Разработан метод неинвазивной идентификации биопленок по "оптическому отпечатку"

КАЗАНЬ, 27 января. /ТАСС/. Исследователи Казанского федерального университета (КФУ) и Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета "ЛЭТИ" разработали метод неинвазивной идентификации биопленок - микробных сообществ, устойчивых к антибиотикам. Полученные данные открывают путь к персонализированной терапии бактериальных инфекций, сообщили ТАСС в пресс-службе Минобрнауки РФ.

"Ученые продемонстрировали, как гиперспектральный анализ - технология "оптического отпечатка" способен в режиме реального времени определять видовой состав бактериальных сообществ, биопленок, и выявлять наличие в них опасных микроорганизмов, что является ключом к эффективному лечению инфекций", - говорится в сообщении.

Как пояснили ученые, биопленки - это сложные структуры, в которых сообщества микроорганизмов защищены внеклеточным полимерным матриксом. Они часто являются причиной хронических инфекций и неудач терапии, особенно когда состоят из нескольких видов микробов. В таком случае между бактериями возникают сложные взаимодействия, которые могут кардинально менять свойства всего сообщества. Поэтому для эффективного лечения критически важно быстро и точно определить состав микробного альянса.

Основная цель работы - оценка возможности гиперспектрального анализа для неинвазивной диагностики состава биопленок

"Механизмы, лежащие в основе видоспецифичности гиперспектрального профиля, пока до конца не ясны. Мы еще не знаем, чем именно это обусловлено, в первую очередь химическим составом внеклеточного полимерного матрикса, или же определяющую роль играют морфологические характеристики биопленки. Скорее всего, наблюдаемый эффект носит комплексный характер, и точные механизмы еще предстоит выяснить", - рассказал заведующий кафедрой генетики Высшей школы биологии Института фундаментальной медицины и биологии КФУ Айрат Каюмов.

Перспективы применения

В ходе совместного исследования моделирование биопленок и биохимический анализ их матрикса были выполнены в КФУ, а гиперспектральные измерения и анализ данных с применением методов глубокого машинного обучения проведены в "ЛЭТИ". Эксперименты подтвердили, что каждая изученная биопленка обладает индивидуальным спектром отражения. Важно, что спектрограммы смешанных сообществ не являются простой суммой спектров отдельных видов, а отражают их сложное нелинейное взаимодействие, сохраняя при этом признаки, позволяющие идентифицировать участников консорциума.

По словам исследователей, полученные данные открывают путь к созданию приборов для экспресс-диагностики. В будущем врач с помощью компактного гиперспектрального сканера сможет в течение нескольких минут определить состав биопленки на ране или поверхности импланта и подобрать таргетированную терапию.

"Ключевая задача сейчас - тестирование на реальных биологических поверхностях: коже, слизистых, а также на объектах, контаминированных органикой. Именно это определит, соответствует ли порог детекции клинически значимым концентрациям на этапе ранней колонизации", - заключил Каюмов.

Результаты исследования представлены в международном научном журнале Analytica Chimica Acta.