Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy

Recommended Posts

Naukowcy z Uniwersytetu Purdue stworzyli nową technologię, która umożliwia jednoczesne badanie tysięcy próbek pożywienia lub wody w poszukiwaniu groźnych dla człowieka mikroorganizmów. Donoszą oni, że badanie takie można wykonać w czasie zaledwie jednej do dwóch godzin.

Technologia opiera się na wykorzystaniu żywych komórek ssaczych, które w momencie uszkodzenia wydzielają do pożywki chemiczne "sygnały stresu". Sam pomiar jest dokonywany przez aparaturę optyczną podłączoną do komputera.

Arun Bhunia, główny autor wynalazku, tłumaczy: Do zapewnienia biobezpieczeństwa i bezpieczeństwa żywności bardzo potrzebny jest szybki i wiarygodny test. Bardzo ważne jest to, że nasza technologia umożliwia zbadanie próbki w poszukiwaniu wielu patogenów jednocześnie, a także określenie ich ilości w badanej próbce. Dzięki temu możemy ocenić stopień zagrożenia patogenami zawartymi w badanym materiale oraz podjąć decyzję, jakie środki należy podjąć, aby zminimalizować ryzyko infekcji.

Sercem układu zwanego biosensorem są komórki zawieszone w trójwymiarowej "sieci" stworzonej przez włókna kolagenowe, umieszczone na płytkach laboratoryjnych. Tak przygotowany zestaw jest gotowy do działania - wystarczy dodać do pożywki odpowiednią ilość badanego pożywienia lub wody, a następnie poczekać na reakcję komórek w odpowiedzi na ewentualną obecność mikroorganizmów.

Test umożliwia nie tylko wykrycie bakterii, ale także pozwala odróżnić patogeny żywe od martwych. Dzięki temu zmniejszony został odsetek "fałszywych alarmów" (zwanych fachowo "wynikami fałszywie pozytywnymi"), pojawiających się często w podobnych testach poprzedniej generacji. Kolejną zaletą stworzonego sensora jest jego mobilność i uniwersalność. Przygotowaną płytkę można bowiem zabrać ze sobą np. do zakładu produkcji żywności i pobrać próbki bezpośrednio na nią. W takiej sytuacji komórki "analizują" próbkę już w czasie podróży powrotnej do laboratorium, dzięki czemu odczyt wyników jest znacznie szybszy.

Mechanizm działania sensora jest bardzo prosty. W odpowiedzi na obecność patogenu (najczęściej jest to bakteria), komórki produkują i wydzielają specjalny enzym - alkaliczną fosfatazę. Jest to naturalny sygnał, wysyłany do otaczających komórek w odpowiedzi na uszkodzenie błony komórkowej. Po określonym czasie do pożywki należy dodać specjalny związek, który pod wpływem enzymu wybarwia się na żółto. W następnym etapie wystarczy prosta analiza barwy pożywki. Pozwala ona stwierdzić, jaka ilość enzymu została wydzielona przez komórki, co daje przybliżoną informację o stężeniu bakterii w próbce. Aby zwiększyć czułość analiz, wyselekcjonowano komórki o podwyższonej produkcji alkalicznej fosfatazy. Autorzy technologii sugerują jednak, że w podobny sposób można zastosować także inne enzymy, które umożliwiłyby wykrywanie innych rodzajów mikroorganizmów.

Obecnie najtrudniejszym zadaniem stojącym przed badaczami jest przedłużenie czasu życia komórek zawieszonych w kolagenowej sieci. Teraz są one bowiem w stanie przeżyć zaledwie 4-6 dni. To za mało - aby test mógł znaleźć powszechne zastosowanie, komórki powinny być w stanie przeżyć co najmniej dwa tygodnie. Stawka jest jednak wysoka, gdyż o stworzenie podobnego biologicznego "urządzenia" stara się obecnie wiele uczelni i firm na całym świecie.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Dobry pomysł, ale tylko jako częściowy test, bo co z mutantami patogenów?

