Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy

Recommended Posts

Bakteryjne biofilmy, czyli wielowarstwowe kolonie ściśle przylegające do różnego rodzaju powierzchni, charakteryzują się m.in. specjalizacją poszczególnych komórek do pełnienia różnych funkcji. Dzięki badaczom ze Szkoły Medycznej Uniwersytetu Harvarda udało się ustalić mechanizm regulujący ten proces u jednego z gatunków mikroorganizmów.

Naukowcy z Uniwersytetu Harvarda studiowali fizjologię pospolitych bakterii Bacillus subtilis. Celem studium było ustalenie dokładnego mechanizmu działania surfaktyny, czyli cząsteczki sygnałowej znanej już od pewnego czasu ze swojego udziału w tworzeniu biofilmów. 

Jak wykazał zespół kierowany przez dr. Roberto Koltera, zdolność do produkcji surfaktyny posiadają tylko niektóre komórki w biofilmie. Paradoksalnie, są one niezdolne do wykrywania tej samej substancji. Jakby tego było mało, druga populacja żyjąca w tym samym biofilmie jest w stanie wykrywać surfaktynę i reagować na jej obecność, lecz nie potrafi jej syntetyzować.

Efektem odkrytego zjawiska jest powstanie dwóch wyraźnie odmiennych grup komórek. Choć dotychczas nie ustalono precyzyjnie funkcji każdej z nich, można przypuszczać, że podobny mechanizm może decydować o specjalizacji komórek w biofilmach tworzonych przez wiele rodzajów bakterii.

Zrozumienie procesu powstawania biofilmów oraz ich wewnętrznej struktury ma niebagatelne znaczenie. Dla wielu chorobotwórczych mikroorganizmów jest to bowiem doskonały sposób na ochronę przed antybiotykami i atakami układu immunologicznego. Umiejętne manipulowanie zachowaniem takiej kolonii mogłoby w związku z tym znacząco ułatwić terapię licznych chorób wywołanych przez bakterie. 

