La luce laser rivela i superbatteri con risoluzione a livello molecolare. / Laser light reveals superbugs at molecular-scale resolution

Segnalato dal Dott. Giusppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

Gli scienziati stanno utilizzando la luce laser per ottenere una risoluzione a livello molecolare nello studio di batteri multiresistenti come lo Streptococcus pneumoniae, un progresso che promette nuove conoscenze su come questi batteri causano malattie.

Il batterio Streptococcus pneumoniae è una delle principali cause di polmonite batterica, meningite e sepsi e si stima che nel 2015 abbia provocato circa 335.000 decessi in tutto il mondo tra i bambini di età pari od inferiore a cinque anni.

Le tecnologie attuali non consentono una risoluzione tale da permettere studi approfonditi delle proprietà batteriche che influenzano lo sviluppo delle malattie. I microscopi elettronici mostrano dettagli minuti a livello atomico, ma non possono analizzare campioni viventi perché gli elettroni possono essere facilmente deviati dalle molecole presenti nell'aria; pertanto, i batteri in esame vengono mantenuti sottovuoto. Questo rende i microscopi a super-risoluzione preferibili per le analisi biologiche.

Denominato NanoVIB (NANO-scale Visualisation to understand Bacterial virulence and invasiveness - based on fluorescence NANOscopy and VIBrational microscopy), il progetto fornirà informazioni utili per lo sviluppo di nuovi antimicrobici.

A tal fine, la Commissione europea ha concesso al consorzio sanitario 5.635.529 euro attraverso il partenariato pubblico-privato per la fotonica per la costruzione di questo microscopio a super risoluzione.

In una dichiarazione, il professor Jerker Widengren, coordinatore del progetto presso il KTH in Svezia, ha affermato: "Ci aspettiamo che il nostro nuovo prototipo di microscopio sia un sistema di super-risoluzione di nuova generazione, che consentirà di visualizzare le proteine ​​cellulari marcate con emettitori di fluorescenza [fluorofori] con una risoluzione dieci volte superiore rispetto a qualsiasi altra tecnica di microscopia a fluorescenza".

Il progetto svilupperà tecnologie avanzate di laser, rivelatori e microscopia per consentire la localizzazione a super-risoluzione di specifiche proteine. Queste verranno sovrapposte ad immagini di diffusione della luce, correlando i pattern ottenuti con le strutture locali e le condizioni chimiche presenti nei batteri.

Il professor Widengren ha affermato: "Utilizzando la luce laser, questo nuovo microscopio mostrerà come le proteine ​​batteriche si localizzano sulla superficie dei batteri, consentendo agli scienziati di studiare l'interazione del patogeno con le cellule immunitarie e dell'ospite."

"Il sistema si basa sul cosiddetto concetto MINFLUX, in cui la luce laser infrarossa eccita le molecole marcate con fluorofori in modo triangolare, portando ad una maggiore risoluzione. L'utente può quindi perfezionare l'imaging microscopico fino a raggiungere risoluzioni prima inimmaginabili."

"La microscopia MINFLUX permetterà di capire come determinate proteine ​​di superficie dello pneumococco si distribuiscono sui batteri nelle diverse fasi della divisione cellulare e se queste proteine ​​sono localizzate in modo tale da proteggere dall'attivazione immunitaria specifiche regioni superficiali particolarmente sensibili dei batteri, una fase critica della divisione cellulare."

Secondo quanto riportato, il gruppo di NanoVIB si è ispirato ad un precedente progetto finanziato dall'UE, Fluodiamon, che ha analizzato la distribuzione spaziale di specifiche proteine ​​nelle cellule tumorali del seno e della prostata rispetto a quelle presenti nelle corrispondenti cellule non cancerose, dimostrando una nuova base per la diagnosi del cancro.

ENGLISH

Scientists are using laser light to bring molecular-scale resolution to the study of superbugs such as Streptococcus Pneumoniae, an advance that promises new insights into how they cause disease.

Streptococcus Pneumoniae bacteria are a leading cause of bacterial pneumonia, meningitis, and sepsis and are estimated to have caused around 335,000 worldwide deaths in children aged five years and under in 2015.

Current technologies do not allow a resolution that enables thorough studies of bacterial properties that affect disease development. Electron microscopes show minute detail at the atomic level, but they cannot analyse live specimens because electrons can easily be deflected by molecules in the air, so any bacteria under inspection is held in a vacuum. This makes super-resolution microscopes preferable for biological analysis.

Dubbed NanoVIB (NANO-scale Visualisation to understand Bacterial virulence and invasiveness - based on fluorescence NANOscopy and VIBrational microscopy), the project will inform the development of new antimicrobials.

To this end, the European Commission has granted the health consortium €5,635,529 through the Photonics Public Private Partnership to build this super-resolution microscope.

In a statement, Professor Jerker Widengren, a project coordinator based at KTH in Sweden, said: "We expect our new microscope prototype to be a next-generation super-resolution system, making it possible to image cellular proteins marked with fluorescence emitters [fluorophores] with a ten-fold higher resolution than with any other fluorescence microscopy technique.”

The project will develop advanced laser, detector and microscopy technologies to enable super-resolution localisation patterns of specific proteins. These will be overlaid with light-scattering images, correlating these patterns with local structures and chemical conditions in the bacteria.

Prof Widengren said: “Using laser light, this new microscope will show how bacterial proteins localise on the surface of bacteria, allowing scientists to study the interaction of the pathogen with immune and host cells.

“It works based on the so-called MINFLUX concept, where infrared laser light excites fluorophore-labelled molecules in a triangulated manner – leading to an increased resolution. The user can then fine-tune the microscopic imaging to previously unimaginable resolutions.

“MINFLUX microscopy will make it possible to resolve how certain pneumococcal surface proteins are distributed on the bacteria under different cell division stages, and whether these proteins are localised in such a way that specific, extra sensitive surface regions of the bacteria, a critical step of the cell division, are protected from immune activation.”

The NanoVIB team reportedly took their inspiration from a previous EU-funded project, Fluodiamon, which analysed how specific proteins are spatially distributed in breast and prostate cancer cells compared to those in corresponding non-cancer cells, demonstrating a new basis for cancer diagnosis.

Da:

 https://www.theengineer.co.uk/content/news/laser-light-reveals-superbugs-at-molecular-scale-resolution?utm_source=content_recommendation&utm_medium=blueconic