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

"Bagdad. Miasto pokoju, miasto krwi" - różne oblicza irackiego miasta "Bagdad. Miasto pokoju, miasto krwi" - różne oblicza irackiego miasta

Intelektualny i naukowy motor świata, a przy tym miasto, które imponowało przepięknymi i mądrze zorganizowanymi rozwiązaniami architektonicznymi... Opinię godną starożytnej Aleksandrii czy mitycznej Atlantydy miał ponad tysiąc lat temu Bagdad, dziś kojarzony z chaosem i zamachami.

Więcej

Myśl na dziś

Nauka w szkołach powinna być prowadzona w taki sposób, aby uczniowie uważali ją za cenny dar, a nie za ciężki obowiązek
Albert Einstein

Nasz blog

Rektorzy, naukowcy! Doceńcie rolę popularyzacji! Rektorzy, naukowcy! Doceńcie rolę popularyzacji!

Rola komunikacji naukowej na polskich uczelniach wciąż nie jest dostatecznie doceniona. Ani przez naukowców, ani przez władze uczelni. Zdawałoby się, że prezentowanie osiągnięć naukowców to zadanie biur prasowych. Te jednak często mają ustalone zupełnie inne priorytety.

Więcej

Tagi

-->