近年來，對(duì)抗生素的細(xì)菌耐藥性引起了令人震驚的頭條新聞，通常處方治療的前景已經(jīng)過時(shí)，引發(fā)了醫(yī)療機(jī)構(gòu)的警鐘。
迫切需要更有效的替代測(cè)試方法，沖繩科學(xué)技術(shù)研究生院(OIST)的團(tuán)隊(duì)剛剛找到了一個(gè)。
在他們發(fā)表在ACS傳感器上的論文中，科學(xué)家們研究了一種稱為生物膜的微生物結(jié)構(gòu) - 細(xì)菌細(xì)胞一起形成粘性基質(zhì)。
這些對(duì)細(xì)菌有利，甚至對(duì)常規(guī)抗生素具有抗性。有了這些特性，生物膜在污染環(huán)境和工業(yè)時(shí)會(huì)有危險(xiǎn); 從污染食品到堵塞污水處理管道，應(yīng)有盡有。如果生物膜進(jìn)入醫(yī)療設(shè)施，它們也會(huì)變得致命。
了解生物膜是如何形成的，是尋找打敗它們的方法的關(guān)鍵，本研究匯集了來自生物技術(shù)，納米工程和軟件編程背景的OIST科學(xué)家來解決它。
該團(tuán)隊(duì)專注于生物膜組裝動(dòng)力學(xué) - 允許細(xì)菌產(chǎn)生其連鎖基質(zhì)結(jié)構(gòu)的生化反應(yīng)。收集有關(guān)這些反應(yīng)如何發(fā)揮作用的情報(bào)可以說明可以使用哪些藥物和化學(xué)品來抵消這些反應(yīng)。
團(tuán)隊(duì)沒有任何工具可以讓他們以他們清楚了解生物膜所需的頻率來監(jiān)測(cè)生物膜的增長(zhǎng)。因此，他們將現(xiàn)有工具修改為自己的設(shè)計(jì)。
Nikhil Bhalla博士在OIST的Micro / Bio / Nanofluidics部門工作，由Amy Shen教授帶領(lǐng)納米尺度找到了一個(gè)解決方案：“我們創(chuàng)造了一些微小結(jié)構(gòu)的小芯片，用于大腸桿菌的生長(zhǎng)，”他說。“它們覆蓋著蘑菇狀的納米結(jié)構(gòu)，帶有二氧化硅和金頂蓋。”
現(xiàn)在團(tuán)隊(duì)所要做的就是找到一些可以使用的細(xì)菌。接觸到OIST的結(jié)構(gòu)細(xì)胞生物學(xué)部門，該團(tuán)隊(duì)得到了BillSöderström博士的幫助，他為納米芯片芯片表面提供了大腸桿菌庫存供該團(tuán)隊(duì)研究。
當(dāng)這些納米掃描室受到目標(biāo)光束的影響時(shí)，它們通過局部表面等離子體共振(LSPR)吸收它。通過測(cè)量進(jìn)入和離開芯片的光波長(zhǎng)之間的差異，科學(xué)家們可以觀察蘑菇結(jié)構(gòu)周圍生長(zhǎng)的細(xì)菌，而不會(huì)干擾他們的測(cè)試對(duì)象并影響他們的結(jié)果。
“這是我們第一次使用這種傳感技術(shù)來研究細(xì)菌細(xì)胞，”該團(tuán)隊(duì)常駐生物技術(shù)專家Riccardo Funari博士說，“但我們發(fā)現(xiàn)的問題是我們無法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)它。”
從LSPR設(shè)置中獲取恒定的數(shù)據(jù)流是可能的，但需要一套全新的軟件才能使其正常運(yùn)行。幸運(yùn)的是，研究技術(shù)人員Kang-Yu Chu出席了他的編程專業(yè)知識(shí)。
“我們制作了一個(gè)基于現(xiàn)有軟件的即時(shí)分析自動(dòng)測(cè)量程序，讓我們只需點(diǎn)擊一下即可處理數(shù)據(jù)。它大大減少了所涉及的手工工作，讓我們糾正實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的任何問題，”康宇說。 。
現(xiàn)在，這三個(gè)學(xué)科已經(jīng)結(jié)合在一起，成為可以在幾乎任何實(shí)驗(yàn)室中使用的臺(tái)式工具，并且計(jì)劃將該技術(shù)小型化為可用于大量生物傳感應(yīng)用的便攜式設(shè)備。
“有關(guān)臨床相關(guān)微生物的研究正在接下來，”Funari博士說，“我們對(duì)這些應(yīng)用感到非常興奮。這可能是一種很好的工具，可用于測(cè)試未來各種細(xì)菌的藥物。” 至少現(xiàn)在，人類在細(xì)菌戰(zhàn)中處于領(lǐng)先地位。
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