Strona główna Aktualności
Przyroda

Monitoring życia bakterii w mikrokroplach

14.01.2017 Przyroda

W Instytucie Chemii Fizycznej PAN w Warszawie zademonstrowano metodę szybkiej i precyzyjnej oceny zużycia tlenu przez drobnoustroje w mikrokroplach. Źródło: IChF PAN, Grzegorz Krzyżewski

Testowanie nowych leków na bakteriach w przyszłości będzie można przeprowadzać wydajniej, za pomocą układów mikroprzepływowych, z poruszającymi się w nich mikrokroplami. Każda z nich może służyć jako osobny inkubator. W IChF PAN opracowano metodę niezbędnej do tego oceny warunków tlenowych w każdej z kropelek.

"Nie rzędy wielkich zbiorników przemysłowych, nie półki zastawione probówkami i zlewkami. Przyszłość chemii i biologii jest dla oka ledwie widoczna: to setki i tysiące mikrokropel, sunących cieniutkimi kanalikami układów mikroprzepływowych. Na świecie trwa wyścig ku technologiom pozwalającym prowadzić w mikrokroplach kontrolowane doświadczenia chemiczne i biologiczne" - informuje Instytut Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk (IChF PAN).

 

Właśnie w tej warszawskiej instytucji po raz pierwszy zademonstrowano metodę zdalnej, a jednocześnie szybkiej i precyzyjnej oceny zużycia tlenu przez drobnoustroje żyjące w poszczególnych mikrokroplach.

 

"Układy do hodowania bakterii w mikrokroplach mają szansę zrewolucjonizować prace nad nowymi antybiotykami czy badania nad mechanizmami odpowiedzialnymi za nabywanie lekooporności przez bakterie. W jednym, małym układzie mikroprzepływowym można bowiem zmieścić kilkaset, a nawet kilka tysięcy mikrokropel – i w każdej realizować inny eksperyment, np. z różnymi gatunkami drobnoustrojów i przy różnych stężeniach antybiotyku w każdej kropli" - opisuje prof. Piotr Garstecki z IChF PAN.

 

"Żeby takie badania były możliwe, bakteriom trzeba zapewnić warunki do rozwoju nawet przez kilka tygodni. Niezwykle ważna staje się więc wiedza o przepływie tlenu do kropel i tempie jego konsumpcji przez mikroorganizmy. W naszym najnowszym układzie demonstrujemy sposób na odczytywanie tej kluczowej informacji" - wyjaśnia prof. Garstecki.

 

Bioreaktory przyszłości to wodne kropelki z pożywką, unoszone w niemieszającej się z nimi cieczy nośnej, którą zwykle jest olej. W kanaliku układu mikroprzepływowego każda kropelka jest dłuższa niż szersza, i niemal całkowicie wypełnia jego światło. Tak dobrane rozmiary gwarantują, że krople nie zamienią się w kanale miejscami i przez cały czas trwania eksperymentu można je będzie bez problemów identyfikować.

 

Jednocześnie między każdą mikrokroplą a ściankami kanału trzeba cały czas zapewnić obecność cienkiej warstwy oleju. Bez niej bakterie miałyby bezpośredni kontakt ze ściankami kanału, mogłyby się na nich osadzać i przenosić z kropli do kropli. Niestety, gdy mikrokropla jest nieruchoma, z czasem wypycha olej odgradzający ją od ścianek, co grozi ich kontaminacją. To dlatego krople muszą być utrzymywane w ciągłym ruchu – nawet tygodniami.

 

Jak informuje IChF PAN, zwijające się bakterie potrzebują pożywki, a z ich otoczenia należy w odpowiednim tempie usuwać produkty przemiany materii. Informacja o przebiegu konsumpcji tlenu przez bakterie w poszczególnych kroplach ma więc kluczowe znaczenie dla działania mikrobioreaktorów.

 

"W każdej z kilkuset znajdujących się w ruchu kropelek trzeba przeprowadzać pomiary z częstotliwością odpowiadającą częstotliwości podziałów bakterii lub większą, w praktyce przynajmniej raz na kwadrans. Dodatkowo pomiar nie może się wiązać z ingerencją w mikrokrople” - mówi doktorant Michał Horka z IChF PAN - jeden ze współautorów publikacji w czasopiśmie „Analytical Chemistry”.

 

Z pomocą warszawskim naukowcom pospieszyli chemicy z austriackiego Institute of Analytical Chemistry and Food Chemistry przy Graz University of Technology. Dostarczyli oni polimerowe nanocząstki z fosforyzującym barwnikiem, po pobudzeniu do świecenia emitujące światło tym dłużej, im większe jest stężenie tlenu w otaczającym je roztworze. Nanocząstki te poddano w IChF PAN testom na bakteriach w celu ustalenia ich ewentualnej toksyczności. Tej jednak nie stwierdzono. Później rozpoczęły się już właściwe badania nad monitorowaniem zużycia tlenu w mikrokroplach.

 

Rozpoczynano od przygotowania roztworu wodnego z bakteriami, pożywką i odpowiednią ilością nanocząstek. Mieszaninę wstrzykiwano do układu mikroprzepływowego zbudowanego z wężyków połączonych za pomocą teflonowych kostek z odpowiednio ukształtowanymi kanalikami. Pierwsza kostka formowała krople o objętości ok. 4 mikrolitrów, które kierowano do nawiniętego na szpulę wężyka inkubacyjnego. W połowie jego długości umieszczono drugą kostkę, z detektorami do pomiaru tlenu i absorbancji.

