东京慈惠会医科大学副教授杉本真也和教授金城雄树等人,研发了使细菌和霉菌(真菌)在物体表面形成的“生物膜”聚合体瞬间变透明的技术。利用该技术可以使用显微镜详细分析细节,有助于研究生物膜引起的感染症。由于是在保持细菌存活的状态下使其透明,因而可以分析薄膜的形成过程和抗菌药失效的机制,推动开创感染症的治疗方法。
此次研发的技术可使生物膜瞬间变透明(右图)(供图:慈惠会医科大学)
生物膜是细菌等微生物在物体表面增殖而形成的膜状聚合体。厨房的洗碗池和浴室中的粘性物质是常见的例子,牙齿表面形成的牙垢则是导致蛀牙的原因。
在医疗现场,生物膜也是引起感染症的主要原因。如果在导管(医用细管)或人工关节等植入体内的机器表面形成了生物膜,就难以对感染症产生免疫反应,或难以使抗菌药起效。
杉本副教授等人发现,如果加入被用于X射线检查的造影剂等的化合物 “碘海醇”,生物膜就会变透明。并通过调整浓度等条件研发出一项技术,使厚度超过0.5mm的生物膜也能在几秒内变透明。光可穿过薄膜内部,因而可用光学显微镜详细观察。
通过在抗菌药(甲氧西林)失效的耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)生物膜上进行试验,研究团队掌握了生物膜的微细结构和蛋白质的位置。MRSA以外的细菌和真菌的薄膜也可以变透明。
在保持细菌存活的状态下观察到了耐甲氧西林金黄色葡萄球菌形成生物膜的情况(图为培养开始6小时后)(供图:慈惠会医科大学)
使薄膜内的微生物在存活状态下透明化,可以进行三维观察。研究团队使用了对细胞毒性低的化合物碘克沙醇来取代碘海醇。除了能够记录MRSA和霉菌形成生物膜的过程,还观察到了乳酸菌产生的抗菌物质杀灭MRSA的情况。
虽然此前也有使动物的组织和器官变透明的试剂,但用在生物膜上会出现不够透明、结构部分损坏等问题。杉本副教授等人着眼于九州大学的今井猛教授等人研发的透明化试剂中所含的碘海醇,从而取得了此次的成果。
杉本副教授表示,如果能进一步理解生物膜的结构和功能,“将有助于开创感染症的新预防方法和治疗方法”。生物膜中也有对人类有用的种类,如发酵食品的制造和污水处理等领域。杉本副教授等人预计此次的技术也可广泛应用于医疗以外的产业。以此次研究成果为基础的生物膜的透明化试剂,也已由东京化成工业(位于东京都中央区)进行投产。
日文:越川智瑛、《日经产业新闻》、2023/2/1
中文:JST客观日本编辑部