Регистрация / Вход
Прислать материал

14.607.21.0145

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.607.21.0145
Тематическое направление
Науки о жизни
Исполнитель проекта
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биоорганической химии им. академиков М.М.Шемякина и Ю.А. Овчинникова Российской академии наук
Название доклада
Создание универсальной микрофлюидной платформы для скрининга биоразнообразия микроорганизмов
Докладчик
Габибов Александр Габибович
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Создание технологии высокопроизводительного скрининга антибактериальной активности, при-менение ее для поиска принципиально новых антимикробных препаратов и изучение механизмов их действия на патогенные микроорганизмы.
Реализация данного проекта связана с последовательным решением следующих задач:
1) Отработка методики высокопроизводительного скрининга антимикробной активности в каплях микрофлюидной двойной эмульсии.
2) Поиск штаммов бактерий, оказывающих ингибирующее влияние на рост патогенных микроорганизмов Staphylococcus aureus, Salmonella enterica и энтеропатогенной Escherichia coli.
3) Поиск естественных антимикробных агентов найденных штаммов бактерий микрофлоры и слизистой оболочки человека.
4) Установление молекулярных механизмов действия найденных антимикробных агентов.

Актуальность и новизна исследования
Детальное исследование защитных функций организма во многом ассоциируется с познанием механизмов функционирования иммунной системы. Система врожденного иммунитета, предсказанная И.И. Мечниковым, обеспечивает защиту организма на первом этапе до развития адаптивного иммунного ответа. Сейчас становится очевидным, что сосуществующее с организмами эукариот микробное сообщество несет не только патогенные функции, но и может защищать организм, поэтому микробиота может рассматриваться как элемент врожденного иммунитета. Для детального выяснения элементов этого сообщества необходимо разработать высокопроизводительные скрининговые системы, способные детектировать членов этого сообщества на уровне одиночных клеток и определять «активное начало», обеспечивающее их терапевтический потенциал. Создание высокопроизводительных скрининговых платформ позволит быстро и эффективно решить эту проблему.
Описание исследования

Открытие антибиотиков является одним из важнейших событий в истории человечества, однако с момента появления первых антимикробных агентов стали появляться антибиотико-резистентные штаммы бактерий, представляющие в настоящее время высокую опасность. Антибиотик широкого спектра teixobactin, открытый в 2015 году, является представителем нового класса антибиотиков, продуцируемых некультивируемыми бактериями почвы и  демонстрирующий сложные цепочки взаимодействий между различными видами бактерий. Поиск новых антибиотиков, таким образом, сводится к изучению этих цепочек. До настоящего времени не существовало подхода, позволяющего в лабораторных условиях осуществить скрининг биологической активности более 100 миллионов различных соединений в сутки. Областью нашей экспертизы является микрофлюидика: высокопроизводительный скрининг биокатализаторов в каплях микрофлюидной двойной эмульсии. Данный метод позволяет реализовать перечисленные выше задачи, являясь наиболее производительным из ныне существующих, не имея прямых аналогов. Таким образом, использование технологии высокопроизводительного скрининга микрофлоры в каплях микрофлюидной двойной эмульсии позволит произвести широкомасштабный поиск новых селективных антибиотиков и пробиотиков.

На 1 этапе работ по Соглашению были проведены обоснование и выбор направления исследований,  подготовительные процедуры исследований:

1) обзор литературы в области современных представлений о поиске новых антимикробных препаратов и технологий высокопроизводительного скрининга микроорганизмов;        

2) создание микрофлюидных чипов различной геометрии для инкапсуляции бактериальных клеток в капли двукратной эмульсии;        

3) отработка условий модификации поверхности чипа для оптимизации условий инкапсуляции бактериальных клеток;       

4) получение штаммов бактерий-патогенов (таргетов), содержащих флуоресцентный маркер;

5) проведение патентных исследований.

Результаты исследования

В ходе выполнения первого этапа Соглашения получены следующие результаты:

1) выполнен аналитический обзор современной научно-технической, методической литературы, в области современных представлений о поиске новых антимикробных препаратов и технологий высокопроизводительного скрининга микроорганизмов, в том числе обзор научных информационных источников: статьи в ведущих зарубежных и (или) российских научных журналах, монографии и (или) патенты) - не менее 15 научно-информационных источников за период 2012 – 2016 г.г.;

2) проведен дизайн микрофлюидных чипов различной геометрии для инкапсуляции бактериальных клеток в капли двукратной эмульсии, получены варианты с диаметром каналов 15-25 мкм и 50-70 мкм. Проведена оптимизация длины каналов от места прокапывания эмульсий, получены варианты для получения двукратной эмульсии в одном чипе;

3) отработаны условия модификации поверхности чипа для оптимизации условий инкапсуляции бактериальных клеток;

4) проведены эксперименты по созданию штаммов бактерий-патогенов (таргетов) Staphylococcus aureus, Salmonella enterica и энтеропатогенной Escherichia coli, способных к продукции флуоресцентных белков-репортеры, позволяющие использовать получяемые в качестве живого биосенсора на антибактериальную активность;

5) выполнены патентные исследования в соответствии с ГОСТ 15.011- 96.

Практическая значимость исследования
Методология скрининга индивидуальных клеток методом проточной цитофлуориметрией-сортингом (FACS) в каплях микрофлюидной двойной эмульсии вода/масло/вода используемая в данной работе является абсолютно новой технологией. Уникальность данного подхода является его универсальность, производительность и экономичность. Производительность скрининга, которая достигается использованием данного метода, составляет более 100 миллионов событий в час и является максимальной из существующих в настоящее время методов, доступна лишь в нескольких научных центрах мира и не имеет аналогов в России. Экономичность данного метода является прямым следствием производительности и обусловлена уникально малым объемом индивидуальной реакции (5-100 пико литров), что позволяет многократно (более чем в миллион раз по сравнению с роботизированными станциями скрининга) снизить расход реагентов. Таким образом, данная технология, находящаяся на самом раннем этапе развития, уже имеет значительные преимущества по сравнению с классическими методами скрининга.