Share this post


Link to post
Share on other sites

Wystarczy przykładowo, że do testowania zastosujesz komórki tzw. TLR (Toll-like receptors). Są to prymitywne receptory na komórkach, które wykrywają cząsteczki charakterystyczne dla bardzo szerokich grup patogenów, które jednocześnie są niezbędne dla przeżycia. Do takich cząsteczek zaliczamy np. lipopolisacharyd albo peptydoglikan. Gdyby doszło do upośledzenia ich syntezy, bakteria zwyczajnie by nie przeżyła.

 

Ale jakie dokładnie komórki zostały użyte, tego nie wiem, więc spekuluję jedynie. Przynajmniej ja bym tak to zrobił - praktycznie każda bakteria ma jedną z tych dwóch cząsteczek, a te, które nie mają, są bardzo wrażliwe na warunki otoczenia.

 

EDIT: Dorwałem się do oryginalnej publikacji na ten temat, która została wypuszczona w czasopiśmie Nature. Okazuje się, że te komórki po prostu nie wykrywają specyficznej cząsteczki, tylko po prostu są stosunkowo wrażliwe na patogeny i toksyny. Jeżeli dojdzie do kontaktu z szkodliwym czynnikiem, komórka umiera i uwalnia się z niej wspomniana wcześniej alkaliczna fosfataza. Mój błąd, źle myślałem.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Amerykanie opracowali bandaż, który stymuluje i kieruje wzrostem naczyń krwionośnych na powierzchni rany. Bandaż, nazywany pieczęcią mikrowaskularną, zawiera żywe komórki, które dostarczają czynniki wzrostu do uszkodzonych tkanek według z góry zaplanowanego wzorca. Po tygodniu wzór pieczątki znajduje już odzwierciedlenie w układzie naczyń.
      Wszystkie rodzaje tkanek, jakie chcielibyśmy odbudować, z kośćmi, mięśniami czy skórą włącznie, są bardzo unaczynione. Jednym z większych wyzwań w odtwarzaniu sieci waskularnej jest metoda kontrolowania wzrostu i rozmieszczenia przestrzennego nowych naczyń - podkreśla prof. Hyunjoon Kong z University of Illinois.
      Inni badacze umieszczali czynniki wzrostu w materiałach do pokrywania ran. Akademicy z Illinois jako pierwsi zastosowali w pieczęci żywe komórki, które zapewniają dostawy czynników wzrostu stale i w ukierunkowany sposób.
      Pieczątka ma szerokość ok. 1 cm. Utworzono ją z warstw poli(tlenku etylenu). Ponieważ jest porowata, mogą przez nią przepływać różne cząsteczki. Kanaliki kierują ruchem większych molekuł, np. czynników wzrostu. Zespół Konga testował pieczątkę na kurzym embrionie. Po tygodniu udało się uzyskać żądany wzorzec naczyń.
      Gdzie będzie można zastosować wynalazek naukowców? Jak sami twierdzą, do utworzenia obejścia zaczopowanego naczynia czy zwiększenia unaczynienia tkanek ze słabym przepływem krwi.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Po raz pierwszy w historii nauki nie trzeba chemicznie utrwalać, barwić ani preparować komórek, by móc je zbadać. Dzięki rentgenowskiemu mikroskopowi nanotomograficznemu, najnowszemu wynalazkowi specjalistów z Centrum Helmholtza w Berlinie (Helmholtz-Zentrum Berlin, HZB), da się analizować całe żywe komórki w ich naturalnym środowisku. Zostają one szybko zamrożone, a akademicy zyskują trójwymiarowy obraz najmniejszych nawet elementów strukturalnych ssaczych komórek.
      Nowy mikroskop w jednym etapie zapewnia obraz 3D całej komórki. Daje mu to sporą przewagę nad mikroskopem elektronowym, w przypadku którego trójwymiarowy obraz uzyskuje się dopiero po zestawieniu wielu cienkich przekrojów. Proces rekonstruowania w ten sposób pojedynczej komórki może zająć tygodnie. Co więcej, w odróżnieniu od mikroskopów fluorescencyjnych, gdzie by zobaczyć jakąś strukturę, korzysta się z tzw. fluoroforów, czyli substancji chemicznych fluoryzujących po wzbudzeniu światłem o określonej długości, tutaj nie trzeba używać żadnych znaczników.
      Mikroskop berlińczyków bazuje na naturalnym kontraście między materiałem organicznym a wodą. Zespół doktora Gerda Schneidera z Instytutu Tkanek Miękkich i Materiałów Funkcjonalnych współpracował z naukowcami z amerykańskiego National Cancer Institute. Akademicy uzyskali trójwymiarowy obraz komórek mysiego gruczolakoraka. Ujrzeli obie błony otoczki jądrowej, pory jądrowe, liczne wgłębienia błony wewnętrznej mitochondrium oraz wtręty (inkluzje) komórkowe w różnych organellach komórkowych, np. lizosomach. Nietrudno się domyślić, że dysponowanie tak szczegółowym obrazem pomoże w wyjaśnieniu wielu procesów, m.in. sposobu wnikania wirusów i nanocząstek do komórki lub jądra.
      Między innymi w wyniku zastosowania specjalnych soczewek, rentgenowski mikroskop nanotomograficzny gwarantuje zdolność rozdzielczą rzędu 30 nanometrów; dla porównania 10 nanometrów to 1/10 średnicy ludzkiego włosa. Podczas testów z wykorzystaniem synchrotronu BESSY II z HZB niemiecko-amerykański zespół oświetlał obiekty światłem o częściowej koherencji czasowej (w takim przypadku relatywne fazy dwóch fal elektromagnetycznych podlegają losowym fluktuacjom, ale nie są one na tyle duże, by fale stały się zupełnie niespójne). Obraz uzyskiwany za pomocą światła o częściowej koherencji zapewnia znacznie większy kontrast niż obraz generowany przy użyciu światła niespójnego (niekoherentnego).
