Raziskave

Platforma osnovana na sintetičnih biofilmih za preučevanje in razvoj novih proti biofilmskih pristopov

Šifra:

J1-3021

Obdobje:

01. oktober 2021 - 30. september 2024

Obseg:

0,20 FTE

Vodja:

Nace Zidar

Veda:

1.05 Naravoslovje/Biokemija in molekularna biologija

Opis:

Vsesplošno je znano, da bakterije v biofilmih predstavljajo resno grožnjo človeštvu. Pri tem vse več raziskav kaže, da so zunajcelične polimerne snovi (EPS) tista komponenta biofilma, ki celice v biofilmih odločilno ščiti tako pred mehanskimi napadi kot tudi napadi s protimikrobnimi snovmi. Zato je ključno, da razumemo kako različne komponente EPS in njihova strukturiranost prispevajo k protibiofilmski odpornosti. V zadnjem desetletju je sintetična biologija dosegla hiter napredek, kljub temu pa je bilo na področju raziskav biofilmov bore malo inženirstva. Naš predlog je, da kot prvi ustvarimo umetne biofilme, sestavljene iz več naravnih eksopolimernih spojin (EPS), kjer bomo lahko kontrolirano spreminjali EPS sestavo in s tem ugotavljali njeno povezanost tako z mehansko kot biocidno odpornostjo. Velika raznolikost bakterijskega EPS vključuje ß-fruktan polisaharid levan, amiloidni protein TasA, polianion y-poliglutaminska kislina in eDNA. Vse te komponente želimo izolirati in strukturno okarakterizirati. Z mešanjem teh zares različnih polimerov bomo lahko zgradili umetne biofilme s prilagojenimi mehanskimi in difuzibilnimi lastnostmi, ki bodo tvorili raziskovalno platformo, ki trenutno ne obstaja. Sintetični biofilmi z EPS različne sestave bodo vsebovali celice divjega tipa, ki jih bomo vnesli v EPS na dva načina. Prvi način je z razprševanjem večine bakterijskih celic med ali po sestavi matrikska, s čimer se ustvari prostorsko naključna porazdelitev. Drugi pristop bo uporaba optične pincete, ki deluje v načinu več pasti, kjer bodo posamezne celice umeščene v matriks, ki bo predhodno oblikovan v mikrofluidni napravi. Tako bomo naredili umetne mikrobiofilme z določeno prostorsko porazdelitvijo. Tako sestavljene sintetične biofilme bomo izpostavili mehanskemu stresu in delovanju protimikrobnih snovi, kar predstavljatrenutne strategije za izkoreninjenje biofilmov Najpomembnejše mehanske lastnosti gelskih struktur, kot je biofilm, so viskoelastični parametri, ki določajo strukturni odziv na zunanjo strižno silo, kar lahko merimo z rotacijsko in mikro reologijo. Viskoelastični parametri so tesno povezani s poroznostjo in difuzijskimi lastnostmi biofilma, kar vpliva na penetracijo antimikrobnih sredstev. Trenutno nimamo jasne slike o tem, kako različne komponente EPS vplivajo na mehanske in difuzijske lastnosti biofilmov in kako je to povezano z učinkovitostjo protibiofilmskih pristopov. Zato naši novo oblikovani sintetični biofilmi z nadzorovanimi mehanskimi in difuzijskimi lastnostmi nudijo edinstveno priložnost za izboljšanje našega razumevanja odpornih, zdravju škodljivih in korozivnih biofilmov. Znanje o šibkih točkah v strukturi biofilma nam bo omogočilo tudi nasprotno- fromiranje super odpornih biofilmov. Sestavili jih bomo iz odpornega EPS in predizbranih odpornih celic. Tako pripravljene biofilmske trdnaje so idelane za testiranje novih protimikrobnih sredstev. Super odporni biofilmi, izdelani po meri, bodo izpostavljeni delovanju konvencionalnih in novih protimikrobnih sredstev - fitokanabinoidov in inhibitorjev DNA giraze, ki so bili nedavno odkriti in se lahko kemično modificirajo, da bi povečali uničenje biofilma. S konfokalno lasersko skenirno mikroskopijo in diferencialnim barvanjem bomo opazovali viabilnost posameznih celic in njihov položaj v biofilmu. Z uporabo fluorescenčnih tehnik (FRAP) bomo določili biofilmske difuzijske lastnosti. Na podlagi analize zbranih podatkov bomo lahko najverjetneje zagotovili nove protimikrobne snovi in ??spoznanja za razrešitev dileme dramatične protimikrobne odpornosti v biofilmih. Zagotovili bomo lahko bistvene smernice za racionalno načrtovanje boljših protimikrobnih zdravil. V tem projektu bomo uveljavili inženirski pristop za dekonstrukcijo naravnega in to nato rekonstruirali na način, ki najbolj ustreza našim potrebam.

Faze:

https://cris.cobiss.net/ecris/si/sl/project/18638

Bibliografske reference, ki izhajajo neposredno iz izvajanja projekta:

https://cris.cobiss.net/ecris/si/sl/project/18638

Financira:

Raziskovalni projekti so (so)financirani s strani Javne agencije za raziskovalno dejavnost.

Nazaj

Spremenjeno: 13. april 2023