Antibiootikumidele allumatute nakkuste levik kasvab kogu maailmas ning see on muutumas üha tõsisemaks probleemiks haiguste ravis. Ebasoodsates tingimustes kipuvad bakterid koonduma tihedatesse kogumikesse, kus nad suudavad end paremini kaitsta antibiootikumide mõju eest ning vahetada omavahel geneetilist infot, sealhulgas raviresistentsust soodustavaid geene. Sellistes kogumikes elavad bakterid võivad jääda ellu ka siis, kui antibiootikumi kogus oleks üksikute bakterite hävitamiseks piisav.

Selleks et antibiootikumravi oleks tõhusam ja aitaks piirata ravimresistentsete bakterite levikut, on oluline mõista, miks ja millistes tingimustes bakterikogumikud tekivad.

Tallinna Tehnikaülikooli mikrofluidika laboris uurisid kaasprofessor Ott Scheleri ja vanemteadur Simona Bartkova juhitud töörühm, kuidas mõjutavad bakterite koostööd neid ümbritsevad keskkonnatingimused. Katsetes lisati bakteritele antibiootikume, mikroplasti ja erinevaid metalle.

Uuringutes kasutati mikrofluidikat. See on meetod, mille abil luuakse mikroskoopilisi veetilku õli sees. Üks selline veetilk on võrreldes tavapärase 1,5-milliliitrise laborikatseklaasiga ligikaudu 1,16 miljonit korda väiksem.

Kujundlikult võib seda võrrelda olümpiabasseini ja lauapealse veekannuga. Iga tilk toimib justkui omaette mikrokeskkonnana, kus teadlased saavad väga täpselt kontrollida tingimusi ja jälgida, kuidas bakterid neile reageerivad. Mõne sekundiga on võimalik luua sadu paralleelseid katseid, kasutades seejuures väga väikseid ainekoguseid.

Teadlased töötasid välja ka uue vabavaralise pildianalüüsi tarkvara, mis mõõdab bakterite kiiratavat valgussignaali ja analüüsib automaatselt nende paiknemist tilga sees. Kui bakterid elavad üksikult, jaotub valgussignaal tilgas ühtlaselt. Kui nad aga koonduvad kogumikesse, on valgus kogumi kohal märgatavalt eredam ning piirkondades, kus baktereid ei ole, jääb signaal nõrgaks või kaob sootuks.

Uuringu juhtautor Merili Saar-Abroi selgitas, et seni on üks suurim takistus olnud katsetulemuste aeganõudev ja ebatäpne analüüs. “Heade metoodikate puudumine on piiranud mikrotilkade laiemat kasutamist teadustöös. Meie loodud automaatne analüüs annab nii suurema täpsuse kui ka märkimisväärse ajavõidu,” ütles Saar-Abroi. Tarkvara suudab ühe minutiga analüüsida ligikaudu 30 fotot, samas kui käsitsi võtaks sama töö ühelt teadlaselt mitu tundi.

Katsete tulemused näitasid, et madalad, baktereid mittehävitavad antibiootikumikogused soodustavad nende koondumist ja koostööd, mis aitab keerulistes tingimustes paremini ellu jääda. Samas selgus, et teatud metallid ja mikroplast võivad bakterikogumike teket hoopis pidurdada ning vähendada bakterite eluvõimekust.

Uurimistulemused aitavad paremini mõista, kuidas bakterite käitumist kontrollida, ning võivad tulevikus toetada meetmete väljatöötamist, mis vähendaksid mikroobide levikut näiteks haiglates ja veesüsteemides ehk paikades, kus resistentsusgeenide vahetus on eriti levinud.

Teadlaste hinnangul võiks taoliste meetodite kasutamine tulevikus leida laiemat rakendust ka meditsiinis. “Bakterikogumikud on antibiootikumidele vastupidavamad ja tavapärane ravimikogus ei pruugi neile mõjuda. Näiteks tsüstilise fibroosi või krooniliste haavadega patsientidel esineb bakterikogumike teke sageli, kuid praegu kasutatavad analüüsimeetodid võimaldavad baktereid uurida peamiselt üksikrakulisel tasandil,” märkis Saar-Abroi.

Uuringu tulemused avaldati teadusajakirjas Scientific Reports.