Detecção de E. coli por TEM em fatias ultrafinas e análise elementar. (A) No grupo de controle, as membranas celulares são distintas e o citoplasma é compacto. Não havia partículas altamente densas nessas células. (B e C) As membranas celulares de bactérias que foram tratadas com diferentes concentrações de alumina a granel (B, 5 mmol / L; C, 50 mmol / L) são distinguíveis, e o citoplasma é compacto. Não há partículas altamente densas nessas células. (D e E) As membranas celulares das bactérias que foram tratadas com diferentes concentrações de nanoalumina (D, 5 mmol / L; E, 50 mmol / L) foram danificados, e a extensão do dano aumentou com o aumento da concentração de nanoalumina. Havia também muitas partículas altamente densas nas células (indicadas por setas), e o número de partículas altamente densas aumentou com o aumento da concentração de nanoalumina. (Barras de escala, 100 nm.) (F) A composição dos elementos químicos nas bactérias de D. Alumínio elementar (de nanoalumina) deu as contagens mais altas; cobre elementar originado da rede de cobre, enquanto chumbo, arsênico, e outros elementos vieram de corantes líquidos ou bactérias. Copyright da imagem © PNAS, doi:10.1073 / pnas.1107254109
(PhysOrg.com) - A corrida armamentista entre a profilaxia antibiótica eficaz e cepas ou espécies de bactérias intimamente relacionadas está aumentando continuamente. As bactérias podem desenvolver rapidamente resistência genética a uma variedade de tratamentos com antibióticos - genes que podem se espalhar embora transferência conjugativa horizontal devido aos antibióticos usados na medicina e na alimentação animal, bem como aumentar a presença no ambiente (por exemplo, abastecimento de água e infiltração de águas residuais). Além disso, esse padrão pode atingir níveis globais com o surgimento dos chamados superbactérias, que podem ser extremamente difíceis de tratar. Recentemente, cientistas do Laboratório Principal de Avaliação e Controle de Riscos para o Meio Ambiente e Segurança Alimentar, no Instituto de Saúde e Medicina Ambiental em Tianjin, A China investigou o papel dos nanomateriais na transferência de genes conjugativos entre bactérias. Além disso, eles estudaram os mecanismos associados à morfologia relacionada, bioquímico, e mudanças biológicas moleculares. Eles descobriram que a nanoalumina (uma forma de alumínio) na água promove essa transferência de genes multirresistentes. Eles concluíram que suas descobertas são importantes na avaliação do risco ambiental de nanomateriais na fabricação e implantação.
Jun-Wen Li, Zhigang Qiu, e outros pesquisadores contaram PhysOrg que os principais desafios na determinação do papel da nanoalumina na promoção da transferência de genes de multirresistência estavam relacionados à construção de seu modelo de transferência de genes de multirresistência - especificamente, determinar como excluir os efeitos de todas as variáveis, exceto para a nanoestrutura dos materiais e como avaliar os principais aspectos da transferência conjugativa. “Projetamos um projeto experimental ortogonal para avaliar os principais fatores da transferência conjugativa, e este protocolo reduziu o número de experimentos que precisávamos realizar. ” disse Qiu. O desenho ortogonal permite a avaliação confiável de múltiplas variáveis em um único experimento.
“Construímos o modelo de transferência de genes de resistência usando plasmídeo de resistência com funções de transferência conjugativa, " ele continua, “E adquiriu muitos receptores que continham resistência específica a antibióticos por indução de mutação.” A fim de excluir os efeitos de outros fatores, exceto a nanoestrutura dos materiais, eles definiram uma série de experimentos de controle.
Outras inovações são possíveis, Li acrescenta. “É possível analisar quantitativamente a ocorrência do transconjugante em relação ao tempo usando cinética, incluindo formas de ação em massa. Isso proporcionaria um tratamento simultâneo desses processos em uma interpretação de dados mais rigorosa. Além disso, observa Qiu, há dois aspectos na próxima etapa de pesquisa de nossa equipe. "Em primeiro lugar, vamos investigar o efeito de mais nanomateriais, incluindo diferentes tipos, tipos e tamanhos de cristal, na transferência conjugativa do gene de resistência para melhorar os dados sobre o impacto dos nanomateriais na transferência gênica. Em segundo lugar, " ele continua, "Vamos realizar os experimentos para avaliar os efeitos dos nanomateriais na transferência de plasmídeo nu para células vivas por transmissão e transdução." (Transmissão e transdução são as outras duas vias de transferência de genes mediada por plasmídeo.) Finalmente, eles concordam que é possível fazer a transição para em sílico modelagem.
Quanto a como suas descobertas podem impactar o desenvolvimento da medicina, tecnologia e práticas de saúde e ambientais, Li e Qiu apontam que “Apesar do fato de que a nanotecnologia é frequentemente descrita como uma tecnologia futura, poucos percebem que os nanomateriais já estão sendo usados em uma ampla variedade de produtos de consumo - e muitas novas nanotecnologias e nanomateriais estão sendo investigados para serem aplicados na medicina, saúde e meio ambiente. Muitas pessoas se preocupam com a exposição de nanomateriais, e nosso trabalho é apenas uma pequena parte de todo o trabalho para avaliar o efeito das nanopartículas. ” Contudo, eles enfatizam que suas descobertas estão diretamente relacionadas à medicina, fatores de saúde e ambientais.
"Por exemplo, ”Eles ilustram, “Muitos novos materiais foram investigados para serem usados como carreadores de drogas. Devemos avaliar os efeitos desses nanomateriais sobre as bactérias resistentes a antibióticos em nosso corpo antes a aplicação prática destes nanomateriais. Também, " eles continuam, “Os nanomateriais usados como agentes anti-sépticos ou antibacterianos na área da saúde, e como adsorventes e oxidantes em tecnologia e práticas ambientais, deve ser avaliado completamente. Acreditamos que nossas descobertas melhoram drasticamente o desenvolvimento da medicina, tecnologia e práticas de saúde e ambientais, e tornar as aplicações de nanomateriais mais seguras. ”
Mais longe, Qiu e Li concluem que tecnologias e aplicações importantes para transferir genes exógenos para as células, which have been widely used in the field of molecular biology – such as conjugative transfer, transmission, transduction and transfection – might benefit from their findings. “Nanomaterials might promote those processes and enhance transfer efficiency of exogenous genes.”
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