Rilevazione TEM di E. coli in fette ultrafini e analisi elementare. (A) Nel gruppo di controllo, le membrane cellulari sono distinte e il citoplasma è compatto. Non c'erano particelle altamente dense in queste cellule. (B e C) Le membrane cellulari dei batteri che sono state trattate con diverse concentrazioni di allumina sfusa (B, 5 mmol/l; C, 50 mmol/L) sono distinguibili, e il citoplasma è compatto. Non ci sono particelle altamente dense in queste cellule. (D ed E) Le membrane cellulari dei batteri che sono state trattate con diverse concentrazioni di nanoallumina (D, 5 mmol/l; E, 50 mmol/L) sono stati danneggiati, e l'entità del danno aumenta con l'aumentare della concentrazione di nanoallumina. C'erano anche molte particelle altamente dense nelle cellule (indicate dalle frecce), e il numero di particelle altamente dense aumentava con l'aumentare della concentrazione di nanoallumina. (barre della scala, 100 nm.) (F) La composizione degli elementi chimici nei batteri da D. L'alluminio elementare (da nanoallumina) ha dato i conteggi più alti; rame elementare originato dalla rete di rame, considerando che il piombo, arsenico, e altri elementi provenivano da liquidi coloranti o batteri. Immagine Copyright © PNAS, doi:10.1073/pnas.1107254109
(PhysOrg.com) -- La corsa agli armamenti tra un'efficace profilassi antibiotica e ceppi o specie di batteri strettamente correlati è in continua escalation. I batteri possono sviluppare rapidamente una resistenza genetica a una serie di trattamenti antibiotici, ma i geni possono diffondersi trasferimento coniugativo orizzontale a causa di antibiotici utilizzati in medicina e mangimi per animali, così come la crescente presenza nell'ambiente (ad esempio, approvvigionamento idrico e infiltrazioni di acque reflue). Inoltre, questo modello può raggiungere livelli globali nell'emergere dei cosiddetti superbatteri che possono essere estremamente difficili da trattare. Recentemente, scienziati del Key Laboratory of Risk Assessment and Control for Environment and Food Safety, presso l'Istituto di Salute e Medicina Ambientale di Tianjin, La Cina ha studiato il ruolo dei nanomateriali nel trasferimento genico coniugativo tra batteri. Inoltre, hanno studiato i meccanismi associati ai correlati morfologici, biochimico, e cambiamenti biologici molecolari. Hanno scoperto che la nanoallumina (una forma di alluminio) nell'acqua favorisce tale trasferimento di geni multiresistenti. Hanno concluso che le loro scoperte sono importanti per valutare il rischio ambientale dei nanomateriali nella produzione e nella distribuzione.
Jun-Wen Li, Zhigang Qiu, e altri ricercatori hanno detto PhysOrg che le principali sfide nel determinare il ruolo della nanoallumina nel promuovere il trasferimento di geni multiresistenza avevano a che fare con la costruzione del loro modello di trasferimento geni multiresistenza - in particolare, determinare come escludere gli effetti di tutte le variabili ad eccezione della nanostruttura dei materiali e come valutare i principali aspetti del trasferimento coniugativo. “Abbiamo progettato un disegno sperimentale ortogonale per valutare i principali fattori sul trasferimento coniugativo, e questo protocollo ha ridotto il numero di esperimenti che dovevamo eseguire”. dice Qiu. Il design ortogonale consente la valutazione affidabile di più variabili in un singolo esperimento.
“Abbiamo costruito il modello di trasferimento dei geni di resistenza utilizzando un plasmide di resistenza con funzioni di trasferimento coniugativo, " lui continua, "e ha acquisito molti recettori che contenevano una specifica resistenza agli antibiotici per induzione di mutazioni". Al fine di escludere gli effetti di altri fattori eccetto la nanostruttura dei materiali, hanno impostato una serie di esperimenti di controllo.
Ulteriori innovazioni sono possibili, Li aggiunge. “È possibile analizzare quantitativamente l'occorrenza transconiugante rispetto al tempo usando la cinetica, comprese le forme di azione di massa. Ciò fornirebbe un trattamento simultaneo di questi processi in un'interpretazione dei dati più rigorosa. Inoltre, osserva Qiu, ci sono due aspetti nella prossima fase di ricerca del nostro team. “In primo luogo, studieremo l'effetto di più nanomateriali, compresi diversi tipi, tipi e dimensioni di cristallo, sul trasferimento coniugativo del gene di resistenza per migliorare i dati sull'impatto dei nanomateriali sul trasferimento genico. In secondo luogo, " lui continua, "Effettueremo gli esperimenti per valutare gli effetti dei nanomateriali sul trasferimento del plasmide nudo nelle cellule viventi mediante trasmissione e trasduzione". (Trasmissione e trasduzione sono le altre due vie per il trasferimento genico mediato da plasmidi.) Infine, sono d'accordo che è possibile passare a in silicone modellazione.
Quanto a come le loro scoperte potrebbero avere un impatto sullo sviluppo della medicina, tecnologie e pratiche sanitarie e ambientali, Li e Qiu sottolineano che “Nonostante il fatto che la nanotecnologia sia spesso descritta come una tecnologia futura, pochi si rendono conto che i nanomateriali sono in realtà già utilizzati in un'ampia varietà di prodotti di consumo - e molte nuove nanotecnologie e nanomateriali sono allo studio per essere applicati alla medicina, sanità e ambiente. Molte persone sono preoccupate per l'esposizione dei nanomateriali, e il nostro lavoro è solo una piccola parte di tutto il lavoro per valutare l'effetto delle nanoparticelle”. Però, sottolineano che i loro risultati sono direttamente correlati a questioni mediche, fattori sanitari e ambientali.
"Per esempio, ” illustrano, “Sono stati studiati molti nuovi materiali da utilizzare come vettori di farmaci. Dobbiamo valutare gli effetti di questi nanomateriali sui batteri resistenti agli antibiotici nel nostro corpo prima l'applicazione pratica di questi nanomateriali. Anche, "proseguono, “i nanomateriali utilizzati come agenti antisettici o antibatterici nell'assistenza sanitaria, e come adsorbenti e ossidanti nella tecnologia e nelle pratiche ambientali, deve essere valutato completamente. Riteniamo che i nostri risultati migliorino notevolmente lo sviluppo della medicina, tecnologie e pratiche sanitarie e ambientali, e rendere più sicure le applicazioni dei nanomateriali”.
Più lontano, Qiu and Li conclude that important technologies and applications to transfer exogenous genes into cells, which have been widely used in the field of molecular biology – such as conjugative transfer, transmission, transduction and transfection – might benefit from their findings. “Nanomaterials might promote those processes and enhance transfer efficiency of exogenous genes.”
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