      Nowa mikroskopia rentgenowska pozwala na pozostawienie wokół próbki szerszego marginesu, co daje lepszy ogląd przestrzenny. Wcześniej był on ograniczony ze względu na wymogi układu oświetleniowego. Początkowo specjalna przysłona wyłapywała z monochromatycznego promieniowania rentgenowskiego fale o określonej długości. Niestety, musiała się ona znajdować tak blisko próbki, że nie dało się nią poruszać. Naukowcy opracowali jednak specjalny kondensator, który zbiera monochromatyczne światło i bezpośrednio oświetla obiekt. Dzięki temu próbkę można obracać w zakresie 158 stopni. Mamy tu więc chyba do czynienia z twórczym rozwinięciem metody PIXE, w ramach której analizuje się widmo promieniowania rentgenowskiego, emitowanego przez materiał bombardowany wiązką naładowanych cząstek z akceleratora (tutaj synchrotronu).
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Czy wirus HIV zaczął zarażać ludzi wcześniej, niż dotychczas uważano? Hipotezę taką stawiają naukowcy z University of Arizona. Ich zdaniem do rozprzestrzeniania się mikroorganizmu zaczęło dochodzić pomiędzy latami 1884 i 1924.
      Głównym autorem badań, które doprowadziły do tego wniosku, jest prof. Michael Worobey, ekolog i biolog ewolucyjny. Na podstawie analizy próbek zachowanych tkanek sądzi on, że wirus HIV zaczął zakażać ludzi wcześniej, niż dotychczas sądzono, zaś data uznawana dotychczas za moment pojawienia się patogenu odpowiada jedynie chwili, w której zaczął on rozprzestrzeniać się między ludźmi na masową skalę. Stało się to możliwe dzięki procesowi urbanizacji i powstawaniu pierwszych dużych miast w Afryce.
      Prof. Worobey i jego współpracownicy analizowali próbki pobrane z ciał pacjentów chorujących na nieznaną wówczas chorobę (dziś wiemy, że był to nabyty zespół niedoboru odporności, czyli AIDS). Dzięki zastosowaniu najnowocześniejszych znanych technik badań genetycznych naukowcy przeanalizowali m.in. dwie próbki uznawane za najstarsze preparaty zawierające materiał genetyczny HIV: materiał z biopsji węzła chłonnego wykonanej w roku 1960 roku oraz starszą o rok porcję krwi.
      Porównanie sekwencji informacji genetycznej, którą wirus wbudował do DNA ludzkich komórek, pozwoliło badaczom na ustalenie czasu potrzebnego na przejście całej serii mutacji prowadzących do powstania obu unikalnych szczepów. Zdaniem ekspertów z University of Arizona wspólny protoplasta wirusów, które zakaziły oboje pacjentów, powstał najprawdopodobniej około roku 1900. Jest to data o trzydzieści lat wcześniejsza od uznawanej dotychczas za prawdopodobny moment powstania pierwszego szczepu zdolnego do zakażania ludzi.
      Badania prof. Worobeya są pierwszymi, do przeprowadzenia których udało się pozyskać obie próbki uznawane za najstarsze na świecie preparaty zawierające ślady HIV. Kolejne zebrano dopiero w latach 70. i 80. XX wieku, gdy zespół AIDS był już zdefiniowany. Właśnie dlatego próbki z lat 1959 i 1960 są tak cenne i istotne dla naukowców. Jak tłumaczy sam prof. Worobey, po raz pierwszy byliśmy w stanie porównać dwa stosunkowo dawne szczepy HIV. Pomogły nam one ustalić precyzyjnie, jak szybko wirus ewoluował, a także solidnie ustalić, kiedy został przeniesiony na ludzi i jak szybko epidemia rozprzestrzeniała się od tego momentu, a także, jakie czynniki umożliwiły wirusowi stanie się skutecznym patogenem człowieka.
      Badania wskazują, że do przejścia wirusa HIV z szympansów na ludzi doszło najprawdopodobniej na terenie południowo-wschodniego Kamerunu. Jak tłumaczy prof. Worobey, mniej więcej w tym okresie powstawały na tym obszarze pierwsze miasta, takie jak należąca wówczas do Belgii stolica Demokratycznej Republiki Kongo, Kinszasa. Stosunkowo szybko, bo jeszcze przed rokiem 1960, doszło do rozprzestrzenienia się patogenu na sąsiednie kraje: Republikę Środkowej Afryki, Kongo, Gabon czy Gwineę Równikową. Świadczy o tym występujące obecnie zróżnicowanie genetyczne wirusa, pozwalające na odtworzenie trasy jego inwazji na człowieka. W tym czasie wirus wyewoluował na tyle, że jego migracja na pozostałe kontynenty była już jedynie kwestią czasu...
      Analiza próbek, pobranych niemal pięćdziesiąt lat temu i przechowywanych zgodnie z obowiązującymi wówczas procedurami, nie była prosta. Jak tłumaczy badacz, DNA i RNA w tych próbkach jest w naprawdę nieciekawym stanie. Jest silnie pofragmentowane, więc zamiast idealnych nici DNA lub RNA otrzymuje się bardzo pogmatwaną masę. [Wyniki naszych badań] dawały wielką satysfakcję, ale wymagało to szaleńczej ilości pracy.
      Dalsze plany naukowca obejmują analizę kolejnych próbek zawierających materiał genetyczny HIV i stworzenie na ich podstawie bardziej przejrzystego obrazu historii HIV. Jego zdaniem pozwoli to na precyzyjne ustalenie historii wirusa oraz momentów kluczowych dla uzyskania przez niego zdolności do wywołania pandemii.