 

Badacze z IChF PAN wykazali, że skonstruowany przez nich układ mikroprzepływowy pozwala regularnie i szybko monitorować aktywność metaboliczną bakterii w poszczególnych mikrokroplach.

 

"Nasze testy przeprowadziliśmy zarówno z bakteriami pływającymi w wodzie pojedynczo – tak zachowują się popularne bakterie Escherichia coli – jak i z mającymi tendencję do zlepiania się w grudki – jak to jest w przypadku prątków gruźlicy czy należących do tej samej rodziny, a badanych przez nas Mycobacterium smegmatis. Ocena tempa konsumpcji tlenu przez oba gatunki drobnoustrojów okazała się nie tylko możliwa, ale i wiarygodna” - podkreśla doktorant IChF PAN Artur Ruszczak.

 

Wyniki badań, finansowanych z europejskich grantów ERC Starting Grant (strona polska) i Marii Skłodowskiej-Curie (strona austriacka), to ważny etap w procesie budowy w pełni funkcjonalnych układów mikroprzepływowych do prowadzenia wielotygodniowych eksperymentów biologicznych.

 

PAP - Nauka w Polsce

 

 

ekr/ zan/

Fragment układu mikroprzepływowego zbudowanego z wężyków i kostek teflonowych. Źródło: IChF PAN, Grzegorz Krzyżewski

Potencjalnie każda mikrokropla płynąca kanalikami układu mikroprzepływowego może pracować jako odrębny bioreaktor. Źródło: IChF PAN, Grzegorz Krzyżewski

Podziel się
Ocena: 0 głosów

Logowanie



Nie pamiętam hasła

Rejestracja

Komentarze: 1
Skomentuj Zobacz wszystkie   Dyskutuj na forum

Uwaga Redakcje!

Wszelkie materiały PAP (w szczególności depesze, zdjęcia, grafiki, pliki video) zamieszczone w serwisie "Nauka w Polsce" chronione są przepisami ustawy z dnia 4 lutego 1994 r. o prawie autorskim i prawach pokrewnych oraz ustawy z dnia 27 lipca 2001 r. o ochronie baz danych.

 

PAP S.A. zezwala na bezpłatny przedruk artykułów z Serwisu Nauka w Polsce pod warunkiem mailowego poinformowania nas raz w miesiącu o fakcie korzystania z serwisu oraz podania źródła artykułu. W portalach i serwisach internetowych prosimy o zamieszczenie podlinkowanego adresu: Źródło: www.naukawpolsce.pap.pl a w czasopismach adnotacji: Źródło: Serwis Nauka w Polsce - www.naukawpolsce.pap.pl. W przypadku portali społecznościowych prosimy o umieszczenie jedynie tytułu i leadu naszej depeszy z linkiem prowadzącym do treści artykułu na naszej stronie, podobnie jak to jest na naszym profilu facebookowym. 

 

Powyższe zezwolenie nie dotyczy: informacji z kategorii "Świat" oraz wszelkich fotografii i materiałów video.

 

Informacje tekstowe z kategorii "Świat" można pozyskać odpłatnie abonując Serwis Nauka i Zdrowie PAP. Serwis ten zawiera ponadto wiele innych najnowszych doniesień naukowych z zagranicy oraz materiałów dotyczących szeroko rozumianej problematyki zdrowotnej. 

 

Informacje na temat warunków umowy można uzyskać w Dziale Sprzedaży i Obsługi Klienta PAP, tel.: (+48 22) 509 22 25, e-mail:  pap@pap.pl

 

Informacje o przedruku artykułów z Serwisu Nauka w Polsce, prośby o patronaty medialne, informacje o prowadzonych badaniach, organizowanych konferencjach itd., prosimy przesyłać na adres: naukawpolsce@pap.pl

 

 

Najpopularniejsze materiały

więcej

Książka

Klasyka fizyki dla smyka i laika Klasyka fizyki dla smyka i laika

"Pan Tompkins" to książki, na których wychowały się już zastępy fizyków. Obecnie z jego przygodami mogą się zapoznać kolejne pokolenia. I choć autor - George Gamow - nie żyje od pół wieku, książka została uzupełniona o nowe wątki i tematy, podejmowane w fizyce w ostatnich latach.

Więcej

Myśl na dziś

Dobrze zrozumiana nauka chroni człowieka przed pychą, gdyż ukazuje mu jego granice.
Albert Schweitzer

Nasz blog

Przełamując efekt Matyldy Przełamując efekt Matyldy

Maria Skłodowska-Curie czy Katherine G. Johnson to kobiety nauki, które odniosły sukces, przełamały społeczną nieufność, zdobyły zasłużone laury, a ostatnio "upomniało się" o nie kino. Jednak tych, których wybitne dokonania naukowe długo pozostawały w cieniu i wciąż są mało znane jest wiele. Cecilia Payne-Gaposchkin, Jocelyn Bell Burnell czy Trottula, to tylko niektóre z nich.

Więcej

Tagi

-->