TEM -detektion av E. coli i ultrafina skivor och elementanalys. (A) I kontrollgruppen, cellmembranen är distinkta och cytoplasman är kompakt. Det fanns inga mycket täta partiklar i dessa celler. (B och C) Cellmembranen hos bakterier som behandlades med olika koncentrationer av bulk aluminiumoxid (B, 5 mmol/L; C, 50 mmol/L) är urskiljbara, och cytoplasman är kompakt. Det finns inga mycket täta partiklar i dessa celler. (D och E) Cellmembranen hos bakterier som behandlades med olika koncentrationer av nanoalumina (D, 5 mmol/L; E, 50 mmol/L) skadades, och omfattningen av skador ökade med ökande koncentration av nanoalumina. Det fanns också många mycket täta partiklar i cellerna (indikerade med pilar), och antalet mycket täta partiklar ökade med ökande koncentration av nanoalumina. (Skalstänger, 100 nm.) (F) Sammansättningen av kemiska grundämnen i bakterierna från D. Elementärt aluminium (från nanoalumina) gav de högsta siffrorna; elementärt koppar härstammar från kopparnätet, medan bly, arsenik, och andra element kom från färgämne eller bakterier. Bild Copyright © PNAS, doi:10.1073/pnas.1107254109
(PhysOrg.com) - Vapenloppet mellan effektiv antibiotikaprofylax och närbesläktade stammar eller bakteriearter eskalerar ständigt. Bakterier kan snabbt utveckla genetisk resistens mot en rad antibiotikabehandlingar - gener som kan spridas dock horisontell konjugativ överföring på grund av antibiotika som används i medicin och djurfoder, samt ökad närvaro i miljön (t.ex. vattenförsörjning och avloppsvatten). Dessutom, detta mönster kan nå globala nivåer i uppkomsten av så kallade superbugs som kan vara extremt svåra att behandla. Nyligen, forskare vid Key Laboratory of Risk Assessment and Control for Environment and Food Safety, vid Institute of Health and Environmental Medicine i Tianjin, Kina undersökte nanomaterials roll i konjugativ genöverföring mellan bakterier. Dessutom, de studerade mekanismerna associerade med relaterad morfologisk, biokemisk, och molekylära biologiska förändringar. De fann att nanoalumina (en form av aluminium) i vatten främjar sådan överföring av multiresistenta gener. De drog slutsatsen att deras resultat är viktiga för att bedöma miljörisken för nanomaterial vid tillverkning och distribution.
Jun-Wen Li, Zhigang Qiu, och andra forskare berättade PhysOrg att de främsta utmaningarna för att bestämma nanoaluminas roll för att främja överföringen av multiresistensgener hade att göra med konstruktionen av deras överföringsmodell för multiresistensgener-specifikt, bestämma hur man ska utesluta effekterna av alla variabler utom materialets nanostruktur och hur man utvärderar de viktigaste aspekterna av konjugerande överföring. ”Vi designade en ortogonal experimentell design för att utvärdera huvudfaktorerna för den konjugerande överföringen, och detta protokoll minskade antalet experiment vi behövde utföra. ” säger Qiu. Ortogonal design möjliggör tillförlitlig utvärdering av flera variabler i ett enda experiment.
”Vi konstruerade resistensgener -överföringsmodellen med hjälp av resistensplasmid med konjugativa överföringsfunktioner, " han fortsätter, "Och förvärvade många receptorer som innehöll specifik antibiotikaresistens genom mutationsinduktion." För att utesluta effekterna av andra faktorer utom materialens nanostruktur, de ställde in ett antal kontrollexperiment.
Ytterligare innovationer är möjliga, Tillägger Li. "Det är möjligt att kvantitativt analysera transkonjugerande förekomst med avseende på tid med hjälp av kinetik, inklusive massaktionsformer. Detta skulle ge samtidig behandling av dessa processer i en mer strikt datatolkning. Dessutom, noterar Qiu, det finns två aspekter i vårt teams nästa forskningssteg. "För det första, vi ska undersöka effekten av fler nanomaterial, inklusive olika typer, kristalltyper och storlekar, om konjugerande överföring av resistensgen för att förbättra data om nanomaterials inverkan på genöverföring. För det andra, " han fortsätter, "Vi kommer att genomföra experimenten för att utvärdera effekterna av nanomaterial på den nakna plasmidöverföringen till levande celler genom överföring och transduktion." (Överföring och transduktion är de andra två vägarna för plasmidförmedlad genöverföring.) Slutligen, de håller med om att det går att övergå till in silico modellering.
När det gäller hur deras resultat kan påverka utvecklingen av medicinsk, hälso- och miljöteknik och metoder, Li och Qiu påpekar att ”Trots att nanoteknik ofta beskrivs som en framtida teknik, få inser att nanomaterial faktiskt redan används i en mängd olika konsumentprodukter - och många nya nanoteknologier och nanomaterial undersöks för att kunna tillämpas på medicin, hälsovård och miljö. Många människor har oroat sig för exponering av nanomaterial, och vårt arbete är bara en liten del i allt arbete med att utvärdera effekten av nanopartiklar. ” Dock, de betonar att deras resultat är direkt relaterade till medicinsk, hälso- och miljöfaktorer.
"Till exempel, ”Illustrerar de, ”Många nya material undersöktes för att användas som läkemedelsbärare. Vi måste utvärdera effekterna av dessa nanomaterial på de antibiotikaresistenta bakterierna i vår kropp innan den praktiska tillämpningen av dessa nanomaterial. Också, ”Fortsätter de, ”Nanomaterialen som används som antiseptiska eller antibakteriella medel inom vården, och som adsorbenter och oxidanter inom miljöteknik och metoder, måste utvärderas helt. Vi tror att våra resultat dramatiskt förbättrar utvecklingen av medicinska, hälso- och miljöteknik och metoder, och göra nanomaterialapplikationer säkrare. ”
Längre bort, Qiu och Li drar slutsatsen att viktig teknik och applikationer för att överföra exogena gener till celler, which have been widely used in the field of molecular biology – such as conjugative transfer, transmission, transduction and transfection – might benefit from their findings. “Nanomaterials might promote those processes and enhance transfer efficiency of exogenous genes.”
Copyright 2012 PhysOrg.com.
Alla rättigheter förbehållna. Detta material får inte publiceras, utsända, omskrivet eller omfördelat helt eller delvis utan uttryckligt skriftligt tillstånd från PhysOrg.com.
