Разработка «криптонита» для супербактерии
Исследователи из Университета Айдахо работают над созданием более эффективных средств защиты от бактерии Staphylococcus aureus и других опасных патогенов.
Одна из целей — создать гораздо более быстрый и точный метод идентификации штаммов, устойчивых к антибиотику метициллину (метициллин-резистентный Staphylococcus aureus, MRSA).
Прорывные технологии обнаружения уже есть в лабораториях университета. Наноэлектронные биосенсоры в Центре передовой микроэлектроники и биомолекулярных исследований (CAMBR) сократили время обнаружения стафилококка с отраслевого стандарта до 3 дней до 3 часов.
Сейчас ученые работают над модификацией устройства, чтобы оно могло предоставить полный токсиновый профиль стафилококка, быстро показывающий вирулентность инфекции. Для этого исследователи из Центра передового опыта в биомедицинских исследованиях (COBRE) объединились с учеными CAMBR.
В перспективе даже трудноидентифицируемый MRSA можно будет быстро обнаружить с помощью этой нанотехнологии.
MRSA, устойчивый к антибиотикам, получил статус «супербактерии». По данным CDC, он вызывает более 94 000 инфекций и 16 000 смертей ежегодно только в США, что представляет большую угрозу, чем вирус СПИДа.
Биосенсор CAMBR
Большинство больниц до сих пор выращивают стафилококк в чашках Петри (1–2 дня). Биосенсоры CAMBR идентифицируют стафилококк за 3 часа с резко возросшей точностью. Устройство уже успешно детектировало ген 16S рРНК Staphylococcus aureus, сам 16S рРНК, энтеротоксин B и биомаркер рака легких.
«Наша возможность электронного обнаружения примерно в 1000 раз чувствительнее хемилюминесцентных технологий, используемых сейчас в клинических лабораториях», — Васси Маки, ведущий исследователь CAMBR.
План — использовать наносенсор CAMBR для получения токсинового профиля, который быстро и точно покажет, является ли стафилококк смертельно опасным или легким. Сейчас такого быстрого и точного метода оценки вирулентности нет.
Ключ к созданию такого профиля — «молекулы-захватчики», которые специфично связываются со стафилококком и его токсинами.
Поиск фрагмента РНК в молекулярной библиотеке
Аспирант Райан Доблер ищет в обширной молекулярной библиотеке аптамер — фрагмент РНК, связывающийся с мишенью. Его работа подтвердила, что исследуемые фрагменты РНК связываются с фибронектин-связывающим белком — уникальным белком на поверхности стафилококка, который помогает бактерии прикрепляться к тканям человека.
Пока не найден идеальный аптамер для эффективного и специфичного распознавания стафилококка. Исследование продолжается в поисках финансирования.
«Если вы ищете именно MRSA, вы можете искать те бактериальные молекулы, которые с ним ассоциированы, и через эту уникальную связь точно его идентифицировать», — Грег Бохач, директор COBRE.
По мере прогресса исследования молекулы-захватчики для различных идентифицирующих токсинов будут нанесены на биосенсор, который быстро считает и точно расшифрует токсиновый профиль.
Использование патогенеза стафилококка для доставки лечения
Команда Бохача также изучает механизмы, которые бактерии стафилококка используют для проникновения в клетки хозяина и размножения.
С помощью нанопроводов и других наноматериалов (НМ) они планируют «угнать» методы доставки токсинов бактериями и использовать их для точечной доставки лекарств в инфицированные клетки.
Исследователи из Айдахо обнаружили, что НМ легко проникают в опухоли и могут быть покрыты антителами или другими материалами, которые находят и уничтожают зараженные клетки, не затрагивая здоровые.
Эксперименты показали, что нанопровода, покрытые белком фибронектином, проникают в клетки легче, чем непокрытые. На таких покрытых нанопроводах можно доставить токсичный агент (StxA1), убивающий клетки.
Прорывы в области биосенсоров CAMBR уже привели к подаче двух патентных заявок. Технология находится на стадии демонстрации. «Все строительные блоки для создания реальной системы на месте. При правильных инвестициях и фокусе технология может быть готова командами в Пост-Фолс и Москве за несколько лет», — говорит Маки.
Внедрение таких биосенсоров в больницах изменит ситуацию как для пациентов с положительным, так и с отрицательным результатом на бактерию. Сейчас при ожидании результата посева (1–3 дня) пациентов необходимо изолировать, что ложится тяжелым финансовым бременем на больницы и самих пациентов.