REPOZITORIJ > REZULTATI

Povzetek

Naravno oblikovane mikrobne združbe so prisotne v obliki celičnih agregatov, ki z navzkrižnim izmenjevanjem metabolitov med člani združbe ustvarjajo niz različnih biokemičnih poti. Eden najpomembnejših dejavnikov, da se določene biokemične poti med bakterijami vzpostavijo, je ustrezna prostorska umestitev določene bakterije z njeno presnovno sposobnostjo znotraj bakterijske združbe. Nastanek zaprtih biogeokemičnih ciklov poveča presnovno učinkovitost in robustnost celotne združbe. Čeprav imajo številne bakterije niz optimiziranih presnovnih lastnosti, odsotnost začetnih pogojev, ki spodbujajo vezavo kompatibilnih bakterij, preprečuje, da bi te tvorile zaprte biokemične cikle. Če zagotovimo primerne pogoje na način, da najprej omogočimo združevanje celic med seboj in nato združimo skupaj najbolj kompatibilne, lahko sestavimo različne bakterije v skupke, podobno kot se to dogaja v naravi. Ker so bakterijske celice na površini nabite, lahko ta naboj spreminjamo z elektrostatičnim nanašanjem nasprotno nabitega polielektrolita (PE). Posledično se lahko nasprotno nabite bakterijske celice pritrdijo med seboj ali na površino materiala zgolj z elektrostatično interakcijo. Za simulacijo naravno združenih celičnih struktur smo želeli razviti metodo za spreminjanje površine bakterijske celice s pomočjo strategije odlaganja PE. Z njim smo preučevali biološke odzive, ki jih povzročajo spremembe lastnosti celične površine in fizična ujetost celic. Znanje o bioloških odzivih lahko tako uporabimo v svojo korist. Konstrukcija umetnih agregatnih struktur nam omogoča izvajanje posebnih biogeokemičnih ciklov v aplikativnih rešitvah na področjih bioremediacije, biotehnologije ali biomedicine.
Z našo raziskavo smo razvili pristop za nanašanje PE na površino bakterijske celice, s čimer smo spremenili naboj celične površine, nadzorovali čas prve celične delitve in vplivali na nastanek celične agregacije. Debelina prevleke je določila zakasnitev delitve celic in povečanje velikosti celic ter proizvodnjo zelenih fluorescentnih beljakovin (GFP) do 2 -krat oziroma 5 -krat. V nekaterih primerih je uvedba premaza PE povzročila zmanjšanje sposobnosti preživetja celic, zato smo na podlagi njihove odpornosti proti PE izbrali dva seva, da bi ocenili učinek PE na sposobnost preživetja celic in našli pogoje, ki niso zmanjšali preživetja. Ugotovili smo, da je toksičnost PE vezana na bakterijski sev in na pogoje izpostavljenosti PE, kar se je pokazalo z različnimi sposobnostimi preživetja bakterij. Za izboljšanje sposobnosti preživetja celic smo uporabili dva pristopa: (i) uporabo zmanjšane koncentracije PE ali (ii) uporabo acetilacije za zmanjšanje pozitivnega naboja PE, kar nam je omogočilo varno uporabo PE za vse bakterijske seve. Razširili smo tudi uporabni potencial naše metode, tako da smo jo združili z nanašanjem grafenskih in paramagnetnih nanodelcev (NP).
Metoda, ki smo jo razvili z raziskavo deluje na osnovi elektrostatične interakcije med delci, je vsestranska za pripravo umetnih skupkov, ki imajo različne presnovne sposobnosti in nam omogoča preučevanje fiziologije bakterijskih celic in izdelavo umetnih celičnih struktur s potencialom za biotehnološke, biomedicinske in okoljske rešitve.