Лазерный мир

Исследователи из Университета ИТМО разработали наноконтейнеры, способные менять метаболизм бактерий по световому сигналу. Контейнеры состоят из наночастиц диоксида титана, покрытых серебром и полимерами. При нагреве частиц из-за облучения лазером конформация полимеров меняется, и контейнер открывается, выпуская содержимое. Для проверки работоспособности системы ученые загрузили в контейнеры модельный фермент – арабинозу. Однако его можно заменить другими активными веществами, чтобы использовать контейнеры для доставки лекарственных препаратов. Работа опубликована в Bioconjugate Chemistry.

Бактерии. Источник: shutterstock.com

Проблема резистентности бактерий к антибиотикам становится все более актуальной, поэтому ученые разрабатывают альтернативные способы воздействия на метаболизм микроорганизмов. Например, сейчас исследователи активно ищут способы управлять бактериями с помощью физического воздействия, в частности – света. Для этого в лаборатории SCAMT Университета ИТМО предлагают использовать специальные светочувствительные наноконтейнеры.

В основе таких наноконтейнеров пористая структура из диоксида титана с частицами серебра на поверхности. В поры этой структуры вводится активный агент, в данном случае это была L-арабиноза – фермент, вызывающий свечение у специально подобранного штамма бактерий. Затем структуру покрывают оболочкой из полиэлектролитов, которые «запечатывают» поры, не давая арабинозе самопроизвольно перейти в раствор.

Когда контейнеры помещаются в бактериальную среду, их облучают инфракрасным лазером, безопасным для бактерий.

Лазер нагревает частицы серебра, и полиэлектролиты меняют свою конформацию, открывая поры. Арабиноза из контейнера попадает в бактериальную среду и вызывает свечение бактерий.

Наноконтейнеры запускают свечение бактерий в ультрафиолетовом свете

«Мы использовали специальный штамм бактерий, которые продуцируют зеленый флуоресцентный белок. Мы можем легко “поймать” этот сигнал и понять, сработала ли система: открылись ли контейнеры, когда мы облучили их лазером. Таким образом мы можем научиться “разговаривать” с бактериями, управлять их метаболизмом и заставлять развиваться в другом русле. И все это с помощью света», – комментирует Анна Никитина, первый автор статьи, сотрудник лаборатории SCAMT Университета ИТМО.

По словам ученых, полученные контейнеры можно применять для замедленной доставки препаратов. В ближайших планах исследователей опробовать созданную систему на твердых бактериальных средах, а также использовать новые штаммы бактерий. Например, таких, чье излучение способно стерилизовать среду изнутри.

«Эта работа важна тем, что мы показали общий принцип работы системы. Она стала ступенькой, которая приблизила нас к понимаю жизненных процессов. В будущем это поможет нам лучше понять живую систему и самим создавать системы со специфическим метаболизмом, а в перспективе и “искусственную” клетку», – отметила Светлана Уласевич, сотрудник лаборатории SCAMT. Ссылка: Nanostructured Layer-by-Layer Polyelectrolyte Containers to Switch Biofilm Fluorescence. Anna Nikitina et al. Bioconjugate Chemistry, 16 October, 2018.

Анастасия Комарова

Источник: http://news.ifmo.ru/ru/science/new_materials/news/8031/