Молекулы-хамелеоны раскрывают секреты бактериальных биоплёнок
Молекулы, меняющие цвет, позволяют в реальном времени наблюдать, как бактерии формируют вокруг себя защитную биоплёнку. Этот новый метод, разработанный совместно исследователями из Университета Линчёпинга и Каролинского института в Швеции, в будущем может стать важным как в медицине, так и в пищевой промышленности, где бактериальные биоплёнки представляют проблему.
Биоплёнки образуются, когда бактерии на поверхности формируют трёхмерные колонии, в которых выживают лучше, чем поодиночке.
«Биоплёнки характеризуются тем, что бактерии производят особую слизь, которая связывает их друг с другом. Биоплёнка помогает бактериям противостоять внешним воздействиям, таким как антибиотики, поток жидкости в катетере и моющие средства», — говорит профессор Агнета Рихтер-Дальфорс из Каролинского института, руководившая исследованием вместе с профессором Питером Нильссоном из Университета Линчёпинга.
Защитная биоплёнка — это проблема, например, в медицине и пищевой промышленности. До сих пор не существовало специфического метода для её детекции.
«Это первый метод, который специфически маркирует компоненты биоплёнки. Это означает, что у исследователей, изучающих механизмы её формирования, теперь есть новый инструмент», — говорит Агнета Рихтер-Дальфорс.
В исследовании, опубликованном в Nature Journal Biofilms and Microbiomes, учёные разработали молекулы, испускающие своего рода оптический «отпечаток пальца», зависящий от того, к чему они связываются. Одна часть молекулы способна испускать свет, а другая — специфически связываться с целевой молекулой (в данном случае — с молекулой, присутствующей в биоплёнке). После связывания цвет испускаемого света меняется.
«Разработанные нами молекулы уникальны тем, что могут испускать разные цвета в зависимости от своей конформации. Мы называем их "молекулярными хамелеонами", поскольку они меняют цвет в зависимости от окружения», — говорит Питер Нильссон, чья исследовательская группа создала эти молекулы-маркеры.
В проекте исследователи продемонстрировали, как метод можно использовать для изучения бактерий Salmonella как в клеточных культурах, так и в инфицированной ткани. Они надеются, что в будущем метод можно будет применять в медицине и пищевой промышленности. Однако существуют и контексты, где способность бактерий формировать биоплёнки полезна, например, при производстве биогаза.
«Новый метод позволяет в реальном времени наблюдать, как бактерии формируют биоплёнку. Теперь, имея инструмент для визуализации этого процесса, мы можем также использовать его для оценки методов, влияющих на него», — говорит Питер Нильссон.
Исследование финансировалось Шведским исследовательским советом, Шведским фондом стратегических исследований, семейным фондом Эрлинга-Перссона и Carl Bennet AB. Некоторые из исследователей являются совладельцами компании, которая может коммерциализировать молекулы для использования в медицине и промышленности.