Биологи предложили находить микробные загрязнения на медоборудовании с помощью светящихся золотых «нанофонариков». Так исследователи назвали структуры, в которые входят ультрамалые частицы благородного металла. Подход обеспечивает в 10 раз большую чувствительность, чем стандартный метод диагностики. Он поможет предотвратить развитие внутрибольничных инфекций. Эксперты отмечают универсальность метода и то, что синтез препарата для проведения тестов можно осуществить в простых лабораторных условиях.
Нанофонарики
Ученые из саратовского Института биохимии и физиологии растений и микроорганизмов разработали новый эффективный способ для обнаружения микробных загрязнений медицинского оборудования. Для этого они используют ультрамалые частицы золота. Их размер составляет всего 1–2 нанометра. В таком виде благородный металл приобретает новые свойства: он светится. Этот эффект специалисты применили, чтобы «подсветить» биопленки — колонии микробных организмов.
— Для проведения тестов мы создали структуры, в которые входят наночастицы золота. Полученная на их основе «флуоресцентная краска» способна взаимодействовать с биопленкой и сохранять при этом светящиеся свойства, — рассказал «Известиям» один из основных исполнителей проекта младший научный сотрудник лаборатории нанобиотехнологии ИБФРМ РАН Даниил Чумаков.
В биопленке объединено порядка 95% всех бактерий. Например, это может быть налет, который остается на стенках сосудов, если в них долго была вода. Или плотные бактериальные маты (сообщества микроорганизмов) в пещерах. У человека микробные биопленки образуются на поверхности кожи, в ротовой полости, на стенках желудка и во многих других частях организма.
— Особую опасность представляют колонии патогенных бактерий. Например, они могут покрывать поверхности медицинского оборудования. Часто такие образования невозможно увидеть без специального оборудования. В нашем тесте частицы золота связываются с биопленками, в буквальном смысле высвечивая их, — пояснила руководитель проекта младший научный сотрудник ИБФРМ РАН Стелла Евстигнеева.
То есть золотые частицы выступают в качестве своеобразных «нанофонариков», которые позволяют обнаружить болезнетворные колонии.
Замки для микробов
Специалист пояснила, что главная задача предложенного метода — вовремя обнаружить микробное сообщество на медицинских изделиях и предотвратить их распространение. Это поможет оградить пациентов лечебных учреждений от заражения опасными инфекциями и защитит дорогостоящее медоборудование от преждевременной порчи. Вместе с тем ученые отметили универсальность этого способа.
— Биопленки чаще образуют мультимикробные системы. Поэтому важно, что частицы золота связываются не с бактериями, а с матриксом — веществом, которое они выделяют и которое связывает их друг с другом, — рассказала руководитель испытательного лабораторного центра, заведующая отделом подготовки кадров высшей квалификации Научно-исследовательского института эпидемиологии и микробиологии имени Пастера Анна Афиногенова.
Эксперт пояснила, что матрикс — это основа для биопленки, которая становится для микробов своеобразным домом-крепостью. Она защищает бактерии от внешней агрессии. Например, от дезинфицирующих средств.
— Микробные биопленки могут становиться причиной внутрибольничных инфекций — например, госпитальной пневмонии, заражения кровотока, мочевыводящих путей и многих других болезней. Они плохо поддаются лечению, так как у пациентов снижен иммунитет в результате основного заболевания, — пояснила Анна Афиногенова.
Простой синтез
В ходе исследований саратовские ученые разработали систему признаков, которая соотносит, каким образом светящиеся частицы взаимодействуют с биопленками, сформированными разными видами микробов. Это позволило применить тест на основе золотых наночастиц для распознавания бактерий. По словам специалистов, чувствительность метода в 10 раз выше, чем при стандартном способе идентификации биопленок.
Ученые рассчитывают, что новый способ будет востребован в различных медицинских учреждениях. Они отметили, что использование наночастиц золота требует минимального расхода этого металла.
— Нанокластеры золота легко получать в лаборатории. Их синтез не требует сверхусилий и занимает несколько дней. В зависимости от количества реактива можно получить требуемый объем «краски». В виде концентрата можно поставлять в лечебные учреждения, — рассказала Стелла Евстигнеева.
Она отметила, что разработанный тест применим для обнаружения биопленок на самых разных поверхностях, в том числе на покровных стеклах, поверхностях пробирок, различных катетерах.
В дальнейшем специалисты рассчитывают создать наноструктуры, которые позволят одновременно распознавать колонии патогенных микроорганизмов и эффективно разрушать их.
— Биопленки в тысячи раз повышают устойчивость патогенов к антибиотикам. Поэтому стерилизация медоборудования — это важное мероприятие для положительной динамики здоровья пациентов после операции. Визуализация биопленок облегчит их контроль и повысит качество современного здравоохранения, — пояснила научный сотрудник лаборатории «Неорганические наноматериалы» Университета науки и технологий МИСИС Елизавета Пермякова.
Она отметила, что недостаточная дезинфекция приборов и инструментов провоцирует до 80% осложнений после операций.
В настоящее время исследование саратовских ученых поддержано грантом Российского научного фонда. Результаты работы специалистов опубликованы в одном из авторитетных рецензируемых научных журналов, который специализируется в области прикладной аналитической химии.