Léčba infekcí způsobených zlatým stafylokokem (Staphylococcus aureus) dnes čelí vážné hrozbě – narůstající rezistenci na antibiotika. Tým pod vedením Zdeňka Farky z Masarykovy univerzity v Brně ve spolupráci s týmem Hany Lísalové ze Sekce optiky Fyzikálního ústavu AV ČR proto hledá nové cesty, jak efektivněji a rychleji vyhodnocovat účinnost tzv. fágových terapií, které by mohly nabídnout alternativu k tradičním antibiotikům. Klíčovou roli v tomto výzkumu hrají biosenzory, které umožňují sledovat odpověď bakterií v reálném čase. Výsledky výzkumu publikoval časopis Scientific Reports.
Ve své nedávno publikované studii představují výzkumné týmy nový biosenzorický přístup založený na technice QCM-D (Quartz Crystal Microbalance with Dissipation Monitoring), který umožňuje v reálném čase pozorovat, jak bakterie reagují na působení bakteriofágů, nebo jejich kombinace s antibiotiky. Oproti klasickým kultivačním metodám, které trvají dlouhé hodiny až dny, poskytuje biosenzor okamžité informace o tom, zda bakterie aktivně rostou, nebo se rozpadají v důsledku působení léčiv.
„Naše výsledky ukazují, že QCM-D biosenzorika může být silným nástrojem při vývoji nových terapií. Umožňuje totiž rychle a přesně vyhodnotit, jak různé látky působí na bakterie, “ shrnuje Hana Lísalová, vedoucí Laboratoře funkčních biorozhraní.
Nová studie ukazuje, že pomocí metody QCM-D je možné sledovat lýzi bakterií v reálném čase. To vědcům umožňuje téměř okamžitě pozorovat, jak bakterie reagují na fágové částice, bez nutnosti dlouhého čekání na výsledky kultivačních testů. Technologie rovněž umožňuje rozlišit, zda bakterie aktivně rostou, nebo se rozpadají v důsledku působení navázaných činidel. Za zvláště přínosný objev lze považovat potvrzení synergického efektu mezi bakteriofágem P68, virem, který napadá bakterie a rozkládá je (tzv. lytický fág), a antibiotikem amoxicilinem – tato kombinace zabraňuje shlukování bakterií a zvyšuje účinnost léčby.
„Biosenzory se dnes uplatňují v celé řadě oblastí – od medicíny přes životní prostředí až po průmysl. Tento výzkum je pěkným příkladem toho, jak mohou spolupráce mezi výzkumnými institucemi přinášet konkrétní a prakticky využitelné výsledky,“ dodává Alexandr Dejneka, vedoucí Sekce optiky Fyzikálního ústavu AV ČR.
Vyvinutá metoda má velký potenciál i do budoucna – nejen pro základní výzkum biofilmů a mechanismů bakteriální rezistence, ale i pro rychlé testování účinnosti různých fágů, antibiotik a jejich kombinací přímo na klinických vzorcích. Díky nízkým nákladům na senzory, možnosti automatizace a rychlé interpretaci výsledků se tato technologie může stát užitečným nástrojem v klinické praxi i při vývoji nových léčebných postupů.
Schématické znázornění průběhu experimentu na povrchu senzoru QCM-D.
(A) Sledování lýzy bakterií působením lysostaphinu s detailem štěpení pentaglycinového můstku bakteriálního peptidoglykanu.
(B) Fágem zprostředkovaná lýza na senzoru s detailem lytického cyklu fága v bakterii.