Forskere designede nanocontainere til kontrol af bakteriel metabolisme

Forskere fra ITMO University har udviklet specielle nanocontainere, der kan omsætte lyssignaler til metaboliske ændringer i bakterier. Beholderne består af titaniumdioxid nanopartikler belagt med sølv og polymerer. Når partiklerne er opvarmet med laserbestråling, polymerkonformationen ændres, og beholderen åbner, frigivelse af indholdet. Forskere testede det nye systems ydeevne ved hjælp af en modelagent, arabinose. Imidlertid, det kan erstattes med andre aktive stoffer for at bruge beholderne til lægemiddellevering. Forskningen blev offentliggjort i Biokonjugatkemi.

Problemet med bakteriel resistens over for antibiotika bliver stadig vigtigere, så videnskabsmænd leder konstant efter alternative måder at påvirke mikroorganismers metabolisme. For eksempel, forskere forsøger nu at kontrollere bakterier med fysiske midler, såsom udsættelse for lys. Medlemmer af ITMO Universitys SCAMT-laboratorium foreslår at bruge specielle lysfølsomme nanocontainere til at kontrollere bakteriel metabolisme.

Sådanne nanocontainere har en porøs struktur bestående af titaniumdioxid med sølvpartikler på overfladen. Denne struktur er fyldt med et aktivt middel gennem porerne. I dette tilfælde, det var L-arabinose, et aktivt middel, der forårsager luminescens i en særligt udvalgt bakteriestamme. Endelig, strukturen er dækket af polyelektrolytter, som forsegler porerne, forhindrer arabinosen i spontan frigivelse i opløsning. Når beholderne er placeret i et bakterielt miljø, de bestråles med en infrarød laser, der er sikker for bakterier. Laseren opvarmer sølvpartiklerne, og polyelektrolytterne ændrer deres konformation, åbning af porerne. Efter det, arabinosen fra beholderen kommer ind i bakteriemiljøet og udløser luminescensen.

"Vi brugte en speciel bakteriestamme, der producerer grønt fluorescerende protein. Vi kunne nemt fange dette signal og se, om systemet virkede:åbnede beholderne sig, da vi bestrålede dem med laseren. På denne måde, vi kan lære at tale med bakterier, kontrollere deres stofskifte og få dem til at udvikle sig i en anden retning. Og alt dette ved hjælp af lys, " kommenterer Anna Nikitina, artiklens første forfatter, medlem af ITMO University' SCAMT Laboratory.

Ifølge forskerne, de udviklede beholdere kan anvendes til kontrolleret lægemiddellevering. I den nærmeste fremtid, forskere er ved at teste systemet skabt på et solidt bakterielt miljø, samt at bruge nye bakteriestammer. For eksempel, stammer, hvis stråling kan sterilisere miljøet indefra.

"Denne forskning er vigtig, da vi formåede at vise systemets generelle princip. Det blev et skridt mod en dybere forståelse af levende systemer. I fremtiden, dette vil hjælpe os til bedre at forstå livet og skabe systemer med et specifikt stofskifte på egen hånd, op til en kunstig celle, " sagde Svetlana Ulasevich, en forsker ved SCAMT Laboratory.