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
      W budownictwie od dawna wykorzystuje się materiały pochodzenia biologicznego, np. drewno. Gdy się ich używa, nie są już jednak żywe. A gdyby tak stworzyć żyjący budulec, który jest w stanie się rozrastać, a przy okazji ma mniejszy ślad węglowy? Naukowcy nie poprzestali na zadawaniu pytań i zabrali się do pracy, dzięki czemu uzyskali beton i cegły z bakteriami.
      Zespół z Uniwersytetu Kolorado w Boulder podkreśla, że skoro udało się utrzymać przy życiu pewną część bakterii, żyjące, i to dosłownie, budynki nie są wcale tylko i wyłącznie pieśnią przyszłości.
      Pewnego dnia takie struktury będą mogły, na przykład, same zasklepiać pęknięcia, usuwać z powietrza niebezpieczne toksyny, a nawet świecić w wybranym czasie.
      Na razie technologia znajduje się w powijakach, ale niewykluczone, że kiedyś żyjące materiały poprawią wydajność i ekologiczność produkcji materiałów budowlanych, a także pozwolą im wyczuwać i wchodzić w interakcje ze środowiskiem - podkreśla Chelsea Heveran.
      Jak dodaje Wil Srubar, obecnie wytworzenie cementu i betonu do konstruowania dróg, mostów, drapaczy chmur itp. generuje blisko 6% rocznej światowej emisji dwutlenku węgla.
      Wg Srubara, rozwiązaniem jest "zatrudnienie" bakterii. Amerykanie eksperymentowali z sinicami z rodzaju Synechococcus. W odpowiednich warunkach pochłaniają one CO2, który wspomaga ich wzrost, i wytwarzają węglan wapnia (CaCO3).
      Naukowcy wyjaśnili, w jaki sposób uzyskali LBMs (od ang. living building material, czyli żyjący materiał), na łamach pisma Matter. Na początku szczepili piasek żelatyną, pożywkami oraz bakteriami Synechococcus sp. PCC 7002. Wybrali właśnie żelatynę, bo temperatura jej topnienia i przejścia żelu w zol wynosi ok. 37°C, co oznacza, że jest kompatybilna z temperaturami, w jakich sinice mogą przeżyć. Poza tym, schnąc, żelatynowe rusztowania wzmacniają się na drodze sieciowania fizycznego. LBM trzeba schłodzić, by mogła się wytworzyć trójwymiarowa hydrożelowa sieć, wzmocniona biogenicznym CaCO3.
      Przypomina to nieco robienie chrupiących ryżowych słodyczy, gdy pianki marshmallow usztywnia się, dodając twarde drobinki.
      Akademicy stworzyli łuki, kostki o wymiarach 50x50x50 mm, które były w stanie utrzymać ciężar dorosłej osoby, i cegły wielkości pudełka po butach. Wszystkie były na początku zielone (sinice to fotosyntetyzujące bakterie), ale stopniowo brązowiały w miarę wysychania.
      Ich plusem, poza wspomnianym wcześniej wychwytem CO2, jest zdolność do regeneracji. Kiedy przetniemy cegłę na pół i uzupełnimy składniki odżywcze, piasek, żelatynę oraz ciepłą wodę, bakterie z oryginalnej części wrosną w dodany materiał. W ten sposób z każdej połówki odrośnie cała cegła.
      Wyliczenia pokazały, że w przypadku cegieł po 30 dniach żywotność zachowało 9-14% kolonii bakteryjnych. Gdy bakterie dodawano do betonu, by uzyskać samonaprawiające się materiały, wskaźnik przeżywalności wynosił poniżej 1%.
      Wiemy, że bakterie rosną w tempie wykładniczym. To coś innego niż, na przykład, drukowanie bloku w 3D lub formowanie cegły. Gdybyśmy mogli uzyskiwać nasze materiały [budowlane] na drodze biologicznej, również bylibyśmy w stanie produkować je w skali wykładniczej.
      Kolejnym krokiem ekipy jest analiza potencjalnych zastosowań platformy materiałowej. Można by dodawać bakterie o różnych właściwościach i uzyskiwać nowe materiały z funkcjami biologicznymi, np. wyczuwające i reagujące na toksyny w powietrzu.
      Budowanie w miejscach, gdzie zasoby są mocno ograniczone, np. na pustyni czy nawet na innej planecie, np. na Marsie? Czemu nie. W surowych środowiskach LBM będą się sprawować szczególnie dobrze, ponieważ do wzrostu wykorzystują światło słoneczne i potrzebują bardzo mało materiałów egzogennych. [...] Na Marsa nie zabierzemy ze sobą worka cementu. Kiedy wreszcie się tam wyprawimy, myślę, że naprawdę postawimy na biologię.
      Badania sfinansowała DARPA (Agencja Badawcza Zaawansowanych Projektów Obronnych).

