En avsökande elektronmikroskopi av bakterien Escherichia coli. Många bakterier, inklusive E. coli, "prata" med varandra genom att utsöndra och uppfatta små molekyler, en process som kallas kvorumavkänning. Flagella och tillägg som sträcker sig ut från cellväggarna kan produceras som svar på denna signalering. Närmaste grannar kontrollerar gruppens beteende. Att störa denna intercellulära kommunikation kan visa sig vara ett nytt sätt att bekämpa infektion eller sjukdom.
(PhysOrg.com) - Ny forskning vid A. James Clark School of Engineering kan förhindra bakteriella infektioner med små biokemiska maskiner - nanofaktorer - som kan förvirra bakterier och hindra dem från att sprida sig, utan användning av antibiotika.
Ett papper om forskningen finns i det aktuella numret av Naturnanoteknik . "Konstruerade biologiska nanofaktorer utlöser kvorumavkänningssvar hos riktade bakterier, "författades av Clark School -alumnen Rohan Fernandes (Ph.D. '08, bioingenjör), doktorand Varnika Roy (molekylär och cellbiologi), doktorand Hsuan-Chen Wu (bioingenjör), och deras rådgivare, William Bentley (professor och ordförande, Fischell Department of Bioengineering).
Gruppens arbete är en uppdatering av deras ursprungliga nanofabriker, utvecklades först 2007. Dessa nanofabriker använde små magnetiska bitar för att leda dem till infektionsstället.
"Detta är en helt ny, all-biologisk version, "säger han." De nya nanofabrikerna är självstyrda och riktade. Vi har för första gången visat att de kan hitta en specifik typ av bakterier och få den att kommunicera, en mycket finare nivå av automatisering och kontroll. "
De nya nanofabrikerna kan se skillnaden mellan dåliga (patogena) och bra bakterier. Till exempel, våra matsmältningskanaler innehåller en viss mängd bra bakterier som hjälper oss att smälta mat. De nya nanofabrikerna kan rikta in sig bara på de dåliga bakterierna, utan att störa nivåerna av goda bakterier i matsmältningskanalen (en vanlig bieffekt av många antibiotika). Nanofabriker riktar sig direkt mot bakterierna snarare än att resa genom kroppen, en annan fördel jämfört med traditionella antibiotika.
Bakterieceller talar med varandra i en form av cell-till-cell-kommunikation som kallas kvorumavkänning. När cellerna känner att de har nått en viss mängd, en infektion kan utlösas. De biologiska nanofabrikerna som utvecklats vid Clark -skolan kan avbryta denna kommunikation, störa cellernas handlingar och stänga av en infektion.
Alternativt, nanofabrikerna kan lura bakterierna att känna ett kvorum för tidigt. Om du gör det kan bakterierna försöka bilda en infektion innan det finns tillräckligt med bakterieceller för att göra skada. Detta skulle leda till ett naturligt immunförsvar som kan stoppa dem utan användning av droger.
Eftersom nanofabriker är utformade för att påverka kommunikationen istället för att försöka döda bakterierna, de kan hjälpa till att behandla sjukdomar i de fall en bakteriestam har blivit resistent mot antibiotika.
"Arbetet av Dr Bentley är extremt spännande eftersom han använder teknikens förmåga att" bygga "med hjälp av naturbaserade komponenter, "säger Philip Leduc, docent vid institutionerna för mekanisk och biomedicinsk teknik och Lane Center for Computational Biology and Biological Sciences vid Carnegie Mellon University. "Att förstå cellvetenskapen är underbart, men att sedan använda dessa komponenter och konstruera system som utnyttjar biologiska fördelar är ett stort steg framåt. Hans arbete i detta dokument använder hans syntetiska biologiska tillvägagångssätt för att bygga nya nanofabriker mot nya områden av antimikrobiella medel samt öppna nya fynd inom kvorumavkänning. "
Nanofabrikernas förmåga att ändra cell-till-cell-kommunikation är inte begränsad till att bekämpa infektioner.
"Kvorumavkännande och signalmolekyler används faktiskt för att åstadkomma många saker, "Bentley förklarar." Ibland utvecklas sjukdomar eftersom kommunikation inte äger rum - ett bra exempel är matsmältningsstörningar som innebär en obalans mellan bakterier i matsmältningskanalen. Isåfall, nanofabriker kan användas för att starta eller öka kommunikationen istället för att störa den. "
