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.
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. Работа опубликована в Bioconjugate Chemistry.
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.
«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» , – 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» , – Светлана Уласевич, сотрудник лаборатории SCAMT.
Фото и текст: Центр научной коммуникации ИТМО