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Poliuretanowa powłoka, która stopniowo uwalnia auranofinę, fosfinowy kompleks Au(I), pomaga przez niemal miesiąc zabijać bakterie. Podczas testów radziła sobie z metycylinoopornym gronkowcem złocistym (ang. methicillin-resistant Staphylococcus aureus, MRSA). Naukowcy uważają, że można by ją wykorzystać m.in. w cewnikach.
      Chcieliśmy uzyskać powłokę, która uśmiercałaby bakterie w formie planktonicznej i zapobiegałaby kolonizacji powierzchni. Wstępne dane pokazują, że mamy coś naprawdę obiecującego - opowiada prof. Anita Shukla z Brown University.
      Podczas testów poliuretanowa powłoka z auranofiną nie tylko zabijała gronkowce, ale i nie dopuszczała do powstawania biofilmów MRSA, które są szczególne oporne na leczenie.
      Autorzy publikacji z Frontiers in Cellular and Infection Microbiology wyliczają, że w samych USA rokrocznie zakłada się ponad 150 mln cewników naczyniowych. Zakażenia odcewnikowe rozwijają się u 250 tys. pacjentów rocznie; do zgonu dochodzi nawet w 25% przypadków. Koszty terapii są ogromne.
      Wcześniejsze próby poradzenia sobie z problemem nie były raczej udane. Powłoki antybakteryjne często tracą skuteczność po maksymalnie 2 tygodniach, bo zbyt szybko uwalniają lek. Poza tym bywa, że w powłokach wykorzystuje się tradycyjne antybiotyki, co w przypadku długotrwałego stosowania rodzi uzasadnione obawy odnośnie do rozwoju lekooporności.
      W swojej powłoce Shukla i inni zastosowali jednak kompleks złota(I) - auranofinę. Światowa Organizacja Zdrowia klasyfikuje ją jako lek antyartretyczny, ale badania Eleftheriosa Mylonakisa i Beth Fuchs z Brown University wykazały, że bardzo skutecznie zabija ona MRSA i inne niebezpieczne bakterie. Poza tym auranofina działa w taki sposób, że patogenom trudno rozwinąć oporność. Dotąd nie stosowano jej w żadnej powłoce.
      Podczas eksperymentów auranofinę dodawano do roztworu poliuretanu. Następnie rozpuszczalnik odparowywano, uzyskując rozciągliwą, wytrzymałą powłokę cewnika. Okazało się, że powłoka wytrzymuje bez pękania nawet 500% wydłużenie.
      Testując skuteczność rozwiązania, Amerykanie umieszczali powleczone cewniki w roztworze zawierającym MRSA oraz w hodowli MRSA na płytkach agarowych. Ustalono, że powłoki hamowały wzrost gronkowców od 8 do 26 dni, zależnie od zastosowanego stężenia auranofiny. Obserwując ewentualne przejawy tworzenia biofilmu, zespół posłużył się obrazowaniem bioluminescencji. Okazało się, że nie było żadnych sygnałów tworzenia biofilmu. Poliuretan działa jak bariera otaczająca auranofinę, poprawiając długoterminową wydajność antybakteryjną i antybiofilmową.
      Wstępne testy toksyczności pokazały, że powłoki nie wywierają niekorzystnego wpływu na ludzkie komórki krwi czy hepatocyty. Fakt, że obie składowe powłoki zostały zatwierdzone przez FDA, powinien przyspieszyć proces wydawania zezwoleń na testy in vivo.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Podczas syntezy grafenu wykorzystuje się proces chemicznej redukcji tlenku grafenu (GO). Wymaga on wystawienia GO na działanie hydrazyny. Ten sposób produkcji ma jednak poważne wady, które czynią jego skalowanie bardzo trudnym. Opary hydrazyny są bowiem niezwykle toksyczne, zatem produkcja na skalę przemysłową byłaby niebezpieczna zarówno dla ludzi jak i dla środowiska naturalnego.
      Naukowcy z japońskiego Uniwersytetu Technologicznego Toyohashi zaprezentowali bezpieczne, przyjazne dla środowiska rozwiązanie problemu. Zainspirowały ich wcześniejsze badania wskazujące, że tlenek grafenu może działać na bakterie jak akceptor elektronów. Wskazuje to, że bakterie w procesie oddychania lub transportu elektronów mogą redukować GO.
