Химические покрытия управляют бактериями на собственном языке насекомых

Новая технология, о которой сообщалось 22 мая в журнале Nature Microbiology, содержит те же самые виды биомолекул, которые микробы выделяют естественным образом для общения и координации группового поведения – процесс, называемый зондированием кворума.
По словам исследователей, взлом этого бактериального языка распознавания кворума может открыть ряд приложений. Покрытие поверхностей в больницах может противодействовать образованию подобных крепостей сообществ бактерий, называемых биопленками, тем самым делая микробы уязвимыми для антибиотиков у людей или дезинфицирующих чистящих средств на больничных поверхностях или оборудовании. В качестве альтернативы, если бактерии приносят пользу – например, на очистных сооружениях или при производстве пробиотиков – тогда покрытие поверхностей промышленного оборудования может повысить полезную активность микробов.

«Наше исследование поднимает захватывающую и теперь правдоподобную возможность того, что поверхности, украшенные молекулами, модулирующими восприятие кворума, могут обладать противоинфекционными или способствующими росту», – сказал со-ведущий автор Минён Кевин Ким, аспирант лаборатории профессора биологии. Бонни Басслер и профессор инженерии Говард Стоун, оба старшие авторы статьи.
«Хотя нам еще предстоит провести много исследований, определение молекулы, воспринимающей кворум, которую мы можем привязать к поверхности, как мы сделали в этом исследовании, могло бы стать идеальной стратегией для диспергирования биопленок», – сказал Айшан Чжао, соавтор. – ведущий автор статьи и аспирант лаборатории профессора Тома Мьюира, который также является автором статьи, и Ван Зандт Вильямс младший.

Класс 65-го года. Профессор и заведующий кафедрой химии Принстона.

Ким и Чжао провели свои эксперименты на бактерии под названием Staphylococcus aureus. Часто называемый просто стафилококком, это бич больничных палат, где он может задерживаться и инфицировать пациентов, особенно тех, кто получает имплантированные медицинские устройства.

Помимо потенциально смертельных состояний, таких как бактериемия (заражение крови) и синдром токсического шока, стафилококк обычно устойчив к антибиотикам, что ставит его на первое место в списке патогенов, с которыми врачи отчаянно нуждаются в более эффективных методах борьбы.

Ранее исследователи показали, что восприятие кворума в стафилококке зависит от секреции молекулы, получившей название AIP. Молекула AIP связывается с рецепторами на мембранах соседних стафилококковых клеток в колонии. Если эта колония находится в самозащитном состоянии биопленки, накопление AIP запускает разборку биопленки или, в первую очередь, предотвращает образование биопленки.

Если естественное определение кворума будет продолжено, это приведет к тому, что бактерии войдут в опасное состояние, при котором они быстро размножатся и выбрасывают токсины, от которых люди заболевают. Синтетическое производное AIP, называемое TrAIP-II, подавляет вирулентность, даже заставляя бактерии вернуться в состояние биопленки.

Чтобы попытаться положительно и отрицательно повлиять на восприятие кворума стафилококка, команда из Принстона приступила к созданию поверхностей, покрытых AIP или TrAIP-II, химическими веществами, ранее разработанными в лаборатории Мьюира. Однако надежное прикрепление молекул представляло серьезную проблему. Преодолевая это, Ким и Чжао загорелись идеей использования химии щелчков, техники, которую они впервые узнали вместе, будучи учениками в классе, преподаваемом Мюиром несколько лет назад.

Click Chemistry эффективно связывает отдельные низкомолекулярные единицы для создания большего целого. Этот метод успешно связал молекулы, чувствительные к кворуму, с молекулами-линкерами, прикрепленными к поверхностям, включая стекло, пластик и металл.

Исследователи отслеживали уровни восприятия кворума, проявляемые прикрепленным к поверхности стафилококком, с помощью флуоресцентных белков, которые светятся при появлении сигналов распознавания кворума. Как и надеялись ученые, на поверхности с покрытием AIP было улучшено восприятие кворума, и стафилококк перестал образовывать биопленки. С другой стороны, поверхности, покрытые TrAIP-II, подавляли восприятие кворума и, в свою очередь, не позволяли бактериям стафилококка вырабатывать токсины.

Исследователи также подвергли покрытия, контролирующие бактерии, воздействию стресса, с которым они столкнутся в реальных условиях. Покрытия все еще работали в присутствии плазмы крови человека, с которой могли столкнуться имплантированные медицинские устройства. При смывании проточной водой и пузырьками воздуха, как если бы они покрывали промышленные трубы, биомолекулы оставались прикрепленными и функциональными. Химические покрытия на поверхностях также оказались долговечными, без снижения интенсивности их про- или антикворум-чувствительных реакций после более чем пяти недель хранения.

В целом перспектива избирательного усиления или подавления бактериальной болтовни как средства борьбы с микробами стала намного ближе к реальной практике.
«Теперь можно представить себе поверхности, покрытые этими или другими молекулами или производными, воспринимающими кворум, для использования в медицине, промышленности или сельском хозяйстве, которые устойчивы к колонизации вредными бактериями или способствуют колонизации полезными бактериями», – сказал Басслер, профессор Squibb и председатель Отделение молекулярной биологии, а также исследователь Медицинского института Говарда Хьюза.
«Мы считаем, что такой подход, ориентированный на поверхность, может иметь большое значение», – сказал Стоун, эксперт Дональда Р. Диксон ’69 и Элизабет В. Диксон Профессор и заведующий кафедрой машиностроения и аэрокосмической техники. «Мы надеемся продолжить исследования и работать с потенциальными партнерами, у которых могут быть приложения, которые выиграют от подхода, который мы разрабатываем в Принстоне."

2 комментария к “Химические покрытия управляют бактериями на собственном языке насекомых”

  1. Проглотил, конечно, далеко от моей темы. Кстати, все же, разрешается ли с вами

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

Блог автомобилиста