(PhysOrg.com) -- Nieuw onderzoek aan de A. James Clark School of Engineering zou bacteriële infecties kunnen voorkomen met behulp van kleine biochemische machines - nanofabriekjes - die bacteriën kunnen verwarren en voorkomen dat ze zich verspreiden. zonder het gebruik van antibiotica.

Een paper over het onderzoek staat in het huidige nummer van: Natuur Nanotechnologie . "Geconstrueerde biologische nanofabrieken triggeren quorum sensing-respons in gerichte bacteriën, " is geschreven door Clark School alumnus Rohan Fernandes (Ph.D. '08, bio-engineering), afgestudeerde student Varnika Roy (moleculaire en celbiologie), afgestudeerde student Hsuan-Chen Wu (bio-engineering), en hun adviseur, William Bentley (hoogleraar en voorzitter, Fischell Afdeling Bio-engineering).

Het werk van de groep is een update van hun oorspronkelijke nanofabrieken, voor het eerst ontwikkeld in 2007. Die nanofabrieken maakten gebruik van kleine magnetische stukjes om ze naar de infectieplaats te leiden.

“Dit is een volledig nieuwe, volledig biologische versie, " zegt hij. "De nieuwe nanofabrieken zijn zelfsturend en doelgericht. We hebben voor het eerst aangetoond dat ze in staat zijn een specifiek soort bacterie te vinden en aan te zetten tot communicatie, een veel fijner niveau van automatisering en controle."

De nieuwe nanofabrieken kunnen het verschil zien tussen slechte (pathogene) en goede bacteriën. Bijvoorbeeld, onze spijsverteringskanalen bevatten een bepaald niveau van goede bacteriën om ons te helpen voedsel te verteren. De nieuwe nanofabrieken kunnen zich alleen richten op de slechte bacteriën, zonder de niveaus van goede bacteriën in het spijsverteringskanaal te verstoren (een veel voorkomende bijwerking van veel antibiotica). Nanofabrieken richten zich rechtstreeks op de bacteriën in plaats van zich door het lichaam te verplaatsen. een ander voordeel ten opzichte van traditionele antibiotica.

Bacteriële cellen praten met elkaar in een vorm van cel-tot-cel communicatie die bekend staat als quorum sensing. Wanneer de cellen voelen dat ze een bepaalde hoeveelheid hebben bereikt, een infectie kan worden veroorzaakt. De biologische nanofabrieken die aan de Clark School zijn ontwikkeld, kunnen deze communicatie onderbreken, de werking van de cellen verstoren en een infectie stoppen.

Alternatief, de nanofabrieken zouden de bacteriën kunnen misleiden om te vroeg een quorum te voelen. Dit zou de bacteriën ertoe aanzetten een infectie te vormen voordat er voldoende bacteriële cellen zijn om schade aan te richten. Dit zou een natuurlijke reactie van het immuunsysteem veroorzaken die in staat is om ze te stoppen zonder het gebruik van medicijnen.

Omdat nanofabrieken zijn ontworpen om de communicatie te beïnvloeden in plaats van te proberen de bacteriën te doden, ze kunnen helpen bij de behandeling van ziekten in gevallen waarin een bacteriestam resistent is geworden tegen antibiotica.

"Het werk van Dr. Bentley is buitengewoon opwindend omdat hij het vermogen van engineering gebruikt om te "bouwen" met op de natuur gebaseerde componenten, " zegt Philip Leduc, universitair hoofddocent bij de afdelingen Mechanical and Biomedical Engineering en het Lane Center for Computational Biology and Biological Sciences aan de Carnegie Mellon University. "De wetenschap van cellen begrijpen is geweldig, maar het gebruik van deze componenten en het bouwen van systemen die biologische voordelen benutten, is een enorme stap voorwaarts. Zijn werk in dit artikel maakt gebruik van zijn synthetische-biologische benadering om nieuwe nanofabrieken te bouwen voor nieuwe gebieden van antimicrobiële stoffen en om nieuwe bevindingen te openen in quorum sensing."

Het vermogen van de nanofabrieken om cel-tot-cel communicatie te veranderen is niet beperkt tot het bestrijden van infecties.

"Quorum sensing- en signaalmoleculen worden eigenlijk gebruikt om veel dingen te bereiken, " legt Bentley uit. "Soms ontstaat een ziekte omdat er geen communicatie plaatsvindt - een goed voorbeeld zijn spijsverteringsstoornissen waarbij een onbalans van bacteriën in het spijsverteringskanaal betrokken is. In dat geval, nanofactories kunnen worden gebruikt om de communicatie te starten of te versterken in plaats van deze te verstoren."