Итальянские исследователи создали экран, изображение в котором формируется с помощью светочувствительных бактерий и проектора, который выводит на экран негатив изображения. Принцип работы экрана основан на том, что бактерии двигаются быстрее в сильно освещенных областях и скапливаются в слабо освещенных областях. Статья опубликована в журнале eLIFE.
Ученые нередко используют бактерий в качестве основы сложных электронных устройств. К примеру, с их помощью удалось создать датчик кровотечения в кишечнике, напечатанную на бумаге солнечную панель и даже массив логических вентилей для обработки сигналов. Кроме того, некоторые исследователи научились рисовать бактериями. Обычно для этого применяют вещества, провоцирующие выработку пигментов или вызывающие другую пространственно-варьирующуюся реакцию, а некоторые исследователи использовали для этого облучение светом с разными длинами волн. Однако почти все эти разработки объединяет то, что изображение можно создать лишь один раз.
Роберто Ди Леонардо (Roberto Di Leonardo) и его коллеги из Римского Университета Ла Сапиенца создали экран с бактериями, позволяющий формировать в нем изображения с помощью облучения видимым светом и впоследствии менять это изображение. В основе системы лежат генетически модифицированные бактерии кишечной палочки, экспрессирующие светочувствительный белок протеородопсин. Благодаря этому белку облучение увеличивает скорость движения бактерий.
Созданная исследователями установка состоит из капилляра с бактериями, с одной стороны от которого располагается светодиод, просвечивающий капилляр насквозь, а с другой установлено полупрозрачное зеркало, которое отражает зеленый цвет от проектора и пропускает красный цвет от светодиода к камере.
Поскольку бактерию можно рассматривать как случайно двигающийся объект, плотность размещения бактерий в пространстве обратно пропорциональна скорости движения. Другими словами, бактерии создают «затор» в областях с низким освещением. Из-за такой зависимости плотности от освещения исследователи решили проецировать на капилляр не само изображение, а его негатив. Благодаря этому бактерии скапливаются в областях, в которых интенсивность неинвертированного изображения высока.
Авторы также оснастили систему алгоритмом, который раз в 20 секунд проверяет реальное изображение, сформированное бактериями, и сравнивает его с образцом. После вычисления различий алгоритм создает немного измененную проекцию, которая должна приблизить реальное изображение к эталону.
В прошлом году американские ученые создали штамм кишечной палочки, реагирующий на красный, зеленый и синий цвета и вырабатывающий соответствующие пигменты. Таким способом ученые смогли создать несколько цветных изображений, в том числе прыгающего Марио из известной игры.
Григорий Копиев
Бактерии научились инактививровать антибактериальную ДНК-гиразу
Немецкие ученые выяснили, что супербактерии, сохранявшие чувствительность к экспериментальному антибиотику альбицидину, защитились от него с помощью амплификации гена STM3175. Этот ген отвечает за регуляцию транскрипции малых молекул с доменом связывания, подобным ингибитору ДНК-гиразы — основы антибиотика альбицидина. Такое увеличение копии гена приводит к тысячекратному повышению уровня резистентности к препарату. Исследование опубликовано в PLoS Biology. В 2019 году почти пять миллионов человек погибло из-за бактерий, устойчивых к большинству известных антибиотиков, — супербактерий. По оценкам ученых к 2050 году это число увеличится в два раза. Основной причиной развития резистентности к противомикробным препаратам признано нерациональное их использование в медицине, ветеринарии и зоотехнии в сочетании с недостаточным пониманием механизмов бактериальной резистентности. Однако влияют и другие факторы: например, загрязнение атмосферы. Ученые постоянно ищут новые молекулы, которые были бы активны против супербактерий. Таким многообещающим соединением стал альбицидин — фитотоксичная молекула, вырабатываемая бактерией Xanthomonas albilineans, в исследованиях была эффективна против целого ряда супербактерий. Альбицидин ингибирует активность бактериальной ДНК-гиразы (топоизомеразы II) и эффективно действует на ковалентный комплекс ДНК и гиразы в крайне низких концентрациях. В нескольких исследованиях уже сообщалось о развитии резистентности к этой молекуле у некоторых бактерий, однако ее механизмы оставались не до конца выясненными. Команда ученых под руководством Маркуса Фульда (Marcus Fulde) из Свободного университета Берлина изучала механизмы резистентности к альбицидину, которая развилась у Salmonella typhimurium и Escherichia coli. Для этого они подвергали бактерии воздействию высоких концентраций более стабильного аналога антибиотика и наблюдали за ростом колоний в течение 24 часов. Из 90 протестированных клонов 14 показали рост в этих условиях. Секвенирование генома этих штаммов показало, что большинство (девять штаммов) несет мутации в гене tsx, ответственном за экспрессию нуклеозидспецифичного порина, что в 16 раз увеличивало минимальную ингибирующую концентрацию (MIC) антибиотика. Один из оставшихся пяти резистентных штаммов с интактным геном tsx демонстрировал более чем стократное повышение MIC, и анализ данных секвенирования его ДНК выявил амплификацию гена, приводящую к образованию 3-4 копий геномной области без однонуклеотидных полиморфизмов. При дополнительном анализе этого штамма ученые выяснили, что перекрывающаяся амплифицированная область содержит ген STM3175, который транскрибируется полицистронно в структуре оперона и N-концевой части qseB. Более тщательное изучение аминокислотной последовательности показало, что STM3175 состоит из 2 доменов: N-концевого AraC-подобного ДНК-связывающего домена и C-концевого GyrI-подобного лиганд-связывающего домена. Ученые обнаружили, что такая структура позволяет STM3175 связывать альбицидин с высокой аффинностью и инактивировать его. У разных бактерий обнаружились гомологи этого гена с теми же функциями, при этом на эффект других антибактериальных препаратов они не влияли. Знание нового механизма развития устойчивости к альбицидину позволит ученым разрабатывать новые способы модификации молекулы, чтобы обойти этот механизм. Ранее ученые обнаружили антибактериальную молекулу с широким спектром действия, которая не вызвала резистентности у микроорганизмов.