Molekylära kameleonter avslöjar hur bakterier bildar biofilm
Molekyler som byter färg kan användas för att följa i realtid hur bakterier bildar en skyddande biofilm omkring sig. Den nya metoden, som tagits fram i ett samarbete mellan forskare vid Linköpings universitet och Karolinska Institutet, kan på sikt få betydelse inom både sjukvården och livsmedelsindustrin där bakteriers biofilm är ett problem.
Biofilm bildas när bakterier, som växer på en yta, bildar 3-dimensionella kolonier där bakterierna klarar sig bättre än när de är ensamma.
– Det som kännetecknar biofilm är att bakterierna producerar ett speciellt slem, som håller ihop bakterierna. Biofilmen bidrar till att bakterierna bättre står emot yttre påfrestningar, som antibiotika, vätskeflödet i en kateter eller detergenter i form av diskmedel och andra rengöringsmedel, säger professor Agneta Richter-Dahlfors vid Karolinska Institutet, som har lett studien tillsammans med professor Peter Nilsson vid Linköpings universitet.
Den skyddande biofilmen är ett problem inom exempelvis sjukvård och livsmedelsindustri. En svårighet är att det inte har funnits någon metod som är specifik för att studera biofilm.
Molekylerna lämnar ett optiskt fingeravtryck
– Det här är den första metoden som specifikt färgar själva biofilmskomponenterna. Det innebär att forskare som vill studera mekanismerna bakom hur bakterier bildar biofilm nu får ett nytt verktyg för att förstå processen, säger Agneta Richter-Dahlfors.
I den aktuella studien, som publiceras i Nature Journal Biofilms and Microbiomes, har forskarna utvecklat molekyler som ger ett slags optiskt fingeravtryck beroende på vad de binder till. En del av molekylen har förmågan att sända ut ljus, medan den andra delen kan binda specifikt till en målmolekyl, i det här fallet biofilmen. När spårarmolekylen har bundit till målmolekylen byter ljuset färg.
– Molekylerna som vi har utvecklat är unika genom att de kan skicka ut olika färger, beroende på hur de vrider sig. Vi brukar kalla dem molekylära kameleonter, eftersom de ändrar färg efter omgivningen, säger Peter Nilsson vid Linköpings universitet, vars forskargrupp har utvecklat spårarmolekylerna.
Går att följa bakterierna i realtid
I studien demonstrerar forskarna hur metoden kan användas för att studera salmonellabakterier, både på odlingsplattor och i infekterad kroppsvävnad. Forskarna hoppas att metoden så småningom ska kunna komma till nytta inom sjukvård och livsmedelsindustri, där biofilm är ett problem. Men det finns också sammanhang där bakteriers förmåga att bilda biofilm är positiv, exempelvis då bakterier används för att producera biogas för användning som drivmedel.
– Med den nya metoden är det möjligt att följa i realtid hur bakterierna bygger upp biofilmen. Nu när man har ett verktyg för att titta på hur biofilmen bildas kan man också använda den för att utvärdera metoder för att påverka processen, säger Peter Nilsson.
Forskningen har finansierats med stöd av Vetenskapsrådet, Stiftelsen för strategisk forskning, Familjen Erling-Perssons stiftelse och Carl Bennet AB. Några av forskarna bakom studien är delägare i ett företag, som kan komma att kommersialisera molekylerna för användning inom sjukvård och industri.
Publikation: Real-time opto-tracing of curli and cellulose in live Salmonella biofilms using luminescent oligothiophenes, Ferdinand X. Choong, Marcus Bäck, Sara Fahlén, Leif B. G. Johansson, Keira Melican, Mikael Rhen, K. Peter R Nilsson, Agneta Richter-Dahlfors, (2016), Nature Journal Biofilms and Microbiomes, publiceras online 23 november 2016, doi: 10.1038/NPJBIOFILMS.2016.24
Kontakt: Peter Nilsson, professor i bioorganisk kemi vid Linköpings universitet, peter.r.nilsson@liu.se, 013-28 27 87
Agneta Richter-Dahlfors, professor i cellulär mikrobiologi vid Karolinska Institutet, agneta.richter.dahlfors@ki.se, 08-524 874 25
