Új távlatok a biofilmek kezelésében – Optikai csapdák

Optikai csapdák segítségével bebizonyították a kutatók, hogy képesek irányítani a biofilmek kialakulását. Megállapították, hogy különböző hullámhosszú lézerfények stimulálhatják vagy gátolhatják a biofilmek növekedését. Ezek a felfedezések lehetővé teszik a mikroorganizmusok rétegeinek különböző bioengineering célú felhasználását.

„Korábban a mikroszkopikus komponensek előállítása kifejezetten fejlett gyártási folyamatokat igényelt, de most kimutattuk, hogy az optikai csapdák segítségével pontosan irányíthatjuk az egyes baktériumok vagy baktériumcsoportok pozícionálását. Ez lehetővé teszi számunkra, hogy magas pontossággal befolyásoljuk a baktérium szerkezetek növekedési mintázatát mikroszkopikus szinten” – mondta Anna Bezryadina, a kutatócsoport vezetője a California State University Northridge-ről.

A kutatók leírásukban részletezik kísérleteiket az optikai csapdák használatával a baktériumcsoportok és a biofilmek szabályozására. Megállapították, hogy különböző típusú lézerek alkalmazhatók a biofilmek stimulálására vagy gátlására.

„Akár olyan bakteriális építőköveket is létrehozhatunk, amelyeket mozgathatunk, összeilleszthetünk vagy szükség szerint elpusztíthatunk” – mondta Bezryadina. „Ez a munka új típusú biodegradálható anyagokat, vagy például biofilmekre épülő új generációs biodegradálható bioszenzorokat eredményezhet.”

Fény használata a baktériumnövekedés irányítására
A biofilmekkel kapcsolatos tanulmányok nagy része eddig a mechanikai, kémiai és biológiai módszerekre fókuszált a gátlás és irányítás terén. Habár korábban már bebizonyították, hogy a szintetikus és kémiai megközelítésekkel lehet aktiválni és irányítani a biofilmeket, valamint biofilmeket tervezni specifikus térbeli szerkezetekbe, Bezryadina és csapata azt akarta vizsgálni, hogy lehet-e optikai módszereket alkalmazni a biofilmek dinamikájának irányítására. Ehhez interdiszciplináris csoport szükséges olyan szakértőkből, akik értenek az előrehaladott optikai technológiákhoz és a mikrobiológiához.

A kutatók kísérleteket végeztek Bacillus subtilis nevű, természetes biofilmeket kialakító nem patogén baktériummal. Egy tápanyagokban szegény környezetben serkentették a biofilm kialakulását. Kis baktériumcsoportokat hoztak létre, majd optikai csapdákkal végeztek kísérleteket, kék lézer használatával 473 nm hullámhosszon vagy egy beállítható tartományban mozgatható Ti:sapphir lézerrel a közeli infravörös tartományban, mely a 700 és 1000 nm között változhat.

Megállapították, hogy az 820-830 nm hullámhosszon működő lézer hosszú távú optikai csapdázást tesz lehetővé a biofilmcsoportok esetében, minimális fotokémiai károsodást okozva. Azonban a 473 nm hullámhosszon működő lézer – amelyet a baktériumok erősen elnyelnek – sejtrepedést és a biofilmcsoportok szétesését okozta. Megállapították továbbá, hogy az optimális bakteriális csoportok az optikai manipulációhoz három- és tizenöt sejtből álltak.

Mintázatok létrehozása
Az 820 nm hullámhosszúságú optikai csapdákkal végzett kísérletek során a tudósok arra jutottak, hogy a baktériumcsoportok a közelükben aggregálódnak, felületekhez tapadnak és mikrokolóniákat kezdenek kialakítani. Az optikailag csapdában lévő baktériumcsoportokat a kívánt helyekre is áthelyezték, ami a baktériumokból történő szerkezetek építésében lehet hasznos. Az infravörös lézer nem befolyásolta a biofilm kialakulását azokban a bakteriális csoportokban, amelyeket erősen központosított infravörös lézersugár ért el, ami arra utal, hogy az 800 és 850 nm-es NIR hullámhossz tartomány hosszabb ideig alkalmazható az optikai csapdázásra, manipulációra és a baktériumcsoportok mintázatának kialakítására.

