Mokslo naujienos: bakterinis sonaras

https://www.sciencedaily.com/releases/2018/01/180103132740.htm

Ar jau prisijungei prie blog‘o fb puslapio? Dar ne – padaryk tai dabar Mikrobiologija – kas tai?

1966 fantastiniame filme Fantastic Voyage mokslininkui suleidžiamas sumažintas povandeninis laivas, kad sunaikintų smegenyse esantį kraujo krešulį. Nors filmo scenarijus iki šiol skamba kaip fantazija, Caltech (taip, to paties, kur dirba ir The Big Bang Theory pagrindiniai veikėjai) mokslininkai žengia žingsnį link to – jie sukūrė bakterines ląsteles, kurios sugeba atspindėti garso bangas, kas primena povandeninių laivų sonarų veikimo principą.

Pagrindinis tikslas yra pacientui suleidus terapeutinių bakterijų, pavyzdžiui, probiotikus, gydančius žarnyno ligas, ar bakterijas tiksliniam auglių gydymui, būtų galima panaudoti ultragarso aparatus, kad stebėtume modifikuotų bakterijų buvimą organizme. Tokie vaizdai gydytojams leistų suprasti, ar gydymas pasiekė tikslinę vietą ir yra efektyvus.

„Mes modifikuojame bakterijų ląsteles, kad jos gebėtų atspindėti garso bangas ir leistų mums žinoti jų buvimo vietą taip pat, kaip laivai sužino apie kitų laivų buvimo vietą“ – sako Mikhail Shapiro, cheminės inžinerijos docentas. „Mes norime gebėti bakterijų paklausti „Kur tu dabar esi ir ką tu veiki?“ Pirmasis žingsnis yra išmokti vizualizuoti ir surasti ląsteles, o tada jau būtų galima mokytis komunikuoti su jomis“.
 

http://www.edvotek.com/223

Idėja, panaudoti bakterijas medicinoje, nėra nauja. Probiotikai yra naudojami žarnyno ligų, pavyzdžiui, dirgliosios žarnos ligos, gydymui, ir keli tyrimai rodo, kad bakterijos gali būti naudojamos surasti ir sunaikinti vėžines ląsteles. Bet šių bakterijų vizualizavimas ir komunikacija su jomis (abi savybės, skirtos suprasti, kas vyksta organizme, ir duoti tolimesnius nurodymus bakterijoms) kol kas nėra galimi. Vizualizavimo metodai, kurie paremti šviesa, tokie kaip, ląstelių žymėjimas „reporteriniais genais“, kurie koduoja fluorescuojančius baltymas, galimi tik iš organizmo gautų audinių pavyzdžiuose. Taip yra dėl to, kad šviesa negali praeiti į gilesnius žarnyno sluoksnius, kur yra bakterijos.

Shapiro šią problemą nori išspręsti naudojant ultragarsą, kadangi garso bangos gali sklisti į gilesnius kūno audinius. Jis teigia, kad prieš šešerius metus jį aplankė eureka akimirka, kai jis sužinojo apie vandenyse gyvenančių bakterijų dujomis pripildytas baltymines struktūras, kurios padeda reguliuoti organizmo plūdrumą. Shapiro iškėlė hipotezę, kad šios struktūros, vadinamos dujinėmis vakuolėmis, gali atspindėti garso bangas, o tai leistų jas atskirti nuo kitų tipų bakterijų. Ir išties, Shapiro ir jo kolegos, pademonstravo, kad, žarnyne ir kituose pelių audiniuose, dujinės vakuolės gali būti vizualizuojamos ultragarsu.

Kitas komandos tikslas yra perkelti už dujinės vakuolės susidarymą atsakingus genus iš vandenų bakterijų kitokio tipo bakterijoms, Escherichia coli, kurios ir yra naudojamos kaip terapeutinės bakterijos, pavyzdžiui, probiotikai.

„Mes norėjome išmokyti E. coli bakterijas pačioms konstruoti dujines vakuoles“, sako Shapiro. „Aš tai noriu atlikti nuo pat tada, kai supratau dujinių vakuolių potencialą, tačiau mes susidūrėme su tam tikrais sunkumais. Kai tai mums pagaliau pavyko, be galo džiaugėmės“.

http://www1.biologie.uni-hamburg.de/b-online/library/webb/BOT311/Cyanobacteria/Cyanobacteria.htm

Vienas iš iššūkių, su kuriuo susidūrė komanda, buvo dujinių vakuolių genetinės mašinerijos perkėlimas į E. coli bakterijas. Pradžioje, jie bandė perkelti Anabaena flos-aquae genus, tačiau jie neveikė – E. coli nesugebėjo formuoti vakuolių. Jie bandė dar kartą, šįkart naudodami E. coli artimesnio giminaičio, Bacillus megaterium, genus. Šis bandymas taip pat buvo nesėkmingas, kadangi susidariusios vakuolės buvo per mažos efektyviai atspindėti garso bangas. Galiausiai, komanda pabandė naudoti abiejų rūšių genus kartu ir tai pavyko – E. coli pati pradėjo gaminti vakuoles.

Dujinių vakuolių genai koduoja baltymus, kurie atsakingi už galutinės vakuolės struktūros konstravimą. Vieni iš baltymų yra vakuolių statybiniai blokai, tuo tarpu kiti padeda šias struktūras sukonstruoti. „Mes supratome, kad mums yra reikalingos Anabaena flos-aquae „plytos“ ir Bacillus megaterium „kranai“ tam, kad E. coli gebėtų formuoti dujines vakuoles“, sako Raymond Bourdeau, pagrindinis tyrimo autorius.

Komandos atlikti tolimesni tyrimai parodė, kad išties modifikuotas E. coli bakterijas ultragarso pagalba galima vizualizuoti ir lokalizuoti pelių žarnynuose.

„Tai yra pirmasis garsinis reporterinis genas, naudojamas vizualizacijai ultragarsu“, sako Shapiro. „Mes tikimės, kad ši vizualizacija bus tokia pati, kaip ir fluorescuojantis žaliasis baltymas, kuris anksčiau irgi atrodė neįmanomas“. 

Mokslininkai teigia, kad ši technologija greit bus prieinama kitiems mokslininkams, kurie atlieka tyrimus su gyvūnais, o šio metodo panaudojimą žmogaus gydymo stebėjimui dar reiks palaukti (tai susiję su iki klinikinių ir klinikinių tyrimų trukme, kuri dažniausiai trunka 10-15 metų). 

 
Sekit ir dalinkitės. Nauji įrašai kiekvieną pirmadienį ir ketvirtadienį. Iki kito susitikimo :)

chekas


Informacijos šaltiniai:

• https://www.sciencedaily.com/releases/2018/01/180103132740.htm