Новый метод определения эффективности антибиотиков

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ АНТИБИОТИКОВ

Новая методика, в которой лекарства заставляют бактерии светиться, может помочь бороться с антибиотикорезистентностью.

Новый метод может помочь уменьшить назначение антибиотиков, предсказав, какие препараты могут быть эффективными в борьбе с бактериями в течение нескольких минут.

Ученые из Университета Эксетера (University of Exeter) разработали метод, который позволяет пользователям видеть, может ли бактерия реагировать на антибиотики. Исследование в настоящее время находится на ранних стадиях разработки, и команда надеется, что миниатюрные устройства, которые они используют для этого исследования, когда-нибудь будут базироваться в клиниках, что позволит сократить количество различных антибиотиков, назначаемых пациентам.

Техника работает, исследуя, поглощены ли флуоресцентные свойства антибиотиков бактериями. Если это так, бактерии светятся под микроскопом ярче, показывая, что антибиотик проник в клеточную мембрану и может быть эффективным. Исследование, опубликованное в журнале Lab on a Chip, может внести вклад в усилия по сокращению назначений неработающих антибиотиков, а также позволит разработать более эффективные антибиотики для борьбы с глобальной угрозой антибиотикорезистентности.

Устойчивость к антибиотикам признана главной глобальной угрозой. Поскольку эти лекарства все больше не действуют, по прогнозам, к 2050 году ежегодно от инфекций будет погибать около 10 миллионов человек.

Новая методика использует специальный микроскоп и миниатюрное устройство (микрофлюидный чип), в которое впрыскивается образец бактерий вместе с антибиотиком. На сегодняшний день команда использовала антибиотик офлоксацин, который светится флуоресцентным светом в ультрафиолетовом свете. Бактерии также светятся при приеме антибиотика. Однако, если они остаются темными, у антибиотика нет шансов воздействовать и убивать бактерии.

Д-р Стефано Пальяра (Dr Stefano Pagliara), биофизик из Института живых систем, возглавляющий это исследование в Университете Эксетера, сказал: «Мы очень рады тому, что этот метод может значительно сократить количество назначений, помогая бороться с глобальной угрозой устойчивость к антибиотикам. В настоящее время клиницистам может потребоваться несколько дней, чтобы получить лабораторный результат, в котором участвуют растущие бактерии, но все еще требуется некоторая догадка. Наша техника может сократить использование нескольких антибиотиков для борьбы с бактериальной инфекцией».

Д-р Джехангир Кама (Dr Jehangir Cama), научный сотрудник в Институте живых систем, который выполнил экспериментальную работу этого исследования, сказал: «Наш следующий шаг - дальнейшая разработка этого захватывающего нового метода путем объединения его с более продвинутыми методами микроскопии, чтобы увидеть, где именно антибиотики входят, когда попадают в бактерии».

Сейчас команда работает над расширением техники, манипулируя флуоресцентными свойствами других форм антибиотиков, чтобы они могли работать таким же образом.

Дальнейшие исследования в этой области были профинансированы QUEX, партнерством между Университетом Эксетера и Университетом Квинсленда в Австралии. Команда из Квинсленда, возглавляемая доктором Марком Бласковичем (Dr Mark Blaskovich), директором Центра по изучению супербактерий в Институте молекулярной биологии, разрабатывает флуоресцентные версии других антибиотиков, чтобы их можно было проверить аналогичным образом. Бласкович добавляет: «Я полон энтузиазма в отношении возможностей улучшить наше фундаментальное понимание взаимодействия между антибиотиками и бактериями и того, как это приводит к устойчивости к противомикробным препаратам, путем объединения наших новых проб, полученных из антибиотиков, с передовыми возможностями анализа отдельных клеток группы из Университета Эксетера».

Краткое описание механизма анализа поглощения антибиотиков по материалам статьи в журнале Lab on a Chip

Рис. 1A. объясняет принцип, лежащий в основе анализа накопления антибиотиков. Геометрически ограниченную кишечную палочку E. coli дозируют офлоксацином, дозировка и накопление которого в клетках отслеживаются с помощью его автофлуоресценции при длине волны возбуждения 365 нм. Хотя сами клетки имеют базовую аутофлуоресценцию перед воздействием препарата (рис. 1В), профили аутофлуоресценции остаются плоскими во время ход эксперимента (по результатам контрольных экспериментов в отсутствие препарата – ред.) и это вычитается из протокола анализа изображений.

Рис. 1. Измерение дозировки препарата и внутриклеточного накопления у отдельных бактерий. А) Схема микрофлюидного чипа, использованного для эксперимента по накоплению офлоксацина. Основной канал высотой 25 мкм и шириной 100 мкм используется для непрерывного обмена микроокружения с доставкой питательных веществ, лекарств или красителей; клетки ограничены одним файлом в сети боковых каналов, высота и ширина которых близки к размеру клетки. B) последовательность эпифлуоресцентных изображений (длина волны возбуждения λ_ex = 365 нм), показывающих доставку офлоксацина (12,5 мкг*мл^-1 в PBS; черный прямоугольник) и его соответствующее накопление клетками в боковых каналах; репрезентативная отдельная клетка помечена красным прямоугольником в качестве ориентира. Шкала бар = 5 мкм.

Источник: Материалы предоставлены University of Exeter

Статья в журнале: Stefano Pagliara et al. Single-cell microfluidics facilitates the rapid quantification of antibiotic accumulation in Gram-negative bacteria. LabonaChip, 2020