Победа над биоплёнками: новое исследование выявило ключевые гены для выживания бактерий

Учёные из Института Квадрам в Нориджском исследовательском парке сделали важное открытие в понимании работы бактериальных сообществ.

С помощью нового метода они обнаружили гены, которые бактерии используют для жизни в сложных сообществах, называемых биоплёнками. Это может привести к созданию новых способов предотвращения образования бактериальных биоплёнок, что поможет в борьбе с инфекциями.

Биоплёнки — это обычный способ существования бактерий. Сообщества микробов образуют биоплёнки, выделяя липкую слизь, которая удерживает их вместе и помогает прикрепляться к поверхностям. Это защищает сообщество от воздействия окружающей среды, например, высыхания или УФ-излучения, а также от действия дезинфицирующих средств или антибиотиков.

Биоплёнки важны, поскольку в определённых условиях, например, в больницах или при производстве продуктов питания, они могут быть значительным источником инфекций или загрязнения больничной среды и пищевых продуктов. С другой стороны, биоплёнки также могут быть полезными — их используют для производства продуктов, включая некоторые лекарства, такие как инсулин.

Доктор Марк Веббер из Института Квадрам и Университета Восточной Англии и его команда использовали платформу генетического секвенирования TraDIS-Xpress, разработанную исследователями Квадрам. Она может одновременно анализировать все гены организма, чтобы найти те, которые являются необходимыми, а также те, включение или выключение которых помогает организму выживать и расти в определённых условиях.

Команда использовала модельную бактерию E. coli и определила, какие гены были важны на каждом из различных этапов формирования биоплёнки с течением времени: в начале, в середине и в конце. Затем они исследовали, как включение или выключение этих генов способствует или препятствует формированию этих сложных сообществ.

Некоторые гены были важны на всех стадиях развития биоплёнки, включая гены, участвующие в регуляции движения и адгезии. Другие играли важную роль только в определённые моменты жизни биоплёнки. Некоторые гены были полезны для раннего формирования биоплёнки, но оказывали негативный эффект позже, по мере её созревания. Было идентифицировано пять генов, влияние которых на формирование биоплёнки ранее никогда не описывалось.

Понимание того, какие гены задействованы на протяжении всего развития биоплёнки, поможет в разработке антибиоплёнковых препаратов для остановки инфекций, а также «биомаркеров», которые будут заранее предупреждать врачей о наличии инфекции, связанной с биоплёнкой.

Марк Веббер сказал: «Понимание того, как бактерии создают биоплёнку на таком уровне генетической детализации, даёт нам возможность использовать эту информацию, чтобы предсказать, как лучше контролировать образование биоплёнок. Это можно использовать как для предотвращения образования биоплёнок там, где они могут навредить здоровью, так и для их стимулирования в полезных промышленных применениях».

Ведущий автор Эмма Холден сказала: «Эта работа имеет множество применений для предотвращения бактериальной инфекции и загрязнения. Следующим шагом будет использование этого же подхода для множества различных видов бактерий, формирующих биоплёнки на различных материалах поверхностей, чтобы увидеть, что является общим, а что — различным. Это поможет в создании антибиоплёнковых препаратов широкого спектра действия и для конкретных ситуаций».