Spoiwo, bariera, mechanizm obronny, kooperatywa i dom w jednym. Poczuł go każdy z nas, jeśli przez kilka dni nie mył zębów: bakteryjny biofilm. To pradawna adaptacja najbardziej prymitywnych organizmów zwiększająca ich szanse na przetrwanie, a zarazem niewdzięczny przedmiot badań. Niewdzięczny, bo niełatwo jest na niego popatrzyć pod skaningowym mikroskopem elektronowym.

Naukowcom zaś na tym wyjątkowo zależy, bo to najpotężniejsze narzędzie w naszym arsenale do podglądania świata w skali mikro i nano. Niestety, bardzo trudno przygotować odpowiednie próbki; badacze opowiadają o problemach chociażby na ResearchGate – sieci społecznościowej ludzi nauki.

Dlatego po latach badań nad biofilmami dr hab. n. med. Robert Wojtyczka ze Śląskiego Uniwersytetu Medycznego (ŚUM) w Katowicach doszedł do wniosku, że warto byłoby w końcu dokładniej obejrzeć przedmiot swoich dociekań. – To tak, jak po paru miesiącach znajomości przez internet móc wreszcie zobaczyć osobę, z którą do tej pory wyłącznie się korespondowało – mówi badacz.

Gdzie mi tu z tym szkłem

To jednak nie jest proste, bo skaningowy mikroskop elektronowy i biofilmy nie są dla siebie stworzone. Próbki w tym urządzeniu umieszczane są w próżni, co stanowi wyzwanie dla badaczy struktur ożywionych, które w większości składają się z wody. Wymagają więc one uprzedniego osuszenia, co może prowadzić do zmian w ich strukturze – a nie trzeba nikogo przekonywać, że najlepiej badać próbki bez deformacji.

Co więcej, ten typ mikroskopu tworzy obraz, bombardując przedmiot wiązką elektronów o wysokiej energii. Jeśli badany przedmiot nie zostanie umieszczony na przewodzącym materiale, to na nim odłoży się ładunek – nie tylko prowadząc do degradacji próbki, lecz także wytwarzając artefakty na zdjęciach. Tymczasem bakterie namnaża się na podłożach stałych lub płynnych. Co prawda można byłoby je potem jakoś przenieść na podłoże szklane lub z tworzywa, niemniej jednak uszkodzenia biofilmu są wówczas pewne.

– Chodziło więc o to, by pogodzić ogień z wodą: znaleźć taki sposób na hodowlę biofilmu, by możliwie bezproblemowo można było go zbadać pod mikroskopem elektronowym – tłumaczy dr hab. n. med. Arkadiusz Dziedzic z ŚUM, który także uczestniczył w pracach nad wynalazkiem. Przebłysk pojawił się któregoś dnia w pracowni prof. Ewy Talik. – Trzymając w ręku zniszczone w mikroskopie elektronowym próbki, Robert powiedział: „A może tak węgiel?” – wspomina dr Dziedzic.

Rośnie jak na węglu

Węgiel wydawał się kandydatem tak oczywistym, że aż trudno było uwierzyć, że wcześniej na to nie wpadli. Normalnie w mikroskopii elektronowej próbki umieszcza się na specjalnych podłożach węglowych (wymóg przewodzenia), dodatkowo napylając je jonami metali, np. złota (tak działa urządzenie w pracowni prof. Talik). Był tylko jeden problem – w jaki sposób zmusić bakterie, żeby rosły na węglu?

Rozwiązaniem okazała się specjalna próbówka, która w środku ma silikonowy albo metalowy pierścień. W niego wkładamy węglowy krążek – ten, który później trafi pod mikroskop. Następnie wlewamy do próbówki pożywkę, dzięki której będą rosły bakterie – ale w taki sposób, żeby zanurzony był cały krążek. Resztą zajmie się natura. Pływające w pożywce bakterie prędzej czy później przyczepią się do węglowego podłoża, a następnie zaczną wydzielać związki, dzięki którym powstanie „lepiszcze” biofilmu – substancja, w której schronią się mikroby.

Pod koniec filmu

Po co właściwie podglądać biofilmy? – Żeby jak najwięcej się o nich dowiedzieć. Wiele gatunków bakterii jest wyjątkowo szkodliwych, kiedy posiadają zdolność do produkcji biofilmu i przez to stają się groźne. Co więcej, bakterie w biofilmie, nawet jeśli są podatne na działanie antybiotyku, potrafią się przed nim obronić, jeśli otulą się płaszczem z produkowanych przez nie substancji oraz swoimi sąsiadami – tłumaczy dr Dziedzic.

Magazyn DGP 21 lutego 2020

Magazyn DGP 21 lutego 2020

źródło: Dziennik Gazeta Prawna

Doskonałym przykładem jest należąca do rodzaju gronkowców bakteria powodująca zakażenia oportunistyczne (u osób o obniżonej odporności), którą przez większość życia zawodowego badał dr Wojtyczka: staphylococcus epidermidis. To mikrob występujący na naszej skórze, ma jednak tę nieprzyjemną właściwość, że potrafi dostać się do wnętrza organizmu – np. podczas operacji – i wygodnie się tam umościć, tworząc biofilm, np. na powierzchni implantów.

Opracowana przez naukowców ze Śląska metoda daje badaczom dodatkowe, proste w obsłudze narzędzie diagnostyczne – możliwość przyjrzenia się nieproszonemu gościowi pod mikroskopem. 

Eureka! DGP

Trwa siódma edycja konkursu „Eureka! DGP – odkrywamy polskie wynalazki”, do którego zaprosiliśmy polskie uczelnie, instytuty badawcze i jednostki naukowe PAN. Do końca maja w Magazynie DGP będziemy opisywać wynalazki nominowane przez naszą redakcję do nagrody głównej. Rozstrzygnięcie konkursu nastąpi na początku czerwca. Nagrodą jest 30 tys. zł dla zespołu, który pracował nad zwycięskim wynalazkiem, ufundowane przez Mecenasa Polskiej Nauki – firmę Polpharma, oraz kampania promocyjna dla uczelni lub instytutu o wartości 50 tys. zł w mediach INFOR Biznes (wydawcy Dziennika Gazety Prawnej), ufundowana przez organizatora