Прежде чем начать лечить больного от бактериальной инфекции, врачи должны выяснить, каких антибиотиков боятся вторгшиеся в организм бактерии, ведь даже известные микроорганизмы могут приобрести устойчивость к лекарствам, которые их до сих пор убивали. В таких случаях специалисты выращивают взятые на пробу бактерии в лабораторных условиях в присутствии разных антибиотиков. К сожалению, процесс может занимать несколько дней, и ожидание, особенно в случае острой инфекции, может закончиться трагедией. Но и торопиться тут нельзя, ибо велик риск прописать неэффективное лекарство.
Альтернативный — и гораздо более быстрый — способ выяснения слабых мест инфекции предложили учёные из Федеральной политехнической школы Лозанны (Швейцария). За аппаратную основу они взяли атомно-силовой микроскоп, точнее, его рабочую часть — микромеханический зонд, называемый также кантилевером. В самом простом варианте кантилевер движется над плоскостью, которую прощупывает специальная игла, прикреплённая к его концу. Когда игла натыкается на что-то (например, молекулу), изгиб кантилевера меняется, и по этим изменениям можно определить размер и рельеф препятствия. Иногда вместо иглы к кантилеверу сразу крепят какую-то макромолекулу, и тогда по изменениям изгиба можно узнать о характере взаимодействия этой молекулы с другими.
Если такой атомно-силовой щуп опустить в воду, он начнёт колебаться, но его колебания будут слишком малы — теплового движения молекул воды, по словам исследователей, недостаточно, чтобы сделать их более-менее заметными. Но если на кантилевер сядут бактерии, колебания станут намного более отчётливыми. Как объясняет Джованни Лонго, причиной колебаний служат метаболические процессы, протекающие в бактериальных клетках. (Правда, что именно это за процессы, исследователи пока сказать не могут.)
Так или иначе, оказалось, что способность атомно-силового кантилевера ощущать «жизнь бактерий» помогает отличить мёртвые бактерии от живых в тестах на лекарственную чувствительность. Если бактерии обрабатывали антибиотиком, от которого они погибали, колебания кантилевера за 5 минут слабели в 20 раз. Через 15 минут антибиотик удаляли, но микромеханический щуп больше не колебался. Если же использовали штамм, устойчивый к антибиотику, то спустя 15 минут после первоначального замедления колебаний кантилевер начинал вибрировать с прежней силой — то есть микробы, благодаря своей устойчивости, пережили появление антибиотика и снова пошли в рост.
Как видим, метод позволяет намного быстрее определить эффективность лекарства — вместо нескольких дней у нас уходит на это порядка десятка минут. Однако, как полагают исследователи, технология слишком укоренена в фундаментальной науке, и её подгонка под практическую медицину займёт от пяти до десяти лет. За это время учёным предстоит выяснить, работает ли метод с другими бактериями (а не только с кишечной палочкой, на которой ставили опыты), как колебания микромеханического зонда зависят от среды, в которой живут бактерии, и другие детали.
Результаты исследования опубликованы в Nature Nanotechnology.
Подготовлено по материалам ScienceNOW.
