Учёные из Шэньчжэньского института передовых технологий совместно с Хуачжунским университетом науки и технологий создали штамм синегнойной палочки, добавив в неё фотоактивированный ген. Это позволило исследователям изучить динамику распространения бактерии и напрямую влиять на темпы роста колонии. 

Синегнойная палочка (Pseudomonas aeruginosa) вызывает в организме человека и других животных гнойно-воспалительные процессы. В естественных условиях содержится в почве, воде, растениях и на коже человека. Синегнойная инфекция, вызванная P. aeruginosa, стала распространённой внутрибольничной инфекцией по причине предрасположенности к заражению у людей с пониженным иммунитетом. Лечение затрудняется наличием устойчивости к воздействию антибиотиков, поэтому исследователи ищут новые способы борьбы с бактерией.

При разработке методов лечения исследователи учитывают имеющуюся информацию о возбудителе, включая поведение отдельных бактерий и колоний. Для изучения подобной активности у P. aeruginosa китайские исследователи создали штамм pactm со светозависимым внутриклеточным уровнем циклического аденозинмонофосфата (цАМФ), введя в бактерию фотоактивированный ген аденилатциклазы (bPAC). 

цАМФ — это органическое соединение, которое контролирует метаболизм углерода, образование органических соединений и степень заразности бактерии по отношению к организму. цАМФ также влияет на уровень выработки многокомпонентных белков, отвечающих за физиологические функции бактерии. Манипулируя внутриклеточными уровнями цАМФ, исследователи контролируют активность бактерии. Введя в бактерию bPAC, учёные сделали цАМФ чувствительным к синему свету, что привело к повышению в 15 раз экспрессии промотора (участка ДНК), реагирующего на цАМФ. Также в 8 раз увеличивалась интенсивность подёргиваний бактерий.   

Исследователи ввели штамм pactm под кожу мышам и обрабатывали заражённые участки синим светом. Через два дня площадь заражения увеличилась в 14 раз.

Удалось достичь и направленного роста бактерий за счёт освещения необходимых участков кожи. При прекращении обработки активность бактерий возвращалась к прежним показателям. 

Следующий этап — разработка нового метода борьбы с бактериями. Благодаря полученным результатам, учёные сформируют экспериментальные модели контролируемых инфекций для отслеживания распространения, взаимодействия и реакций на лекарственные средства у P. aeruginosa и других возбудителей инфекций. Кроме того, новую методику можно будет адаптировать для точечной доставки лекарств с помощью бактерий и их фотоактивации в нужном месте.

Материалы исследования опубликованы в статье «Optogenetic Modification of Pseudomonas aeruginosa Enables Controllable Twitching Motility and Host Infection» в журнале ACS Synthetic Biology DOI: 10.1021/acssynbio.0c00559