniejącym oprogramowaniu, które pozwoliło nam przetwarzać dane jednym kliknięciem.Oznacza to znaczną redukcję pracy ręcznej i pozwala nam korygować wszelkie problemy z eksperymentem, jak to się dzieje", powiedział Kang-yu.

Teraz te trzy dyscypliny połączyły się, tworząc narzędzie stacjonarne, które może być używane w praktycznie każdym laboratorium, i istnieją plany zminiaturyzowania technologii w przenośne urządzenie, które może być wykorzystywane w szerokim zakresie aplikacji do bioczujników.

"Nadchodzą badania nad istotnymi klinicznie mikroorganizmami" - powiedział dr Funari - "Jesteśmy bardzo podekscytowani zastosowaniami, co może być doskonałym narzędziem do testowania przyszłych leków na wielu różnych rodzajach bakterii". Na razie przynajmniej ludzie biorą udział w bitwie bakterii.

menu
menu