Loading

Распечатанные на 3D-принтере бактерии раскроют секреты заболеваний

Создано 14.10.2013 23:58
Автор: Евгений

Распечатанные на 3D-принтере бактерии раскроют секреты заболеваний
Бактерии часто считаются социальными организмами. Объединяясь в колонии разнообразных форм и размеров, они обмениваются информацией со своими сородичами и даже с другими видами бактерий. Именно это взаимодействие может порой сделать их более смертоносными или устойчивыми к действию антибиотиков.
Теперь же колонии бактерий, которым при помощи трехмерного принтера придается необходимая форма, дадут возможность разобраться, как развиваются некоторые инфекции, устойчивые к антибиотикам. Новая технология базируется на методах, аналогичных тем, что используются для коммерческих 3D-принтеров – выдавливается пластик, который становится основой для бактериальной питательной среды на основе желатина. Эти конструкции для обитания микробов можно располагать практически в любой трехмерной фигуре, такой как пирамиды и вложенные сферы.
«Мы ищем ответы на различные вопросы, например, сколько бактерий необходимо объединить, какого размера и формы должны быть эти кластеры, чтобы такая микроколония начала вести себя иначе, чем отдельные клетки», - рассказывает исследователь Джейсон Шир, профессор химии и биохимии из Техасского университета в Остине, США. В этом вопросе на помощь могут прийти технологии трехмерной печати.


Смертоносные кластерыРаспечатанные на 3D-принтере бактерии раскроют секреты заболеваний
Формирование кластеров бактерий имеет особенную важность, так как сгруппированные микроорганизмы часто ведут себя не так, как отдельные клетки. В некоторых случаях бактерии даже склеиваются и закрепляются на поверхности при помощи липкого вещества, создавая биопленки с высокой устойчивостью к иммунной системе или к действию антибиотиков. Налет, который снимает с зубов стоматолог, - это и есть биопленка, которая может содержать десятки взаимодействующих видов бактерий.
Более смертоносны биопленки, которые формируются в легких пациентов, страдающих респираторным заболеванием под названием муковисцидоз. Антибиотики могут остановить разрозненные бактерии, вызывающие инфекцию у таких больных, но остаются нетронутыми биопленки на легочной ткани, готовые выбросить новую порцию блуждающих бактерий. Результатом, по словам Джейсона Шира, становится повторяющаяся инфекция, а лечение часто становится фатальным для клиента. По статистическим данным люди, страдающие муковисцидозом, гибнут в возрасте до сорока лет.
Знания о биопленках и других сообществах бактерий необычайно важны для поиска способов преодоления бактериальной преграды, но по большому счету технологии для этого еще не применялись, отмечает Шир.
Печать бактерий
В этой сфере на помощь исследователям может прийти трехмерная печать. Для начала Шир и его коллеги вносили бактериальные клетки в желатиновую смесь. Затем ее оставили остыть и затвердеть, что похоже на производство желатиновых конфет, только вместо фруктов в кусочках желатина плавали бактериальные клетки.
Затем, используя лазер, ученые вырезали капсулы вокруг свободно плавающих бактерий. Луч лазера заставляет молекулы желатина надежно связываться. Когда получившиеся капсулы нагревают, большая часть желатина тает, но обработанные лазером зоны остаются нетронутыми, создавая укрытие, где может развиваться бактерия.
Распечатанные на 3D-принтере бактерии раскроют секреты заболеванийДля доказательства действенности метода Шир и его коллеги создали сферы с Staphylococcus aureus – распространенной бактерией, которая вызывает пищевые отравления и кожные инфекции. Ученые окружили бактерии Staph слоем других обычных бактерий, Pseudomonas aeruginosa. Последние – это патогенные микроорганизмы, которых можно часто найти на медицинском оборудовании.
Исследователи подвергли эти сферы с бактериями воздействию антибиотика ампициллина. Обнаружилось, что 80 процентов бактерий Staph выжили, будучи окруженными микроорганизмами Pseudomonas. В сравнении, лишь 40 процентов Staph выстояли после антибиотика в окружении пустых оболочек. Защита, очевидно, вызвана способностью Pseudomonas производить вещества, защищающие бактерий.
В отличие от генетической устойчивости к препаратам, которую приобретают бактерии при чрезмерном приеме антибиотиков, такая общинная устойчивость зависит от структуры колонии. Если защитная стена из Pseudomonas исчезает, то бактерии Staph опять становятся уязвимыми действию антибиотиков.
Оборудование, используемое для создания колоний бактерий желаемой формы, достаточно дорогое, говорит Джейсон Шир, но ученые работают над поиском альтернатив, таких как более дешевые лазеры.
«Как и в случае с коммерческой трехмерной печатью, думаю, существует большая вероятность того, что стоимость оборудования значительно снизится», - уверен ученый.

Источник: Livescience

Комментарии: