Onderzoekers van de ITMO University hebben speciale nanocontainers ontwikkeld die lichtsignalen kunnen vertalen naar metabole veranderingen in bacteriën. De containers bestaan ​​uit titaniumdioxide-nanodeeltjes bedekt met zilver en polymeren. Zodra de deeltjes worden verwarmd met laserbestraling, de polymeerconformatie verandert en de container gaat open, de inhoud vrijgeven. Wetenschappers hebben de prestaties van het nieuwe systeem getest met behulp van een modelagent, arabinose. Echter, het kan worden vervangen door andere actieve stoffen om de containers voor medicijnafgifte te gebruiken. Het onderzoek is gepubliceerd in Bioconjugaatchemie.

Het probleem van bacteriële resistentie tegen antibiotica wordt steeds belangrijker, dus zijn wetenschappers constant op zoek naar alternatieve manieren om het metabolisme van micro-organismen te beïnvloeden. Bijvoorbeeld, onderzoekers proberen nu bacteriën met fysieke middelen te bestrijden, zoals blootstelling aan licht. Leden van het SCAMT-laboratorium van ITMO University stellen voor om speciale lichtgevoelige nanocontainers te gebruiken voor het beheersen van het bacteriële metabolisme.

Dergelijke nanocontainers hebben een poreuze structuur die bestaat uit titaniumdioxide met zilverdeeltjes op het oppervlak. Deze structuur is via de poriën geladen met een actief middel. In dit geval, het was L-arabinose, een actief middel dat luminescentie veroorzaakt in een speciaal geselecteerde bacteriestam. Eindelijk, de structuur is bedekt met polyelektrolyten, die de poriën verzegelen, voorkomen dat de arabinose spontaan in oplossing komt. Zodra de containers in een bacteriële omgeving zijn geplaatst, ze worden bestraald met een infraroodlaser die veilig is voor bacteriën. De laser verwarmt de zilverdeeltjes, en de polyelektrolyten veranderen hun conformatie, het openen van de poriën. Daarna, de arabinose uit de container komt de bacteriële omgeving binnen en veroorzaakt de luminescentie.

"We gebruikten een speciale bacteriestam die groen fluorescerend eiwit produceert. We konden dit signaal gemakkelijk opvangen en kijken of het systeem werkte:gingen de containers open toen we ze bestraalden met de laser. Op deze manier, we kunnen leren praten met bacteriën, hun metabolisme onder controle te houden en ze in een andere richting te laten ontwikkelen. En dit alles met behulp van licht, " zegt Anna Nikitina, de eerste auteur van het artikel, lid van het SCAMT-laboratorium van de ITMO University.

Volgens de wetenschappers de ontwikkelde containers kunnen worden gebruikt voor gecontroleerde medicijnafgifte. In de nabije toekomst, onderzoekers staan ​​op het punt het systeem te testen dat is gemaakt op een vaste bacteriële omgeving, evenals om nieuwe bacteriestammen te gebruiken. Bijvoorbeeld, stammen waarvan de straling de omgeving van binnenuit kan steriliseren.

"Dit onderzoek is belangrijk omdat we erin geslaagd zijn om het algemene principe van het systeem te laten zien. Het werd een stap naar een dieper begrip van levende systemen. In de toekomst, dit zal ons helpen het leven beter te begrijpen en zelf systemen te creëren met een specifiek metabolisme, tot een kunstmatige cel, " zei Svetlana Ulasevich, een onderzoeker bij het SCAMT-laboratorium.