ИНКАПСУЛЯЦИЯ БАКТЕРИАЛЬНЫХ КЛЕТОК С ЦЕЛЬЮ УПРАВЛЕНИЯ ИХ ФУНКЦИОНИРОВАНИЕМ

ИНКАПСУЛЯЦИЯ БАКТЕРИАЛЬНЫХ КЛЕТОК С ЦЕЛЬЮ
УПРАВЛЕНИЯ ИХ ФУНКЦИОНИРОВАНИЕМ
Рыбкин Я.А., Иноземцева О.А., Lapanje А.
ФГБОУ ВПО СГУ имени Н.Г. Чернышевского
г. Саратов
[email protected]
В последнее время контроль над ростом и делением бактерий, а также
снижением их резистентности к антибиотикам является актуальной проблемой, так как разработка новых поколений антибиотиков становится затруднительной.
Одним из многообещающих подходов является капсуляция с последующим захватом бактериальных клетки для замедления их роста и деления за
счёт механофизического воздействия, без ограничения диффузии. Для этой
цели можно использовать взаимодействие коллоидов на основе полиэлектролитов с бактериальными клетками. Для осуществления подобной капсуляции предлагается использовать метод последовательной адсорбции полиэлектролитов [1-4]. Этот подход к инкапсуляции позволяет управлять размером капсулы, толщиной стенок, диффузионными свойствами, а также общим
зарядом. Полиэлектролиты могут эффективно присоединяться к поверхности
клеток и могут а) препятствовать агломерации клеток, б) препятствовать работе мембранных белков и в) могут заставлять клетки посредством взаимодействия с поверхностью имитировать их присоединение к поверхности. Поскольку полимеры, адсорбированные на поверхности клеток благодаря кулоновским взаимодействиям меньше влияют на диффузию молекул, наиболее заметным эффектом будет механическая нагрузка на клетку.
Различные подходы к осаждению полимеров также определяют жесткость, проницаемость формируемой капсулы и позволяют моделировать
естественную среду (поверхность металла или ткань). Поскольку некоторые
механизмы ответа бактерий на полиэлектролитные коллоиды могут привести
к уничтожению бактериальных клеток, а другие могут приводить к развитию
высокой устойчивости к антибиотикам и скорости мутаций, и, таким образом, к созданию резистентных генотипов, с необходимостью исследования
условий и откликов на них.
В ходе данного эксперимента бактерии Escherichia coli K-12 в различной стадии роста покрывались оболочкой, состоящей из последовательно адсорбированных слоев противоположно заряженных полиэлектролитов (полиэтиленимина, полистиролсульфоната натрия). Адсорбцию макромолекул полиэлектролита на поверхности клеточной мембраны подтверждали с помощью измерения электрокинетического потенциала поверхности бактерии после адсорбции соответствующего слоя полимера. Были построены зависимости электрокинетического потенциала от ионной силы раствора, которые мо-
гут быть использованы для определения изменения механических свойств
клеточной поверхности в результате адсорбции полиэлектролита, и как следствие, физиологических параметров бактерий.
Таким образом, в ходе проведенного исследования было установлено: в
зависимости от различных стадий роста бактерий наблюдаются изменения
электрокинетического потенциала; при нанесении бислоев PEI/PSS на поверхность бактерии выживаемость культуры при инкапсуляции сохраняется.
Результаты исследования взаимодействия бактерий с коллоидными
системами, позволяет достигнуть новых результатов в таких областях науки
и промышленности как: микробиология (распространение инфекции в тканях организма), биотехнологии (инкапсуляция, иммобилизация) и физиологии бактерий (изменение роста и развития, влияние на клеточный цикл), создание композитных материалов.
1. Lvov, Y.; Ariga, K.; Ichinose, I.; Kunitake, T. J. Am. Chem. Soc. 1995, 117,
6117–6123.
2. Decher, G. Science 1997, 277, 1232–1237.
3. Shutava, T.; Kommireddy, D.; Lvov, Y. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 9926–
9934.
4. Donath, E.; Sukhorukov, G.; Caruso, F.; Davis, S.; Mo¨ hwald, H. Angew.
Chem., Int. Ed. 1998, 6, 413–418.
1. Рыбкин Ярослав Андреевич
Родился в 1994 году, окончил институт химии СГУ в 2015 году, в настоящее время магистр 1 года обучения кафедры материаловедения и технологии материалов и младший научный сотрудник лаборатории Дистанционно управляемые системы для тераностики. Область научных интересов: а)
доставка антибиотиков к месту инфекции б) взаимодействие коллоидов с
бактериальной поверхности в) биокатализ
2. Иноземцева Ольга Александровна
Родилась в 1981 году, окончила институт химии СГУ в 2003 году, получила степень PhD в 2006 по физической химии, в настоящее время ассистент
профессора отделения нано - и биомедицинских технологий. Область
научных интересов: а) физическая химия поверхностей б) контроль физических свойств наноразмерных структур путем варьирования химического
состава в) приложение нанотехнологии в медицине
3. Lapanje Ales
Родился в 1976 году, окончил биотехнологический факультет университета Любляны в 2000 году, в 2005 году получил степень PhD по микробиологии. В настоящее время старший научный сотрудник СГУ лаборатории Дистанционно управляемые системы для тераностики. Область научных интересов: а) взаимодействие коллоидов с бактериальной поверхности б) доставка антибиотиков к месту инфекции