В будущем эффективный метод обнаружения конкретного вида бактерий будет основанным на бактериофаге биодатчиком. Чувствительность датчиков тока, покрытых бактериофагами, то есть, вирусы, нападая на бактерии, далека от идеала. В журнале Sensors и Actuators B: Химический, исследователи от Института Физической Химии польской Академии наук (ПЕРВЕНСТВО IPC) в Варшаве, Польша, представили методику для создания слоев бактериофагов, который значительно увеличивает эффективность обнаружения. Этот успех, финансируемый польским Национальным Центром Науки в рамках СОНАТЫ и грантов МАЭСТРО, прокладывает путь к производству недорогих биодатчиков, способных к быстро и достоверно обнаружение определенных видов бактерий.
Последнее обнаружение и идентификация бактерий были – и, к сожалению, все еще – причины многих трагедий. Отсутствие надежных и быстрых медицинских тестов, что, даже в эти дни, врачи только узнают после нескольких часов, какая бактериальная разновидность наносит ущерб в теле пациента.
В результате вместо того, чтобы назначить оптимальный антибиотик на ранней стадии болезни, они должны предположить – и часто понимать его превратно с катастрофическими последствиями для пациента.«Внутрибольничные инфекции, которым 100 тысяч пациентов в одних только Соединенных Штатах уступают каждый год, являются просто некоторыми проблемами, являющимися результатом отсутствия хороших методов для обнаружения нежелательных бактерий. Промышленное загрязнение не менее важно.
Никто не хочет продать – намного меньше покупают – например, морковный сок с добавлением опасных бактерий, вызывающих брюшной тиф или сепсис. Однако такие случаи продолжают происходить», говорит доктор Ян Пэкзесни (ПЕРВЕНСТВО IPC).Попытки шли полным ходом в течение некоторого времени, чтобы построить датчики, чтобы обнаружить бактерии, в которых ключевую роль играют бактериофаги.
Единственный фаг, с длиной приблизительно 200 миллимикронов, состоит из головы (капсула вируса), содержащая ДНК или РНК и хвост, через который генетический материал введен в интерьер бактерий. Рот хвоста окружен волоконцами.
Они выполняют очень важную функцию: они – рецепторы, обнаруживающие присутствие бактерий и признающие их разновидности. Бактериофаг не может взять на себя риски: его генетический материал должен достигнуть интерьера только тех бактерий, у которых есть соответственно соответствие генетическому оборудованию. Если фаг должен был сделать ошибку и ввести ее генетический код в неправильные бактерии, то вместо того, чтобы дублировать себя, он будет самоликвидироваться.
Определенная структура бактериофагов означает, что, когда они депонированы на поверхности, они устроены наугад, и большинство из них не может эффективно проникнуть через пространство вокруг них с их рецепторами в поисках бактерий. В результате только несколько бактериофагов в слое обнаружения текущих биодатчиков могут выполнить свою роль, и чувствительность оборудования значительно уменьшена.«Головы фага электрически отрицательно обвинены, тогда как нити, проникающие через среду, положительные. Бактериофаг – поэтому электрически поляризованное предприятие.
Это дало нам идею ‘заказать’ бактериофаги, используя электрическое поле», говорит студент доктора философии Кинга Мэту? (ПЕРВЕНСТВО IPC).Идея была проста, но ее внедрение, оказалось, было совсем не тривиально.
«Есть высокое давление до 50 атм в головах фага. Это – то, что позволяет бактериофагу ввести свой генетический материал.
Это прекрасно, только что это означает, что бактериофаги как высоко соляные растворы, потому что тогда перепад давлений между головой и окружающей средой уменьшен. Такие решения очень проводящие, и поэтому электрическое поле в них присутствует только в тонком слое в поверхности, далее на нем опускается до нуля. И есть проблема. К счастью, нам удалось решить его», объясняет студент доктора философии? ukasz Рихтер (ПЕРВЕНСТВО IPC).
Во время их экспериментов варшавские ученые, во главе с профессором Робертом Холистом, использовали соответственно отобранное постоянное электрическое поле. Бактериофаги были депонированы на тщательно построенном стеклянном основании, покрытом сначала титаном и затем золотом. Титан служил клеем, связывающим золото со стаканом, в то время как золото было главной ‘приманкой’, с которой бактериофаги связали.
К сожалению, не только бактериофаги как золото, бактерии – также. Чтобы предотвратить закрепление случайных бактерий с золотым слоем, пустые места между депонированными бактериофагами были покрыты нейтральным белком (казеин).
Бактериофаги T4, которые нападают на бактерии кишечной палочки, использовались, чтобы построить новый слой обнаружения в ПЕРВЕНСТВЕ IPC. Фаги для исследований были подготовлены командой профессора Марчина? o? от Отдела Биологии, Университета Gda? sk.
«Фактически все бактериофаги в наших слоях обнаружения стоят на поверхности основания, таким образом, они могут легко распространить свои рецепторы. Ситуация несколько подобна тому, что замечено перед рок-концертом, где поклонники часто поднимают руки высоко над головами в унисон и махают ими бодро во всех направлениях. У нас есть впечатление, что наши фаги еще более счастливы, потому что мы пытаемся не разместить их слишком близко друг в друга. В конце концов, рецепторы соседей не должны вмешиваться друг в друга», говорит профессор Холист с улыбкой.
Дотошные лабораторные испытания установили, что слои бактериофага произвели использование метода, разработанного в ловушке ПЕРВЕНСТВА IPC до четырех раз больше бактерий, чем существующие слои. В результате их чувствительность близко к тому из лучших биодатчиков, которые используют другой, более трудоемкий и дорогой, методы для обнаружения бактерий.У метода подготовки слоев заказанных бактериофагов, развитых в Варшаве, есть многочисленные преимущества. Создание внешнего электрического поля, которое необходимо, чтобы привести в порядок бактериофаги, не очень дорогостоящее.
Полевые действия через пространство и поэтому прямой контакт электродов с решением не требуются. Присутствие внешнего электрического поля также означает, что есть значительно меньше физико-химического вмешательства, чем в ситуации, куда ток передан через решение.
В то же время метод быстр и универсален: это может использоваться не только для бактериофагов, но также и для других электрически поляризованных молекул.