Выращивание биопленки микобактерий в качестве модели для изучения устойчивости к противомикробным препаратам
12 июля 2024 г.
В этом протоколе описан надежный метод получения биопленки пленки. Метод может быть масштабирован на различные объемы культур, что позволяет легко использовать его для различных экспериментальных целей. Дизайн метода позволяет качественно или количественно оценить биопленкообразующий потенциал нескольких видов микобактерий.
Наши исследования сосредоточены на бактериальном метаболизме, особенно на энергетическом метаболизме, который имеет решающее значение для роста и выживания. Несмотря на обширные биохимические и структурные данные, понимание на системном уровне и механизмы адаптации остаются неясными. Мы стремимся углубить эти знания и решить проблему устойчивости к противомикробным препаратам.
Наш протокол повышает физиологическую значимость лабораторных экспериментов за счет использования биопленок, которые лучше имитируют естественный рост бактерий, чем планктонные методы. Адаптация микробактериальных биопленок обеспечит отличную систему для понимания образа жизни гена, а также предложит систему скрининга на наличие противомикробных препаратов. Мы не первые, кто начал производить биопленки микобактерий.
Существует несколько групп, использующих это в качестве модели. Наша мотивация при создании этого протокола заключалась в том, чтобы максимально упростить процедуры, чтобы как можно больше лабораторий могли адаптировать эту систему в качестве модели.
Обзор
В данной работе представлен масштабируемый протокол создания плесневых биопленок (пелликул), с особым акцентом на виды микобактерий. Данный подход повышает физиологическую релевантность лабораторных экспериментов за счет более эффективного имитирования естественного роста бактерий по сравнению с традиционными методами культивирования в планктонном состоянии.
Основные компоненты исследования
Область исследований
- Бактериальный метаболизм
- Формирование биопленки
- Антимикробная резистентность
Теоретические сведения
- Понимание энергетического метаболизма бактерий имеет решающее значение для их роста и выживания.
- Существующие методы работы с микобактериальными биопленками могут быть сложными и не имеют широкого применения.
- Упрощение процесса создания биопленок может способствовать более активному внедрению этого метода в исследования.
Используемые методы
- Разработка пелликулярных биопленок с использованием Mycobacterium smegmatis.
- Протоколы инокуляции культур и измерения роста биопленок.
- Оценка развития биопленок с помощью методов визуального анализа и измерения массы.
Основные результаты
- Образование биопленки стало заметным с третьего дня и достигло зрелости к пятому дню.
- Добавление глюкозы усилило ретикуляцию культур.
- Данный протокол представляет собой надежный метод тестирования противомикробной эффективности против биопленок.
Выводы
- В данном исследовании представлен упрощенный и эффективный метод создания биопленок микобактерий.
- Данный протокол актуален для изучения образа жизни бактерий и скрининга противомикробных препаратов.
Часто задаваемые вопросы
Практическая значимость для отрасли
Модели микобактерий на основе биопленок восполняют критический пробел в исследованиях антимикробной резистентности, воспроизводя физиологически значимые состояния роста бактерий. Эта система позволяет проводить более точную прогностическую оценку эффективности антимикробных препаратов и способствует снижению рисков на ранних стадиях проверки терапевтических гипотез. Ее масштабируемость и адаптивность делают ее базовым инструментом для проведения широкомасштабного скрининга портфеля препаратов и валидации мишеней в области исследований и разработок (R&D) методов лечения инфекционных заболеваний.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Ранний поиск и валидация мишени
- Позволяет изучать механизмы антимикробной резистентности в контексте биопленок, имеющих значение для патологии.
- Обеспечивает функциональную валидацию мишеней в физиологически релевантных условиях роста.
- Способствует снижению рисков при изучении механизмов за счет моделирования естественной многоклеточности бактерий.
Скрининг и разработка анализа
- Обеспечивает воспроизводимую платформу для количественной и качественной оценки образования биопленок.
- Позволяет проводить стандартизированную оценку эффективности соединений против бактерий, встроенных в биопленку.
- Поддерживает масштабируемость анализа и его адаптацию для различных видов микобактерий с минимальными изменениями протокола.
Трансляционные и доклинические исследования
- Приводит модели in vitro в соответствие с бактериальными состояниями, характерными для условий in vivo, для повышения трансляционной значимости.
- Обеспечивает непрерывность процесса от раннего этапа поиска до доклинического скрининга антимикробных препаратов.
- Снижает трансляционный риск за счет моделирования фенотипов резистентности, наблюдаемых в клинических условиях.
Интеграция конвейеров и рабочих процессов
Данный метод культивирования биопленок интегрирован в континуум от этапа поиска до доклинических исследований, обеспечивая как валидацию мишеней, так и идентификацию перспективных соединений для противомикробных программ.
- Открытия в биологии: Совершенствует проверку гипотез о механизмах резистентности в многоклеточных бактериальных системах.
- Скрининг: Обеспечивает воспроизводимые количественные результаты для приоритизации соединений.
- Аналитика: Позволяет измерять массу биопленки и проводить визуальную оценку для сравнительных исследований.
- Трансляционные исследования: Связывает результаты, полученные in vitro, с бактериальными фенотипами, имеющими значение для патологий.
- Корпоративное повторное использование: Предлагает гибкий, масштабируемый протокол, адаптируемый к различным экспериментальным целям.
Влияние на операционную деятельность и предприятие
- Научная ценность: повышает прогностическую уверенность в моделировании эффективности и резистентности антимикробных препаратов.
- Практическая ценность: упрощает внедрение протокола и стандартизирует анализ биопленок в разных исследовательских группах.
- Стратегическая ценность: улучшает процесс принятия решений о продолжении или прекращении разработки (go/no-go) за счет получения физиологически релевантных данных на ранних этапах.
- Влияние на портфель: позволяет проводить приоритизацию кандидатов в антимикробные препараты с учетом рисков, направленную на преодоление резистентности, связанной с биопленками.
Особенности реализации
- Требуется опыт работы с бактериальными культурами и владение методами стерильной техники.
- Необходим доступ к стандартному микробиологическому оборудованию и аналитическим инструментам для количественного определения биопленок.
- Требуется стандартизация между исследовательскими группами для обеспечения воспроизводимости результатов в многоцентровых исследованиях.
- Метод может быть адаптирован для различных видов микобактерий с внесением незначительных изменений в протокол.
- Ограничено моделированием in vitro; не учитывает взаимодействия между хозяином и патогеном.
