Bakteriální biofilmy jako platformy pro sestavení funkčních materiálů a senzorů

7.12.2017 |

Pokroky v našem porozumění světu bakterií nám umožnily nahlížet na jejich roli nejen jako na zdravotní hrozbu, ale také jako na geneticky programovatelnou továrnu pro produkci biomolekul, chemických látek nebo nanočástic stříbra.

Většina bakterií se v přírodě vyskytuje ve formě biofilmu, tedy uzavřených uskupení buněk přichycených k povrchu. Buňky v biofilmu jsou obklopeny a drží pohromadě s dalšími buňkami díky jimi produkovaným látkám neboli extracelulární matrici, složené z vody, proteinů, polysacharidů, extracelulární DNA a dalších složek. Extracelulární matrice chrání bakterie před nepříznivými podmínkami vnějšího prostředí, zajišťuje vzájemnou adhezi mezi buňkami a povrchem, podporuje mikrobiální odolnost a často i patogenitu.

Umělé vytváření složek matrice biofilmu modelové bakterie Escherichia coli může být založeno na curli systému. Curli jsou amyloidní proteinová nanovlákna o průměru 4 až 7 nm přirozeně se vyskytující u některých kmenů E. coli. Na tvorbě curli vláken se podílí nejméně šest proteinů, přičemž hlavní jednotkou je protein CsgA. Tým vědců z Harvardovy univerzity představil platformu využívající produkce integrovaných nanovláken v biofilmu bakterií, angl. Biofilm-Integrated Nanofiber Display (BIND). Platforma umožňuje přesné genetické programování bakterie E. coli, která následně připojuje k proteinu CsgA funkční peptidy (viz obrázek). Tyto peptidy pak umožňují biofilmu geneticky modifikované bakterie různé nové funkce, jako je např. tvorba nanočástic, specifická substrátová adheze, imobilizace vybraných přírodních či umělých proteinů nebo jejich využijí jako programovatelných tlakových senzorů.

Zdroje:

1.           Cao Y., Feng Y., Ryser M. D., Zhu K., Herschlag G., Cao C., Marusak K., Zauscher S., You L. (2017): Programmable assembly of pressure sensors using pattern-forming bacteria. Nature Biotechnology. doi: 10.1038/nbt.3978.

2.           Nguyen P. O., Botyanszki Z., Tay P. K. R., Joshi N. S. (2014): Programmable biofilm-based materials from engineered curli nanofibres. Nature Communications. doi:10.1038/ncomms5945.