      Być może badania pozwolą też na ustalenie lepszej strategii walki z patogenem: wydaje mi się, że zmiany, których doświadczyła ludzka populacja, mogła otworzyć drzwi, dzięki którym HIV się rozprzestrzenił. Jeżeli HIV ma jakikolwiek słaby punkt, najprawdopodobniej jest to jego stosunkowo niska zaraźliwość. Począwszy od lepszego zapobiegania i badań, a na szerszym stosowaniu terapii antywirusowych skończywszy, istnieje mnóstwo sposobów umożliwiających zredukowanie transmisji wirusa oraz wymuszenie jego wyginięcia. Nasze wyniki sugerują, że taki optymizm ma podstawy.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Zespół badaczy z Penn State University doniósł o odkryciu niezwykle drobnych bakterii, które od stu dwudziestu tysięcy lat żyły na głębokości trzech kilometrów pod powierzchnią lodowca na Grenlandii. Zdolność tego niezwykłego mikroorganizmu do przetrwania w warunkach ekstremalnie niskiej temepratury, wysokiego ciśnienia oraz obniżonej zawartości tlenu i substancji odżywczych może uczynić go wyjątkowym modelem do badań nad mechanizmami pozwalającymi na przetrwanie w skrajnie niekorzystnych środowiskach.
      Odkryte bakterie charakteryzują się tak drobnymi komórkami, że przedostają się one przez standardowe filtry mikrobiologiczne. Co ciekawe, podobne bakterie powszechnie spotykane są w wielu innych środowiskach - stwierdzono ich obecność oraz wzrost nawet w hiperczystej wodzie używanej do przeprowadzania dializ. Jak zaznacza dr Jennifer Loveland-Curtze, współautorka badań, ultramałe komórki mogą stanowić dla nas realne zagrożenie jako potencjalne źródło zakażeń, które mogą dotyczyć np. roztworów stosowanych w medycynie.
      Na razie nie są znane przyczyny wyjątkowej wytrzymałości grenlandzkich mikrobów. Wiadomo natomiast, że bakterie te, należące do gatunku Chryseobacterium greenlandensis, są genetycznie spokrewnione z niektórymi rodzajami mikroorganizmów zamieszkujących ciała niektórych ryb, a także żyjących w morskim dnie i strefie korzeniowej niektórych roślin. Co ciekawe, jest to dopiero dziesiąty opisany gatunek, zdolny do przeżycia w tak niekorzystnych warunkach.
      Badania nad C. greenlandensis były niezwykle trudne z uwagi na jego wyjątkowe właściwości. Aby rozpocząć hodowlę komórek bakteryjnych, niezbędne było ich odfiltrowanie z próbki lodu, a następnie przeniesienie do wyjątkowo ubogiej pożywki, niemal całkowicie pozbawionej tlenu. Całość wstawiono do silnie wychłodzonej komory, dzięki czemu stworzono warunki odzwierciedlające życie wewnątrz masy lodowca.
      Członkowie zespołu wierzą, że analiza odkrytego niedawno mikroorganizmu pozwoli na dokładniejsze zbadanie, w jaki sposób fizjologia komórek oraz procesy biochemiczne zmieniają się podczas długotrwałej izolacji od świata zewnętrznego i w wyniku braku interakcji z innymi organizmami. Jak mówi dr Loveland-Curtze, mikroby stanowią jedną trzecią, a może nawet więcej, ziemskiej biomasy, lecz opisano dotąd poniżej 8000 gatunków spośród około trzech milionów, które przypuszczalnie istnieją. Odkrycie tego gatunku jest waznym krokiem w naszym przedsięwzięciu związanym z odkrywaniem i hodowlą tych organizmów oraz wykorzystywaniem ich wyjątkowych cech.
      Oficjalna prezentacja odkrycia nastapiła na spotkaniu Amerykańskiego Stowarzyszenia Mikrobiologii w Bostonie.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Liczba bakterii, które zamieszkują organizm typowego człowieka, jest aż dziesięciokrotnie wyższa od liczby jego własnych komórek. Mimo to, wciąż wiemy bardzo niewiele na temat struktury tego wyjątkowego "rezerwatu", zwanego fachowo mikrobiomem, który każdy z nas utrzymuje przy życiu. Co więcej, większość dotychczasowych badań skupiała się wyłącznie na tych mikroorganizmach, które są odpowiedzialne za nagłe zachorowania, pomijając przy tym te, które są z pozoru neutralne. Właśnie ta ostatnia grupa bakterii stała się ostatnio celem licznych analiz.
      To może stanowić podstawę całkowicie nowego sposobu patrzenia na chorobę. Aby zrozumieć, jak zmiany w obrębie populacji bakterii wpływają na chorobę lub w jaki sposób choroba wpływa na nie, najpierw musimy ustalić, co jest normą, a być może nawet sprawdzić, czy norma w ogóle istnieje, mówi Margaret McFall Ngai z University of Wisconsin.
      Badacze już od dawna przypuszczali, że różnorodne mikroby żyjące w obrębie ludzkiego organizmu moga wpływać na stan jego zdrowia. Jednak dopiero teraz, w epoce badań molekularnych, możliwe jest wykonanie szczegółowej analizy poszczególnych grup bakterii oraz określenie wpływu na utrzymanie zdrowia lub zapadnięcie na określoną chorobę.
      Doskonałym przykładem rozwoju technologii są badania prowadzone przez dr. Martina Blasera z Uniwersytetu Nowojorskiego. Przed rozpoczęciem prowadzonych badań, znanych było poniżej stu gatunków bakterii żyjących na powierzchni ludzkiej skóry. Zastosowanie badań genetycznych umożliwiło wydłużenie tej listy do 182 gatunków w obrębie skóry samego przedramienia, a kolejne serie testów rozszerzały spektrum wykrywanych mikrobów. Obecnie szacuje się, że całkowita liczba gatunków bakterii żyjących na przedramieniu pojedynczego człowieka może wynosić nawet 500.

