Ако някога сте усещали зъбите си размити, след като сте пропуснали да ги почистите, значи сте се сблъскали с биофилм - слузест бактериален слой, който се задържа по повърхностите. В медицинските заведения биофилмите затрудняват лечението на инфекциите, тъй като образуват предпазен щит за бактериите върху устройства като катетри и импланти.

Учени от Калифорнийския университет в Ривърсайд са открили химикал, който растенията произвеждат, когато са стресирани, и който предотвратява образуването на биофилм. Пробивът предлага потенциален напредък в здравеопазването, както и в предотвратяването на корозията на оборудването в промишлени условия.

„Най-просто казано, биофилмите са общности от микроорганизми, като бактерии или гъбички, които се слепват и образуват защитен слой върху повърхности“, казва Катайон Дехеш, изтъкнат професор по молекулярна биохимия в Калифорнийския университет и автор на изследването за откритието.

„Вероятно сте ги виждали като слузестия слой върху речните камъни или плаката по зъбите си. Въпреки че са естествена част от много екосистеми, биофилмите могат да причинят големи проблеми.“

Проучването, публикувано в списание Nature Communications, подчертава значението на конкретен метаболит, който е молекула, произвеждана по време на поддържащите живота химични реакции в растенията, както и в бактериите и дори в някои паразити, като този, който причинява малария.

При растенията този метаболит, наречен MEcPP, играе решаваща роля не само в производството на основни съединения, но и в сигнализирането за стрес. Например когато растението е повредено по някакъв начин и в клетките му навлиза твърде много кислород, то натрупва MEcPP. След това тази молекула задейства защитни реакции в него. Изследователите откриват, че същата молекула има изненадващ ефект върху бактерии като E. coli: тя нарушава развитието на биофилм, като пречи на способността му да се прикрепя към повърхности.

В медицинските заведения биофилмите се развиват върху устройства като катетри, стентове или импланти, което затруднява лечението на инфекциите, тъй като микробите в биофилмите са силно резистентни към антибиотици. В промишлени условия запушват тръбите, замърсяват оборудването за преработка на храни и причиняват корозия.

„Като предотвратява ранните етапи от развитието на биофилма, тази молекула предлага реален потенциал за подобряване на резултатите във всички отрасли, които зависят от чисти повърхности“, казва Дехеш.

Бактериите разчитат на подобни на косъмчета структури, наречени фимбрии, за да се закрепят към повърхностите, което е критична стъпка в инициирането на биофилм. Фимбриите помагат на бактериите да се закрепят за медицински импланти, тръби или дори зъби, където отделят защитна матрица, която ги предпазва от антибиотици и почистващи препарати. Без фимбрии образуването на биофилм не може да започне.

„Биофилмите са нещо като крепости за бактериите“, казва Джинджъ Гуо, учен по проекта на Калифорнийския университет в Ривърсайд и първи автор на статията. „Като прекъсва началната фаза на прикрепване, MEcPP по същество обезсилва способността на бактериите да създават тези крепости.“

Чрез генетичен скрининг на повече от 9000 бактериални мутанти изследователският екип идентифицира ключов ген, наречен fimE, който действа като „изключвател“ за производството на фимбрии. MEcPP засилва активността на този ген и увеличава експресията на fimE. Това от своя страна пречи на бактериите да произвеждат фимбрии и да образуват биофилми.

„Нашето откритие може да вдъхнови стратегии за предотвратяване на биофилми в широк спектър от индустрии“, казва Гуо. „Възможностите са огромни - от по-чисти водни системи до по-добри продукти за зъболечение.“

Биофилмите са не само медицински проблем, но и скъпоструваща пречка в промишлените среди. Те допринасят за запушването на тръбопроводи, корозията на машини и замърсяването на съоръжения за преработка на храни. Традиционните методи за справяне с биофилмите често разчитат на агресивни химикали или скъпи препарати, които могат да бъдат вредни за околната среда или неефективни с течение на времето, тъй като бактериите се адаптират.

„Това изследване е доказателство за неочакваните връзки между растителната биология и микробиологията“, казва Гуо. „Вълнуващо е да мислим, че молекула, която растенията използват, за да сигнализират за стрес, един ден може да помогне на хората в борбата с бактериалните заплахи.“

Източник: Phys.org