Chips, lys og kodning bevæger frontlinjen ved at slå bakterier

Den uendelige kamp mod bakterier har taget en drejning i menneskehedens favør med annonceringen af ​​et værktøj, der kunne give overhånden inden for narkotikaforskning.

Bakteriel resistens over for antibiotika har skabt alarmerende overskrifter i de seneste år, med udsigt til, at almindeligt foreskrevne behandlinger bliver forældede ved at afbryde alarmklokker i det medicinske etablissement.

Mere effektive måder at teste udskiftninger på er hårdt nødvendige, og et team fra Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST) har lige fundet en.

I deres papir, udgivet i ACS -sensorer , forskerne ser på en mikrobiel struktur kaldet biofilm - bakterieceller, der binder sammen til en slimet matrix.

Disse er fordelagtige for bakterier, endda give resistens mod konventionelle antibiotika. Med ejendomme som disse, biofilm kan være farligt, når de forurener miljøer og industrier; alt fra at forringe fødevareproduktion til tilstopning af spildevandsrensningsrør. Biofilm kan også blive dødelig, hvis de kommer ind på medicinske faciliteter.

At forstå, hvordan biofilm dannes, er nøglen til at finde måder at besejre dem på, og denne undersøgelse samlede OIST -forskere fra baggrunde inden for bioteknologi, nanoengineering og software programmering til at tackle det.

Teamet fokuserede på biofilmsamlingskinetik - de biokemiske reaktioner, der gør det muligt for bakterier at producere deres sammenkædede matrixstruktur. Indsamling af intelligens om, hvordan disse reaktioner fungerer, kan fortælle meget om, hvilke lægemidler og kemikalier der kan bruges til at modvirke dem.

Der var ingen værktøjer til rådighed for teamet, der ville give dem mulighed for at overvåge biofilmvækst med den frekvens, de havde brug for for at have en klar forståelse af det. Så, de ændrede et eksisterende værktøj til deres eget design.

Dr. Nikhil Bhalla, arbejder i OIST's Micro/Bio/Nanofluidics Unit, ledet af prof. Amy Shen, tog til nanoskalaen for at finde en løsning:"Vi skabte små chips med små strukturer for E. coli at vokse på, "sagde han." De er dækket af svampeformede nanostrukturer med en stilk af siliciumdioxid og en hætte af guld. "

Nu var alt, hvad teamet skulle gøre, at finde nogle bakterier at arbejde med. Henvendelse til OISTs enhed for strukturel cellulær biologi, holdet blev hjulpet af Dr. Bill Söderström, der leverede lagre af E. coli på overfladen af ​​nanomushroom chips til holdet at studere.

Når disse nanosvampe udsættes for en målrettet lysstråle, de absorberer det ved Localized Surface Plasmon Resonance (LSPR). Ved at måle forskellen mellem lysbølgelængder, der kommer ind og ud af chippen, forskerne kunne foretage observationer af bakterierne, der vokser omkring svampestrukturer uden at forstyrre deres forsøgspersoner og påvirke deres resultater.

"Dette er første gang, vi har brugt denne sensorteknik til at studere bakterieceller, "sagde Dr. Riccardo Funari, teamets hjemmehørende bioteknolog, "men det problem, vi fandt, var, at vi ikke kunne overvåge det i realtid."

Det var muligt at få en konstant datastrøm fra deres LSPR -opsætning, men krævede et helt nyt sæt software for at gøre det funktionelt. Heldigvis, forskningstekniker Kang-yu Chu var klar til at låne sin programmeringskundskab til problemet.

"Vi lavede et automatisk måleprogram med øjeblikkelig analyse baseret på eksisterende software, som lader os behandle dataene med et enkelt klik. Det reducerede det involverede manuelle arbejde betydeligt og lod os rette eventuelle problemer med eksperimentet, når de sker, "sagde Kang-yu.

Nu er disse tre discipliner kombineret til at lave et bordværktøj, der kan bruges i stort set ethvert laboratorium, og der er planer om at miniaturisere teknologien til en bærbar enhed, der kan bruges i et stort udvalg af biosensing -applikationer.

"Undersøgelser om klinisk relevante mikroorganismer kommer næste gang, sagde Dr. Funari, "og vi er virkelig begejstrede for applikationerne. Dette kan være et godt værktøj til at teste fremtidige lægemidler på masser af forskellige slags bakterier." For nu i hvert fald, mennesker tager føringen i bakteriekampen.