      Już wstępne badania dr. Blasera doprowadziły go do wielu interesujących odkryć. Zauważył on na przykład, że zaledwie 10 gatunków z całej puli badanych mikroorganizmów stanowi aż 50% liczebności całego mikrobiomu skóry. Co więcej, niektóre z nich wykazywały wyraźne "przywiązanie" do żywiciela, gdyż nawet próby przeniesienia ich na ciało innego człowieka nie kończyły się ich adaptacją do nowego środowiska. Oznacza to, że każdy z nas dysponuje najprawdopodobniej unikalną "sygnaturą bakteryjną", której struktura może mieć istotny wpływ na nasze zdrowie.

      Podobne badania prowadzi dr Daniel Frank z University of Colorado. Jego praca polega na analizie flory bakteryjnej jelit u osób cierpiących na przewlekłe zapalenia jelit. Dzięki analizom mikrobiologicznym wykazał, że osoby zapadające na tę chorobę wykazują wyraźny spadek liczby bakterii uznawanych za korzystne dla przewodu pokarmowego i chroniące go. Do uzyskania pełnego obrazu potrzebne jest jeszcze ustalenie sekwencji zdarzeń - nie wiadomo bowiem, czy zaburzenia flory bakteryjnej zwiększają ryzyko choroby, czy też zapalenie jelit wywołuje zmiany w populacji mikroorganizmów.

