Уже два десятилетия ученые предлагают новые методы лечения бактериальных инфекций, используя существующие в природе белки, известные как антимикробные пептиды (АМП). Ученые из Массачусетского технологического института (Massachusetts Institute of Technology – MIT) получили первые изображения, показывающие смертоносный эффект АМП, большинство которых убивают бактерии, создавая поры в мембранах бактериальных клеток.

Ученые из лаборатории профессора MIT Анджелы Бэлчер (Angela Belcher) модифицировали существующую чрезвычайно чувствительную технологию, известную как высокоскоростная атомно-силовая микроскопия (АСМ) для того, чтобы получить изображения бактерий в реальном времени. Этот метод, описанный в Nature Nanotechnology, представляет собой первый пример исследования живых клеток, использующий изображения с высоким разрешением, записанные в быстрой последовательности.

Использование этого вида высокоскоростной атомно-силовой микроскопии может позволить ученым изучить, как клетки реагируют на лекарственные препараты и вирусные инфекции, и понять, как некоторые бактерии становятся резистентными к АМП, – говорит Бэлчер, профессор материаловедения и инженерии и биоинженерии. (Ни один из АМП пока не был утвержден как лекарственный препарат).

Атомно-силовая микроскопия, изобретенная в 1986 году, широко используется для получения изображений веществ в наномасштабе. Ее разрешение аналогично разрешению электронной микроскопии, но, в отличие от нее, не требует вакуума и поэтому может применяться для изучения живых образцов. Однако традиционной АСМ требуется несколько минут, чтобы получить одно изображение, и поэтому она не может записать последовательность быстро протекающих событий.

За последние годы ученые развили техники АСМ, но не оптимизировали их для изучения живых клеток. Это и решили сделать исследователи их MIT, основываясь на экспериментах руководителя исследования Джорджа Фантнера (Georg Fantner), научного сотрудника лаборатории Бэлчер, работавшего над высокоскоростной атомно-силовой микроскопией в Университете Калифорнии – Санта-Барбара (University of California at Santa Barbara).

Атомно-силовая микроскопия использует кантилевер, оснащенный зондом, который «чувствует» поверхность образца. Силы между острием зонда и образцом можно измерить при движении зонда по образцу, выявляя тем самым рельеф поверхности. Ученые из MIT использовали кантилевер в 1000 раз меньший, что обычно используемый в АСМ, что позволило им увеличить скорость получения изображений без повреждения бактерий.

С помощью новой установки ученые смогли получать изображения каждые 13 секунд в течение нескольких минут. Они обнаружили, что вызванная АМП смерть клеток является двухэтапным процессом: быстрое разрушение клетки следует за коротким периодом инкубации. Они были удивлены тем, что время инкубационного периода колеблется от 13 до 80 секунд.

Не все клетки начинают умирать в одно и то же время, даже если они генетически идентичны и подвергаются воздействию одних и тех же пептидов, – говорит Роберто Барберо (Roberto Barbero), аспирант-биоинженер и автор статьи.

В ближайшем будущем Бэлчер надеется использовать атомно-силовую микроскопию для изучения других клеточных явлений, включая сборку вирусов в инфицированной клетке и эффекты традиционных антибиотиков на бактерии. Технология может оказаться полезной и для изучения клеток млекопитающих.