„Habár a biofilmek kialakulása a természetben kontrollálatlannak tűnik, tanulmányunk alátámasztja, hogy a baktériumok biofilmjeinek kialakulása irányítható a fény segítségével” – mondta Bezryadina. „Ez az első lépés egy hosszú távú projektben, melynek célja a mikroszkopikus építőanyagok előállítása megszokottan elérhető forrásokból, mint például a baktériumok. A jövőbeni kutatásainkban azon dolgozunk, hogy felfedezéseinket felhasználva folyamatot fejlesszünk ki bakteriális blokkokból történő szerkezetek építésére.”

Összességében a kísérletek azt mutatják, hogy a biofilm manipulációhoz a növekedési körülmények, csoport nagyság és hullámhossz tekintetében bizonyos rugalmasság mutatható. A kutatók szerint a módszerük alkalmazható lehet más biofilmképződő mikroorganizmusokra is, nemcsak a Bacillus subtilis esetében.

Gyakran Ismételt Kérdések (GYIK) a kulcsfontosságú témák és az információk alapján, amelyek a cikkben szerepelnek:

1. Milyen felfedezéseket mutatott be a cikk az optikai csapdák használatával kapcsolatban?
A kutatók megállapították, hogy különböző hullámhosszú lézerek stimulálhatják vagy gátolhatják a biofilmek növekedését. Ez a felfedezés lehetővé teheti a biofilmek különböző bioengineering területeken történő felhasználását.

2. Hogyan közvetítette az információkat a vezető szerző, Anna Bezryadina?
Anna Bezryadina, a kutatócsoport vezetője a California State University Northridge-ről, kifejtette, hogy az optikai csapdák képesek pontosan irányítani az egyes baktériumok vagy baktériumcsoportok pozícionálását, lehetővé téve a baktérium szerkezetek növekedési mintázatának mikroszkopikus szintű manipulációját.

3. Milyen lehetséges alkalmazásai vannak ezeknek a felfedezéseknek?
Bezryadina szerint ezek a felfedezések új típusú biodegradálható anyagokhoz vagy biofilmekre épülő bioszenzorokhoz vezethetnek. Ezek a lehetőségek fakadnak abból, hogy a lézerek segítségével manipulálják és irányítják a biofilmek növekedését.

4. Hogyan végeztek kísérleteket a lézerhullámhosszokkal?
A kutatók kísérleteket végeztek Bacillus subtilis baktériummal, kék lézert használva 473 nm hullámhosszon és egy beállítható tartományban mozgatható Ti:sapphir lézert a közeli infravörös tartományban, mely 700 és 1000 nm között változhat. Megállapították, hogy az 820-830 nm hullámhosszon működő lézer hosszú távú optikai csapdázást tesz lehetővé a biofilmcsoportok esetében.

5. Hogyan manipulálták a kutatók az optikai csapdák segítségével a baktériumcsoportokat?
A kutatók megállapították, hogy az optikailag csapdázott baktériumcsoportok áthelyezhetők és manipulálhatók különböző helyeken. A mikrokolóniák létrehozásával pedig baktériumok aggregálódását stimulálták az optikai csapdák közelében.

6. Milyen potenciális következményei vannak ennek a kutatásnak?
A kutatók szerint ez a módszer nemcsak a Bacillus subtilis biofilmek növekedésének irányítására használható, hanem más biofilmképződő mikroorganizmusokra is alkalmazható lehet.

7. Hogyan tervezik a kutatók folytatni a kutatásaikat?
A kutatók folytatni tervezik a felfedezések felhasználását olyan folyamatok létrehozására, amelyek lehetővé teszik szerkezetek építését bakteriális blokkokból. A jövőben úgy vélik, hogy képesek lesznek mikroszkopikus építőanyagokat létrehozni megszokottan elérhető forrásokból, mint például a baktériumok.

Kulcsszavak és szleng kifejezések meghatározása:

1. Biofilm – olyan mikroorganizmusok, mint a baktériumok, réteg, amely ragad és felhalmozódik felületeken és vegyületekben.
2. Optikai csapdák – eszközök, amelyek fény­sugarak segítségével képesek manipulálni vagy irányítani részecskéket, mint például a baktériumokat.
3. Bioengineering – a biológia és az építészet kombinálása új biomedikai technológiák és termékek létrehozása érdekében.

Javasolt kapcsolódó linkek az alapvető tartalmhoz:

1. California State University Northridge: https://www.csun.edu/

The source of the article is from the blog maestropasta.cz