      Na tym nie koniec. Okazuje się, że pewne szczepy bakterii mogą odgrywać istotną rolę w rozwoju otyłości, o czym donieśli już kilka lat temu naukowcy z Uniwersytetu Waszyngtońskiego. Dzięki ich badaniom udowodniono, że zmiany w obrębie mikrobiomu mogą wpływać na masę ciała m.in. poprzez specyficzne produkty metabolizmu poszczególnych grup mikrobów.

      Analiza flory bakteryjnej organizmu człowieka jest obecnie ważnym elementem programu badań sponsorowanych przez amerykański budżet - w ciągu najbliższych pięciu lat badacze otrzymają do dyspozycji astronomiczną kwotę stu milionów dolarów. Celem przedsięwzięcia, zwanego Human Microbiome Project (Projekt Badania Ludzkiego Mikrobiomu), będzie scharakteryzowanie rodzajów bakterii zamieszkujących ciało osób zdrowych, a następnie porównanie ich z florą bakteryjną osób chorych na poszczególne schorzenia. Pozwoli to na ustalenie wpływu bakterii na ryzyko zachorowania, a być może umożliwi także stworzenie zestawów bakterii, które mogłyby, dzięki celowemu podawaniu ich pacjentom, zapobiegać rozwojowi poszczególnych chorób.
×
×
  • Create New...