Этот трехмерный череп шимпанзе был написан с той же основной технологией, которую на данный момент употребляют в лаборатории Шира для печати бактериальных клеток. Фото: Джейсон Шир

Замыкая бактерии в микроскопичных домиках, ученые Техасского института в Остине изучают, как болезнетворные бактерии, такие как отысканные в кишечном тракте и легких человека, ведут взаимодействие и развивают инфекции.

В недавнешнем опыте они показали, как колония золотистого стафилококка, способная вызвать некие виды кожной инфекции, стала более устойчивой к лекарствам, когда она находилась снутри огромного общества синегнойной палочки, бактерии, вызывающей разные заболевания, в том числе муковисцидоз. Работу на этой неделе выпустили в Трудах Государственной академии.

Исследователи употребляют новейшую технологию 3D печати, чтоб выстроить дома для микробов на микроскопичном уровне. Их способ предполагает внедрение лазера для построения белковых «клеток» вокруг микробов в желатине. Приобретенные структуры могут иметь фактически всякую форму либо размер и могут быть перемещены по отношению к другим структурам, содержащим бактериальные микросообщества.

Способ должен позволить проводить полностью новый класс тестов при критериях, более соответственных тем, с которыми бактерии сталкиваются в реальных био средах, таких как человеческое тело.

«Это позволяет нам практически найти каждую переменную», – гласит Джоди Коннел, постдокторский исследователь в институте естественных наук.

«Мы можем найти пространственные особенности в масштабах, соответственных тем, что ощущает и чувствует одна амеба. Мы также можем еще поточнее имитировать виды сложных бактериальных экологий, которые есть в реальных инфекциях, когда в их находится не один вид, а ведет взаимодействие сходу несколько разных видов бактерий».

В базе данного способа лежит желатиновый реагент, который имеет несколько главных особенностей. Бактерии могут в нем комфортно жить и плодиться. В тепле этот раствор становится водянистым, но при комнатной температуре он становится желеподобным. Находящиеся в нем светочувствительные молекулы принуждают желатиновые молекулы вступать в реакцию и соединяться вместе под воздействием света.

Бактерии помещают в раствор. Когда он охлаждается, бактерии застывают на месте. Коннел и ее коллеги, включая Джейсона Шира, доктора химии, и Марвина Вайтели, доктора молекулярных био наук, определяют, какие бактерии они желают поместить в клеточку и в какой форме. Потом они зажигают лазер, используя чип, переделанный из кинопроектора, чтоб спроецировать двумерное изображение в желатин. Всюду, где оно фокусируется, формируются твердые матрицы.

«Затем мы делаем очередной слой, и 2-ой, и так далее», – гласит Шир. «Все до боли просто. Мы практически делаем фото и укладываем их в 3D структуры, но весь процесс кропотливо контролируется. Задумайтесь о толщине волоска на вашей руке, возьмите от этого 1%, а потом еще четверть от этого. Это и будет примерный размер лазера».

После того, как структура завершена, микробам можно ввести питательные вещества и позволить воспроизводиться в ограниченном пространстве до контролируемой плотности. Ученые могут взять другие микросообщества в клеточках и расположить их довольно близко друг от друга, чтоб колонии вели взаимодействие вместе. Можно даже смыть избытки желатина, приостановить рост микробов и сохранить их для предстоящей транспортировки в лаборатории, расположенные в других частях мира.

«Главным будет то, что эти структуры можно не только лишь держать под контролем исходя из убеждений их формы, они также очень био-доброжелательные», — гласит Шир. «Стены, которые мы делаем из этих белковых молекул, связаны вместе довольно плотно, чтоб не позволить микробам освободиться, но они довольн
о пористые, чтоб вступать в хим взаимодействия. Питательные вещества могут проходить. Отходы могут выходить наружу. Может осуществляться обмен сигналами. Они заключены в этих малеханьких домиках, но работают, как обычно в био среде».

Шир заявил, что новенькая техника должна позволить проводить им широкий диапазон тестов. Рост можно остановить на любом шаге, чтоб сделать анализ выраженности генов микробов, поглядеть какие гены врубаются/выключаются в ответ на изменение критерий. Разные виды микробов можно вынудить вести взаимодействие в разных конфигурациях, при разных плотностях, в разных временных рамках. Бактерии, такие как стафилококк и синегнойная амеба, можно организовать в виде «ядро-оболочка», с ядром в виде стафилококка, окруженного оболочкой синегнойных микробов, чтоб поглядеть, что происходит, когда они сразу сталкиваются с ненужными для их антибиотиками.

«Это вправду самые всераспространенные бактерии, которые нередко встречаются совместно в инфекциях, потому, естественно, они владеют определенными механизмами для чувства друг друга», – гласит Шир. «Эта разработка позволяет нам вынудить их вести взаимодействие, и поглядеть, что произойдет. В данном случае стафилококк ощутил синегнойную бактерию, одним из последствий стало то, что он стал более устойчивым к антибиотикам».

Посреди длительных целей: использовать информацию, полученную в процессе этих тестов, чтоб более отлично биться с человечьими инфекциями.

«Подумайте о поликлинике, это не самое наилучшее место, где реально избежать столкновения с инфекциями», – гласит Шир. «Существуют исследования, которые, похоже, свидетельствуют, что инфекции передаются через очень мелкие микроколонии микробов, которые, вероятнее всего, передаются через инструменты, оборудование и персонал из одной части поликлиники в другую. На этот момент мы не достаточно знаем, о том, как это происходит. Сколько на это уходит клеток? Становятся ли подобные микросообщества небезопасными либо устойчивыми к лекарствам конкретно поэтому, что они мелкие, а потом, в свою очередь, изменяют функции микробов, нашей кожи либо тела? Сейчас мы желаем разглядеть все эти вопросы шире».

The post Ученые делают 3D печатные микроскопичные «зоопарки» для бактериальных колоний first appeared on 3Д БУМ.