Molekylära kameleonter avslöjar bakteriell biofilm
Molekyler som byter färg kan användas för att följa i realtid hur bakterier bildar en skyddande biofilm omkring sig. Den nya metoden, som tagits fram i ett samarbete mellan forskare vid Linköpings universitet och Karolinska Institutet, kan på sikt få betydelse inom både sjukvården och livsmedelsindustrin där bakteriers biofilm är ett problem. Studien presenteras i NPJ Biofilms and Microbiomes.
Bakteriella infektioner är särskilt motståndskraftiga mot behandling när enskilda bakterier grupperas samman och bildar vad som är känt som en biofilm. Biofilmsbildning kan nu studeras när det händer med hjälp av kemikalier som fluorescerar vid olika våglängder när de förändras. Förståelsen av dynamiken i hur biofilm bildas har tidigare förhindrats av bristen på lämpliga forskningsverktyg.
Fram tills nu har det inte funnits någon metod som är specifik för att detektera biofilm. I dag används mikroskop, i vilka forskare kan se bakterierna men inte slemmet, som kallas extracellulär matrix. Färgerna som används binder ospecifikt till allt som har elektrisk laddning, inklusive döda bakterier och deras DNA.
Kameleontmolekylerna som har använts i den aktuella studien ger ett slags optiskt fingeravtryck beroende på vad de binder till. En del av molekylen har förmågan att sända ut ljus, medan den andra delen kan binda specifikt till en målmolekyl, i det här fallet biofilmen. När spårarmolekylen har bundit till målmolekylen byter ljuset färg.
– Molekylerna som vi har utvecklat är unika genom att de kan skicka ut olika färger, beroende på hur de vrider sig. Vi brukar kalla dem molekylära kameleonter, eftersom de ändrar färg efter omgivningen, säger professor Peter Nilsson vid Linköpings universitet, vars forskargrupp har utvecklat spårarmolekylerna.
Ett nytt verktyg för att förstå processen
– Det här är den första metoden som specifikt färgar själva biofilmskomponenterna. Det innebär att forskare som vill studera mekanismerna bakom hur bakterier bildar biofilm nu får ett nytt verktyg för att förstå processen, säger studiens ledare Agneta Richter-Dahlfors.
I studien demonstrerar forskarna hur metoden kan användas för att studera Salmonellabakterier, både på odlingsplattor och i infekterad kroppsvävnad. Forskarna hoppas att metoden så småningom ska kunna komma till nytta inom sjukvård och livsmedelsindustri, där biofilm är ett problem. Men det finns också sammanhang där bakteriers förmåga att bilda biofilm är positiv, exempelvis då bakterier används för att producera biogas för användning som drivmedel.
– Vi är mycket glada över att kunna erbjuda detta nya verktyg för mikrobiella forskare att använda och vi ser fram emot att se nya resultat inom en snar framtid, säger professor Agneta Richter-Dahlfors .
Forskningen har finansierats med stöd av Stiftelsen för strategisk forskning, Familjen Erling-Perssons stiftelse och Carl Bennet AB. Några av forskarna bakom studien är delägare i ett företag, som kan komma att kommersialisera molekylerna för användning inom sjukvård och industri.
Publikation
Ferdinand X. Choong, Marcus Brooks, Sara Fahlén, BG Leif Johansson, Keira Melican, Michael Rhine, K. Peter R Nilsson, Agneta Richter Dahlfors
Nature Journal Biofilms and Microbiomes, publicerad online 23 oktober 2016, doi: 10.1038/npjbiofilms.2016.24