Powstały bakterie odbijające "sonarowe" ultradźwięki

[KopalniaWiedzy.pl 357]

Udało się stworzyć pałeczki okrężnicy, które odbijają fale dźwiękowe, ujawniając swoje położenie. Dzięki temu, lecząc np. choroby przewodu pokarmowego czy prowadząc terapię celowaną nowotworów, za pomocą usg. będzie można stwierdzić, czy bakterie dotarły na miejsce.

Stworzyliśmy komórki bakteryjne, które odbijają fale dźwiękowe i w ten sposób informują o swoim położeniu. Na podobnej zasadzie wykrywają się łodzie podwodne z sonarami. [Generalnie] chodziło nam o to, by móc zapytać bakterie: co u was, jak sobie radzicie? Pierwszy krok to nauka wizualizowania i lokalizowania komórek, a kolejny - porozumiewanie się z nimi - opowiada Mikhail Shapiro z Kalifornijskiego Instytutu Technologii.

Pomysł, by wykorzystać bakterie w roli lekarstwa, nie jest nowy. Probiotyki mają pomagać w terapii chorób przewodu pokarmowego, np. zespołu jelita drażliwego, a wczesne wyniki badań pokazują, że bakterie dałoby się wykorzystać do namierzania i niszczenia komórek nowotworowych. Dotąd brakowało jednak metod wizualizowania i porozumiewania się (w ten sposób można by zaś było zbierać dane nt. przebiegu zdarzeń oraz instruować bakterie co do następnego etapu/kroku). Techniki obrazowania bazujące na świetle, np. wykonywanie zdjęć komórek oznakowanych genem reporterowym, który koduje fluorescencyjne białko, działają jedynie w próbkach pobranych z organizmu. Dzieje się tak, gdyż światło nie penetruje głębiej położonych tkanek, np. jelit.

Shapiro chce rozwiązać ten problem za pomocą fal ultradźwiękowych, bo docierają one głębiej od światła. Amerykanin opowiada, że doznał olśnienia ok. 6 lat temu, gdy dowiedział się o regulujących pływalność wypełnionych gazem białkowych strukturach bakterii wodnych. Naukowiec dywagował, że pęcherzyki gazowe mogłyby odbijać fale dźwiękowe, dzięki czemu dałoby się je odróżnić od innych typów komórek. Koniec końców zespołowi udało się zobrazować za pomocą ultradźwięków pęcherzyki gazowe z jelit i innych tkanek myszy.

Kolejnym krokiem autorów publikacji z Nature było przetransferowanie genów pęcherzyków gazowych z bakterii wodnych do pałeczek okrężnicy (Escherichia coli).

Chcieliśmy nauczyć E. coli, by same wytwarzały pęcherzyki gazowe. Zależało mi na tym, odkąd zdałem sobie sprawę z ich potencjału. Po drodze natknęliśmy się na parę problemów, więc gdy wreszcie się udało, byliśmy bardzo podekscytowani.

Problemów nastręczał m.in. transfer maszynerii genetycznej do produkcji pęcherzyków. Na początku Shapiro i inni próbowali przenieść geny wyizolowane od wodnej bakterii Anabaena flos-aquae, ale E. coli nie zaczęły wytwarzać pęcherzyków. Akademicy spróbowali więc transferu od bakterii bliżej spokrewnionej z pałeczką okrężnicy - Bacillus megaterium. Niestety, i ten zabieg zakończył się niepowodzeniem, gdyż powstające pęcherzyki były zbyt małe, by skutecznie rozpraszać fale. Sukcesem okazało się dopiero zmieszanie genów obu gatunków. Jak tłumaczą naukowcy, niektóre z kodowanych białek są budulcem, a inne maszynerią potrzebną do zbudowania pęcherzyków. By sprawić, żeby pałeczki potrafiły wytwarzać pęcherzyki, musieliśmy sobie zdać sprawę, że potrzebujemy cegiełek od A. flos-aquae i dźwigów budowlanych od B. megaterium.

Eksperymenty wykazały, że zmodyfikowane E. coli rzeczywiście można obrazować i lokalizować w przewodzie pokarmowym za pomocą ultradźwięków. To pierwszy akustyczny gen reporterowy do zastosowania w obrazowaniu ultradźwiękowym.

« powrót do artykułu