211service.com
Tryskání biofilmů viry
Když se bakterie spojí do lepkavých komunit odolných vůči lékům zvaných biofilmy, je téměř nemožné je vymýtit konvenčními antibiotiky. Biofilmy, které se běžně vyskytují na lékařských zařízeních, jako jsou katétry, mohou způsobit zánět dásní a chronické ušní infekce. Mohou také způsobit ekologické a průmyslové problémy a ucpat vodovodní potrubí.
Trhací biofilmy: Speciálně upravené viry (zobrazené výše jako šestiúhelníky) rozbíjejí bakteriální komunity nazývané biofilmy, které mohou ucpat odtoky a způsobit chronické infekce. Viry produkují enzymy (zobrazené červeně), které rozpouštějí sacharidy, které váží bakterie dohromady. Viry také infikují bakteriální buňky (zobrazené jako ovály), což způsobí, že prasknou a zemřou.
Biomedicínští inženýři Bostonské univerzity navrhli nový, vysoce účinný prostředek k rozptýlení a zabíjení bakterií žijících v biofilmech. Pod vedením syntetického biologa James Collins Tým vytvořil viry, které napadají biofilmy na dvou frontách: zabíjením bakterií, které v nich žijí, a rozpouštěním sacharidů, které je drží pohromadě. Pokud se takové viry útočící na bakterie prokážou jako bezpečné pro průmyslové a klinické použití, říká Collins, výzkumníci by mohli vyvinout zásoby různých druhů virů, z nichž každý by byl přizpůsoben k napadení jiného druhu biofilmu.
Collins navrhl virus, který dokáže rozptýlit více než 99 procent virů E-coli v modelovém biofilmu. Helen Blackwell , chemik z University of Wisconsin-Madison, věří, že jde o obrovský úspěch: neviděl jsem nic tak účinného jako tento přístup. Je popsán Collinsův umělý virus online v deníku Proceedings of the National Academy of Sciences .
Bakterie žijící společně v biofilmech jsou tisíckrát odolnější vůči antibiotikům než volně plovoucí bakterie, říká Collins. Jsou chráněny lepivým sacharidovým skeletem zvaným matrice. Matrice blokuje antibiotika a buňky z lidského imunitního systému a dokonce poskytuje bakteriím něco jako primitivní oběhový systém.
V několika případech, včetně některých chronických ušních infekcí u dětí a chronických plicních infekcí u pacientů s cystickou fibrózou, musí být tkáň obsahující biofilm jednoduše vyříznuta. (Viz Biofilmy na vině chronických ušních infekcí.) Velké dávky antibiotik mohou obvykle tyto infekce vymýtit, říká Blackwell. Poznamenává však, že existují určité obavy, že infekce biofilmem odolným vůči lékům jsou stále častější a že se zdá, že použití antibiotik vyvolává tvorbu biofilmu.
Jedna věc, která se mi na [Collinsově] přístupu líbí, je, že je dvojí, říká Philip Stewart , ředitel společnosti Centrum pro biofilmové inženýrství na Montana State University. [Viry] zabíjejí bakterie, ale zaměřují se také na matrici biofilmu.
Collinsův přístup spočívá ve výběru viru, který se již zaměřuje na zájmové bakterie, jako je např E-coli nebo Staphylococcus . Poté zavede do viru gen pro enzym, který rozpouští hlavní sacharidovou složku biofilmové matrice chránící bakterie. Existují viry specializované na infikování všech bakteriálních druhů. Tyto viry se replikují uvnitř bakteriálních buněk, pak je roztrhnou, zabíjejí bakterie a šíří se do dalších bakteriálních buněk. Nepoškozují však živočišné buňky ani jiné bakterie, než na které jsou zaměřeny.
Přirozeně se vyskytující viry mohou napadnout biofilmy. Collins však ukázal, že poskytnutí viru genu pro rozpouštění matrice zvýšilo účinnost viru o 4,5 řádu.
Collinsův proof-of-concept virus je přizpůsoben konkrétnímu typu E-coli biofilmu. Existuje mnoho druhů a kmenů bakterií, říká, a jeden biofilm by mohl podporovat více druhů bakterií a kmenů. V menší míře existuje také určitá rozmanitost ve složkách matrice biofilmu. Collins však říká, že kvůli rostoucí rychlosti a klesající ceně technologií sekvenování a syntézy DNA by nebylo těžké vyvinout virus šitý na míru každému druhu biofilmu.
Zdá se, že Collinsova virová technika překonává některé problémy s chemickými technikami. Blackwell, který navrhuje malé molekuly k narušení bakteriálních signálních drah, které udržují biofilmy, říká, že dodávka chemikálií narušujících biofilm, jako jsou enzymy, byla hlavní překážkou. (Viz profil TR35 Young Innovator společnosti Blackwell.)
Viry, jako jsou ty, které vyvinul Collins, se po desetiletí používají k léčbě infekcí ve východní Evropě a Rusku. Ale žádný nebyl dosud schválen pro klinické použití ve Spojených státech. FDA však schválila jeden virový koktejl pro použití jako potravinářská přísada.
Rizika takových virů nejsou jasná, ale existují určité obavy, že by mohly vyvolat nebezpečnou imunitní reakci. Collins říká, že jedním z důvodů, proč nebyly široce zkoumány z hlediska jejich potenciálu k léčbě infekce, je to, že antibiotika byla dosud dostatečná. Ale se vznikem multirezistentních bakteriálních kmenů v nemocnicích se řada společností snaží o viry, říká.
Viry budou pravděpodobně schváleny pro průmyslové použití, pro které nejsou předpisy tak přísné, než se dostanou na kliniku. Pro průmyslové aplikace, kde je nevkládáte do něčího těla, by tyto viry mohly mít obrovský dopad na kontrolu biofilmu v místech, jako jsou vodovodní potrubí a kanalizace, říká Blackwell.