Science >> Wetenschap >  >> Fysica

Onderzoekers controleren de vorming van biofilms met behulp van optische vallen

In het tijdschrift Biomedische Optics Express rapporteren de onderzoekers hun experimenten met het gebruik van optische vallen om bacteriële aggregatie en biofilmontwikkeling te reguleren. Ze ontdekten dat verschillende soorten lasers kunnen worden gebruikt om de groei van biofilm te stimuleren en te onderdrukken.

"We kunnen zelfs een soort bacterieel Legoblok maken dat kan worden verplaatst, aan elkaar kan worden geplakt en indien nodig kan worden vernietigd", zegt Bezryadina. "Dit werk zou bijvoorbeeld kunnen leiden tot nieuwe soorten biologisch afbreekbare materialen of een nieuwe generatie op biofilm gebaseerde biosensoren."

Licht gebruiken om de groei van bacteriën onder controle te houden

Het meeste onderzoek naar biofilms heeft zich geconcentreerd op mechanische, chemische en biologische benaderingen om biofilms te onderdrukken en te controleren. Hoewel wetenschappers hebben aangetoond dat synthetische en chemische benaderingen kunnen worden gebruikt om biofilms te activeren en te controleren en biofilms in specifieke ruimtelijke structuren te engineeren, wilden Bezryadina en haar team uitzoeken of optische methoden kunnen worden gebruikt om de dynamiek van biofilms te controleren. Om dit te verwezenlijken was een interdisciplinair team nodig met expertise in geavanceerde optische technologie en microbiologie.

De onderzoekers experimenteerden met Bacillus subtilis, een niet-pathogene bacterie die van nature biofilms vormt. Ze gebruikten een omgeving met weinig voedingsstoffen die vijandig is tegenover B. subtilis om de bacteriën ertoe aan te zetten een biofilm te vormen. Nadat ze kleine biofilmclusters hadden verkregen, voerden ze optische vangexperimenten uit met behulp van een blauwe laser van 473 nm of een nabij-infrarood Ti:saffierlaser die kon worden afgestemd van 700 tot 1000 nm.

Ze ontdekten dat het gebruik van een laser die uitzendt met een golflengte van 820 nm tot 830 nm het langdurig optisch vangen van biofilmclusters mogelijk maakte, terwijl aanzienlijke fotoschade werd geminimaliseerd. Het gebruik van een laser op 473 nm – een golflengte die sterk door de bacteriën wordt geabsorbeerd – zorgde er echter voor dat de cellen scheurden en de biofilmclusters uiteenvielen. Ze merkten ook op dat de ideale bacterieclusters voor optische manipulatie uit drie tot vijftien cellen bestonden.

Patronen maken

Toen de onderzoekers de dynamiek van bacteriën en de vorming van biofilms bestudeerden met behulp van een optisch pincet bij een golflengte van 820 nm gedurende een uur, ontdekten ze dat bacterieclusters zich aggregeerden in de buurt van optisch gevangen clusters, zich aan het oppervlak hechtten en een microkolonie begonnen te vormen. Ze zouden ook optisch gevangen bacterieclusters door het monster naar een specifieke positie kunnen verplaatsen, wat nuttig zou kunnen zijn voor het bouwen van structuren uit bacteriën. De NIR-laser leek de vorming van biofilms voor bacteriële clusters die waren blootgesteld aan de zeer gefocuste NIR-laser niet te verstoren, wat impliceert dat NIR-golflengten in het bereik van 800 nm tot 850 nm gedurende langere tijd zouden kunnen worden gebruikt voor optische vangst, manipulatie en patroonvorming. van bacterieclusters.

"Ondanks de ogenschijnlijk ongecontroleerde vorming van bacteriële biofilms in de natuur, toonde ons werk aan dat de vorming van bacteriële biofilms kan worden beïnvloed door licht", zegt Bezryadina. "Dit artikel vertegenwoordigt de eerste stap in het langetermijnproject om microscopisch kleine bouwmaterialen te creëren uit direct beschikbare hulpbronnen zoals bacteriën. In toekomstige studies zijn we van plan om wat we hebben gevonden te gebruiken om een ​​proces te ontwikkelen om structuren te construeren uit bacteriële Lego-blokken."

Over het geheel genomen brachten de experimenten enige flexibiliteit aan het licht in de exacte groeiomstandigheden, de grootte van de clusters en de golflengten die nodig zijn voor het manipuleren van de biofilms. De onderzoekers zeggen dat het misschien ook mogelijk is om hun methodologie te gebruiken met andere soorten biofilmvormende micro-organismen.

Meer informatie: Czarlyn Camba et al, Biofilmvorming en manipulatie met optische pincetten, Biomedical Optics Express (2024). DOI:10.1364/BOE.510836

Journaalinformatie: Biomedische Optica Express

Geleverd door Optica




Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Flagella: soorten, functie en structuur
  2. Chloroplast: definitie, structuur en functie (met diagram)
  3. Een sociaal controlesysteem garandeert de zuiverheid van embryonale stamcellen
  4. Bottom-up-proces speelt een centrale rol bij het bepalen van interactienetwerken tussen mieren
  5. Wie ontdekte hemoglobine?
  6. Hoe relaties tussen biodiversiteit en productiviteit veranderen naarmate de hoogte in bossen toeneemt
  7. De functie van NIMA-gerelateerd kinase 6 in de rechte groei van plantencellen
  8. De koala:wanneer het slim is om langzaam te zijn
  9. Kluizenaar of niet? Wetenschappers gebruiken Twitter om spidervragen aan te pakken

Wetenschap