Każdego roku w Europie ponad 30 000 osób umiera z powodu zakażenia wielolekoopornymi bakteriami. Zważywszy, że bakteriofagi mogą infekować i zabijać określone bakterie, metody leczenia oparte na bakteriofagach stają się obiektem zainteresowania - informuje Wspólnotowy Serwis Informacyjny Badań i Rozwoju (CORDIS).

Bakteriofagi to wirusy, które wymagają gospodarza w postaci bakterii, aby się rozmnażać. Są one w stanie przenosić materiał genetyczny pomiędzy bakteriami. Odszyfrowanie tej interakcji jest kluczowe dla opracowania skutecznych strategii obejmujących produkty bazujące na fagach i bakteriofagach.

Badanie interakcji pomiędzy bakteriofagami a bakteriami z wykorzystaniem mikrofluidyki

Projekt EvoMachine-Phage, wspierany w ramach programu „Maria Skłodowska-Curie”, miał na celu zrozumienie mechanizmów leżących u podstaw antagonistycznej koewolucji bakterii i bakteriofagów. Prace koncentrowały się na fenotypie o wysokiej gęstości komórek wywołanej fagami (PIHCD), który uprzednio zaobserwował stypendysta programu „Maria Skłodowska-Curie”, dr Steven Quistad. Jak wyjaśnia, „fenotyp PIHCD zaobserwowano po wymieszaniu bakteriofagów pobranych z lokalnej kupy kompostu w Paryżu z bakteriami Pseudomonas fluorescens występującymi powszechnie w glebie”. Mimo że przewidywał on, że bakteriofagi zabiją bakterie lub wejdą w stan uśpienia w chromosomie gospodarza, ku jego zaskoczeniu stan zainfekowanej bakterii się poprawił.

Obserwacja ta sprawiła, że członek projektu EvoMachine-Phage zbadał leżący u podstaw takiego stanu rzeczy mechanizm i ustalił, który bakteriofag za niego odpowiada. W tym celu dr Quistad wykorzystał nowatorskie urządzenie mikrofluidyczne opracowane przez MilliDrop, spółkę spin-off działającą w sektorze biotechnologii i założoną na uczelni ESPCI Paris. Analizator MilliDrop to w pełni zautomatyzowany system służący do hodowania posiewu mikroorganizmów i analizy tychże mikroorganizmów. System umożliwia rozwój bakteriofagów oraz ich gospodarzy w tysiącach niewielkich kropelek o pojemności poniżej mikrolitra. „Maszyna ewolucji”, jak ją nazywa dr Quistad, zapewnia bakteriom doskonałe warunki rozwoju, dbając o ciągły ruch komórek bakteryjnych. Umożliwia też wybór określonych kropelek oraz ich analizę.

Korzystając z tego urządzenia, dr Quistad i jego współpracownicy zbadali wpływ poszczególnych bakteriofagów na fizjologię gospodarza i z powodzeniem wyłonili licznych kandydatów odpowiadających za fenotyp PIHCD. Trwające prace koncentrują się na identyfikacji genów kandydatów, które mogą odpowiadać za ten fenotyp.

Przyszłe perspektywy mikrofluidyki w mikrobiologii

„Wykazanie użyteczności mikrofluidyki w badaniu interakcji pomiędzy fagiem a gospodarzem było bez wątpienia największym osiągnięciem projektu EvoMachine-Phage”, oznajmia dr Quistad. Dodatkowo niezrównane możliwości współpracy interdyscyplinarnej oferowane przez uczelnię ESPCI Paris okazały się nieodzownym elementem sukcesu projektu. Utrzymując powiązania z branżą, instytut przyciągnął chemików, fizyków, inżynierów oraz biologów.

Wykorzystanie mikrofluidyki do szybkiego testowania wpływu bakteriofagów na fizjologię gospodarza może okazać się przydatne w środowisku klinicznym. W przypadku będącej złotym standardem metody opartej na blaszce potrzeba około 48 godzin na wyizolowanie bakteriofagów z próbki środowiskowej. Jednakże jeśli chodzi o antybiotykooporne zakażenia, które mogą się błyskawicznie rozprzestrzeniać, przyspieszenie izolacji oraz identyfikacji bakteriofagu może znacząco poprawić wynik leczenia. Urządzenie MilliDrop może posłużyć do szybszego uzyskiwania wyników o znaczeniu klinicznym. Ponadto można je wykorzystać jako narzędzie w walce z wielolekoopornością poprzez przetestowanie wirulencji określonych izolatów bakteriofagów w odniesieniu do wybranych szczepów bakterii.

Dzięki projektowi EvoMachine-Phage uzyskano ważne informacje na temat fizjologii bakteriofagów oraz interakcji bakteriofagów z bakteriami. Zważywszy na udział bakteriofagów w całej gamie procesów biologicznych, od obiegu węgla po podtrzymywanie ludzkiego zdrowia, przewiduje się, że wyniki uzyskane w projekcie znajdą zastosowanie w różnych dziedzinach, nie tylko w leczeniu opartym na bakteriofagach.

© Unia Europejska, [2019] | źródło: CORDIS