Investigadores de la Universidad ITMO han desarrollado nanocontenedores especiales que pueden traducir las señales de luz en cambios metabólicos en las bacterias. Los contenedores constan de nanopartículas de dióxido de titanio recubiertas de plata y polímeros. Una vez que las partículas se calientan con irradiación láser, la conformación del polímero cambia y el recipiente se abre, liberar el contenido. Los científicos probaron el rendimiento del nuevo sistema utilizando un agente modelo, arabinosa. Sin embargo, se puede reemplazar con otras sustancias activas para usar los recipientes para la administración de medicamentos. La investigación fue publicada en Química del bioconjugado.
El problema de la resistencia bacteriana a los antibióticos es cada vez más importante, por lo que los científicos buscan constantemente formas alternativas de influir en el metabolismo de los microorganismos. Por ejemplo, Los investigadores ahora están tratando de controlar las bacterias por medios físicos, como la exposición a la luz. Los miembros del laboratorio SCAMT de la Universidad ITMO sugieren el uso de nanocontenedores especiales sensibles a la luz para controlar el metabolismo bacteriano.
Dichos nanocontenedores tienen una estructura porosa compuesta de dióxido de titanio con partículas de plata en la superficie. Esta estructura se carga con un agente activo a través de los poros. En este caso, fue L-arabinosa, un agente activo que causa luminiscencia en una cepa bacteriana especialmente seleccionada. Finalmente, la estructura está cubierta de polielectrolitos, que sellan los poros, evitando que la arabinosa se libere espontáneamente en solución. Una vez que los contenedores se colocan en un ambiente bacteriano, se irradian con un láser infrarrojo seguro para las bacterias. El láser calienta las partículas de plata, y los polielectrolitos cambian su conformación, abriendo los poros. Después, la arabinosa del recipiente ingresa al ambiente bacteriano desencadenando la luminiscencia.
"Usamos una cepa bacteriana especial que produce proteína verde fluorescente. Podríamos captar fácilmente esta señal y ver si el sistema funcionaba:¿se abrieron los contenedores cuando los irradiamos con el láser? De esta manera, podemos aprender a hablar con las bacterias, controlar su metabolismo y hacer que se desarrollen en una dirección diferente. Y todo esto con la ayuda de la luz, "comenta Anna Nikitina, el primer autor del artículo, miembro del Laboratorio SCAMT de la Universidad ITMO.
Según los científicos, los contenedores desarrollados podrían usarse para la administración controlada de medicamentos. En el futuro cercano, los investigadores están a punto de probar el sistema creado en un entorno bacteriano sólido, así como utilizar nuevas cepas bacterianas. Por ejemplo, cepas cuya radiación puede esterilizar el medio ambiente desde el interior.
"Esta investigación es importante ya que logramos mostrar el principio general del sistema. Se convirtió en un paso hacia una comprensión más profunda de los sistemas vivos. En el futuro, esto nos ayudará a comprender mejor la vida y a crear sistemas con un metabolismo específico por nuestra cuenta, hasta una célula artificial, "dijo Svetlana Ulasevich, investigador del Laboratorio SCAMT.
