Медики создали трёхмерную тюрьму для бактерий

Бактерии (обозначены зелёным цветом) заключены внутрь "тюремной камеры" в виде бублика

Бактерии (обозначены зелёным цветом) заключены внутрь "тюремной камеры" в виде бублика
(фото Jodi Connell/UT Austin).

Шесть культур P. aeruginosa заключены в сферические камеры

Шесть культур P. aeruginosa заключены в сферические камеры
(иллюстрация J. Connell et al., PNAS).

Бактерии (обозначены зелёным цветом) заключены внутрь "тюремной камеры" в виде бублика
Шесть культур P. aeruginosa заключены в сферические камеры

Учёные из университета Техаса в Остине (University of Texas) научились создавать миниатюрные камеры, способные ограничить размножение и активность бактерий.

Как отмечается в пресс-релизе, прежде чем начать работу, исследователи выбрали клетки, лучше всего подходящие для проведения опыта.

Выбор пал на шаровидную грамположительную бактерию золотистого стафилококка, вызывающего инфекции кожи и способного мутировать в устойчивый к антибиотикам метициллин-резистентный золотистый стафилококк. Последний может стать причиной сепсиса или пневмонии.

Далее биологи замедлили движение бактерий, поместив их в тёплый раствор на основе желатина. Эта субстанция изначально была пригодна для жизнедеятельности и размножения бактерий, что послужило своеобразной ловушкой для микроорганизмов. Однако после погружения в неё патогенов смесь охладили, и она застыла, став желеобразной. Бактерии увязли. Дополнительные "стены" появились вокруг болезнетворных микроорганизмов, когда желатин обработали специальным лазером. 

Бактерии (обозначены зелёным цветом) заключены внутрь "тюремной камеры" в виде бублика (фото Jodi Connell/UT Austin).

Дело в том, что желатиновая масса содержала светочувствительные молекулы, под воздействием лазера они состыковались друг с другом и образовали прочные связи. Перемещая лазер, учёные построили "тюремные" камеры разной формы и размера. Ловушки при этом не были полностью непроницаемы: они имели поры, которые достаточно велики для питательных веществ и прохождения сигнальных молекул, но достаточно малы, чтобы удерживать внутри бактериальные клетки. 

Для "обстрела" желеобразной массы лазером учёные использовали чип от цифрового кинопроектора и фактически проецировали двухмерное изображение на желатин. Куда бы они ни светили, формировалась твёрдая масса.

"Мы строили необходимую нам структуру слой за слоем. Фактически, мы делали "фотографии" и конструировали из них трёхмерную структуру, постоянно контролируя процесс, — поясняет соавтор исследования Джейсон Шир (Jason Shear). — Если представить себе толщину человеческого волоса, взять от неё один процент, а потом ещё четверть от этого процента, то получится диаметр минимальной точки фокусировки нашего лазера".

Шесть культур P. aeruginosa заключены в сферические камеры (иллюстрация J. Connell et al., PNAS).

 

Имея под рукой столь точный инструмент, исследователи научились создавать целый массив из "тюремных камер" вокруг единичных бактериальных клеток или микробных микросообществ. Теперь бактерий можно подкармливать различными питательными веществами, вырезать часть из них из желеобразной массы или перемещать ближе или дальше от соседей. 

Все эти манипуляции необходимы, для того чтобы понять, как распространяется инфекция и как бактерии "общаются" друг с другом ради роста популяции и выработки устойчивости к лекарствам.

Ранее медики обнаружили, что бактерии золотистого стафилококка обретают иммунитет к антибиотикам в том случае, когда микроорганизмы окружены другим видом бактерий, называемым синегнойной палочкой. Несмотря на физическое разделение микробов, они работают сообща ради единой цели — выработки иммунитета к антибиотикам.

Данный эксперимент должен породить серию новых опытов с аналогичными условиями. Авторы исследования надеются, что следующий шаг — это поимка бактерий в их естественной среде обитания, к примеру, в живом организме.

"Нашу методику можно использовать и для имитации происходящего при инфекциях. В таких случаях активизируется уже не один тип микроорганизмов, а целая колония постоянно взаимодействующих друг с другом видов", — говорит ведущий автор исследования Джоди Коннелл (Jodi Connell).

По словам Коннелл, ключевое преимущество таких "тюрем" для бактерий заключается не только в том, что они полностью контролируемы, но и биологически совместимы, то есть в них можно имитировать максимально реалистичные условия.

Статья о результатах исследования вышла в журнале PNAS. 

Также по теме:
Доказано существование сети секретных коммуникаций у бактерий
Химики создали устойчивые к бактериям полимеры
Кишечные бактерии используют "биологическое оружие" для уничтожения конкурентов за питательную среду
Шарики из искусственной паутины сохранили ценные реагенты внутри себя 
Шёлк поможет сохранить вакцины и антибиотики без охлаждения