Ученые из Казанского федерального университета (КФУ) и Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» разработали неинвазивный метод определения биопленок – микробных сообществ, устойчивых к антибиотикам. Этот подход открывает перспективы для персонализированного лечения бактериальных инфекций.
Биопленки представляют собой сложные структуры, в которых микроорганизмы защищены внеклеточным полимерным матриксом. Они часто становятся причиной хронических инфекций и неэффективности терапии, особенно когда в их состав входят несколько видов бактерий. В таких случаях между микроорганизмами возникают сложные взаимодействия, существенно влияющие на свойства всего сообщества. Для успешного лечения необходимо быстро и точно определить состав микробного консорциума.
Целью исследования была оценка возможности гиперспектрального анализа для неинвазивной диагностики биопленок. Эта технология позволяет фиксировать отраженный от объекта свет в различных спектральных каналах, создавая его уникальный «оптический паспорт». Это возможно без проведения микробиологического посева и выделения отдельных культур микробов.
«Механизмы, определяющие видоспецифичность гиперспектрального профиля, пока не полностью изучены. Мы еще не выяснили, что является определяющим фактором: химический состав внеклеточного матрикса или морфологические характеристики биопленки. Вероятно, наблюдаемый эффект имеет комплексный характер, и точные механизмы предстоит установить в будущем», – отметил заведующий кафедрой генетики Высшей школы биологии Института фундаментальной медицины и биологии КФУ Айрат Каюмов.
Моделирование биопленок и биохимический анализ их матрикса проводились в КФУ, а гиперспектральные измерения и анализ данных с использованием методов глубокого машинного обучения – в «ЛЭТИ». Результаты экспериментов показали, что каждая изученная биопленка имеет уникальный спектр отражения. Важно, что спектрограммы смешанных сообществ не представляют собой простую сумму спектров отдельных видов, а отражают их сложное нелинейное взаимодействие, сохраняя при этом признаки, позволяющие идентифицировать участников консорциума.
Исследователи считают, что полученные данные открывают перспективы для создания устройств для экспресс-диагностики. В будущем врачи смогут использовать компактные гиперспектральные сканеры для быстрого определения состава биопленки на ранах или поверхности имплантатов и подбора таргетированной терапии.
«Основная задача сейчас – тестирование на реальных биологических поверхностях, таких как кожа и слизистые, а также на объектах, загрязненных органическими веществами. Это позволит определить, соответствует ли порог детекции клинически значимым концентрациям на этапе ранней колонизации», – подчеркнул Каюмов.
Источник: ТАСС
распечатать статью
