Klatki dla bakterii

[KopalniaWiedzy.pl 357]

Zespół z Uniwersytetu Teksańskiego w Austin stworzył klatki dla... bakterii. To pozwala na dokładniejsze symulowanie warunków, na które bakterie napotykają w środowiskach biologicznych, np. ludzkim organizmie.

Amerykanie zademonstrowali, że społeczności gronkowca złocistego (Staphylococcus aureus) stają się bardziej oporne na antybiotyki, jeśli zostają zawarte w większej grupie pałeczek ropy błękitnej (Pseudomonas aeruginosa).

Naukowcy posłużyli się nową metodą druku 3D. Za pomocą lasera wokół bakterii zawieszonych w żelatynie tworzy się białkowe klatki. Tak uzyskane struktury mogą mieć niemal dowolny kształt lub rozmiar. Można je też przemieszczać w stosunku do innych mikrostruktur.

Możemy definiować cechy przestrzenne w skali rozmiarów odpowiednich do tego, co czuje pojedyncza bakteria. Jesteśmy także w stanie bardziej precyzyjnie symulować złożoną ekologię [...] rzeczywistych zakażeń, gdzie zazwyczaj nie jeden, ale wiele gatunków bakterii wchodzi ze sobą w interakcje - tłumaczy dr Jodi Connell.

Najważniejszym elementem metody jest bazujący na żelatynie reagent. Bakterie mogą w nim żyć i się namnażać. Gdy jest gorący, przyjmuje postać cieczy, ale w temperaturze pokojowej przypomina galaretkę. W środku występują światłoczułe cząsteczki, które powodują, że pod wpływem lasera cząsteczki żelatyny zaczynają reagować i się łączą. Bakterie trafiają do roztworu, a po jego wystygnięciu zostają unieruchomione w danym miejscu.

Na początku Connell i jej koledzy Jason Shear i Marvin Whiteley określają, jakie bakterie chcą zamknąć i jaki kształt ma mieć klatka. Podczas prac wykorzystują chip zaadaptowany z cyfrowego projektora filmowego. Na żelatynę rzutowany jest dwuwymiarowy kształt. Gdzie padnie promień, tam formuje się zestalona macierz. Wtedy robimy kolejną warstwę, później następną i tak dalej [...]. To bardzo proste - twierdzi Shear, dodając, że stopień precyzji jest naprawdę duży, bo przy najmniejszych ustawieniach średnica promienia lasera odpowiada jednej czwartej 1% grubości ludzkiego włosa.

Gdy klatka już powstanie, bakterie karmi się i pozwala im się namnażać do osiągnięcia zadanej gęstości. Naukowcy mogą umieścić w pobliżu uwięzione społeczności innych bakterii, a nawet usunąć nadmiar żelatyny, zahamować wzrost i przechować bakterie do późniejszego transportu do laboratoriów na terenie całego świata.

[...] Te struktury nie są zwyczajnie kontrolowalne w kategoriach geometrii; pozostają również bioprzyjazne. Ściany z cząsteczek białka są na tyle ściśle połączone, że bakterie nie mogą uciec, ale jednocześnie okazują się wystarczająco porowate, [...] by składniki odżywcze dostawały się do środka, a produkty przemiany materii były usuwane na zewnątrz. Zachodzi także wymiana sygnałów. Bakterie są zamknięte w minidomkach, ale funkcjonują jak w biologicznych środowiskach.

Shear wyjaśnia, że nowa technika pozwala przeprowadzać całą gamę eksperymentów. Wzrost da się zatrzymać w dowolnym momencie, by przeprowadzić analizę ekspresji genów. Wiele różnych bakterii można zmusić do interakcji w rozmaitych konfiguracjach, w różnych gęstościach i zmiennych skalach czasowych. Przedstawicieli rodzaju Pseudomonas i gronkowce (Staphylococcus) można ustawić wg wzorca rdzeń-skorupa, gdzie gronkowce są otoczone przez Pseudomonas. W takiej sytuacji oba rodzaje bakterii zostają skonfrontowane z intruzem. Są naprawdę rozpowszechnionymi bakteriami, które często spotykają się w infekcjach, dlatego sensowne wydaje się, że dysponują mechanizmami wyczuwania się. Technologia pozwala nam bardzo precyzyjnie zaaranżować ich rozmowę i sprawdzić, co się dzieje. W tym przypadku gronkowce wyczuły Pseudomonas i w rezultacie stały się bardziej oporne na antybiotyki.