      Japońscy uczeni wykorzystali mikroorganizmy żyjące na brzegach pobliskiej rzeki. Badania przeprowadzone przy wykorzystaniu zjawiska Ramana wykazały, że obecność bakterii rzeczywiście doprowadziła do zredukowania tlenku grafenu. Zdaniem Japończyków pozwala to na opracowanie taniej, bezpiecznej i łatwo skalowalnej przemysłowej metody produkcji grafenu o wysokiej jakości.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Pasożytnicze osy (parazytoidy) składają jaja wewnątrz różnych organizmów, m.in. mszycy burakowej (Aphis fabae). Okazuje się jednak, że wprowadzając do środka jaja, mogą też nieświadomie zaszczepić ofiarę na swój własny gatunek. Nakłuwając powłoki ciała różnych pluskwiaków, przenoszą bowiem między nimi bakterie symbiotyczne, które zabijają larwy os.
      Korzystne dla mszyc bakterie Hamiltonella defensa czy Regiella insecticola są najczęściej przekazywane z matki na potomstwo, możliwe jest jednak rozpowszechnianie wśród niespokrewnionych osobników. Jedna z dróg to transfer między partnerami seksualnymi. Teraz szwajcarscy naukowcy Lukas Gehrer i Christoph Vorburger wykazali, że nakłuwając najpierw nosiciela bakterii, a potem mszycę pozbawioną fakultatywnych endosymbiontów, pasożytnicze osy rozprowadzają pożyteczne mikroorganizmy również w pokoleniach pluskwiaków, które rozmnażają się przez dzieworództwo.
      Gehrer i Vorburger pozwolili dwóm gatunkom parazytoidów zaatakować najpierw A. fabae z endosymbiontami, a później grupę niewyposażoną w mikrosojuszników. Osy nakłuwały wiele mszyc. Przeżyło tylko 38%; 9% przejęło przenoszone przez osy bakterie.
      Panowie tłumaczą, że pokładełko samicy (narząd do składania jaj) wydaje się działać jak brudna igła. Z wiadomych względów transfer endosymbiontów jest niekorzystny z punktu widzenia os, niewykluczone więc, że wykształciły one jakieś mechanizmy zabezpieczające przed tym mechanizmem. Pozwoliłoby to wyjaśnić, czemu zachodzi on tak rzadko.
      Szwajcarzy testowali też ektopasożytnicze roztocze, ale nie zauważyli, by w jakikolwiek sposób przyczyniały się one do poziomej transmisji endosymbiotycznych bakterii, których obecność stwierdzano za pomocą reakcji łańcuchowej polimerazy (PCR). Podczas eksperymentów osy wylęgające się z mszyc zainfekowanych bakteryjnymi endosymbiontami nie przenosiły ich na żywicieli swojego potomstwa.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Poziomy transfer genów (HGT), czyli przechodzenie genów między organizmami, występuje często wśród prokariontów (stąd m.in. bierze się lekooporność bakterii). Ponieważ jeszcze niedawno wydawało się, że w przypadku zwierząt czy roślin zdarza się to naprawdę rzadko, stąd zdziwienie naukowców badających korniki Hypothenemus hampei. Okazało się bowiem, że w jakiś sposób pozyskały od bakterii zamieszkujących ich przewód pokarmowy gen białka umożliwiającego rozkładanie cukrów z owoców kawy.
      Analizując geny owada, amerykańsko-kolumbijski zespół natrafił na jeden szczególny - HhMAN1. Szczególny, ponieważ zwykle nie występuje u owadów i odpowiada za ekspresję mannanazy (enzymu umożliwiającego rozkład mannanów, składników drewna, a także roślin jednorocznych oraz nasion, w tym kawowca).
      Jako że HhMAN1 występuje często u bakterii, akademicy zaczęli przypuszczać, że kornik "pożyczył" sobie gen właśnie od nich. Ich hipoteza jest tym bardziej prawdopodobna, że HhMAN1 otaczają transpozony, a więc sekwencje DNA, które mogą się przemieszczać na inną pozycję w genomie tej samej komórki lub do innego organizmu.
      Dysponując mannanazą, korniki mogą składać jaja w owocach kawy, a wylęgającym się larwom nie brakuje pożywienia. Rekombinowana mannanaza hydrolizuje podstawowy polisacharyd zapasowy jagód kawy galaktomannan. HhMAN1 występuje u wielu populacji kornika, co sugeruje, że HGT miało miejsce przed radiacją ewolucyjną i ekspansją owadów z zachodniej Afryki do Azji i Ameryki Południowej.
×
×
  • Create New...