Лазерная ловушка: свет поможет "разобрать" бактерии на части

Ученые из Университета Фрайбурга построили инновационную оптическую ловушку, которая может захватывать и сканировать крошечные бактерии при помощи лазера. Профессор физики, доктор Александр Рорбах, и Маттиас Кох создали своего рода световую трубку, захватывающую одноклеточные организмы. Подобный "оптический пинцет" применялся и ранее, но был способен лишь "ловить" бактерии, а не манипулировать ими.

Фрайгбургские исследователи сумели при помощи быстро перемещающегося лазерного луча оказывать равномерно распределенное воздействие на бактерию, которая постоянно меняет свою форму. Одновременно им удалось при помощи высокоскоростной съемки сделать трехмерные изображения пойманной в ловушку бактерии. Результаты опубликованы в Nature Photonics.

Исследованию подверглась бактерия под названием spiroplasmas. Эта спиралевидная бактерия диаметром всего около 200 нанометров. У этих бактерий нет клеточной оболочки, поэтому они могут легко передвигаться, меняя форму. В обычный оптический микроскоп их нельзя увидеть, поскольку они очень маленькие и быстрые. Однако с помощью недавно разработанной световой ловушки биофизики сумели зафиксировать бактерии и ориентировать их по всей их длине, то есть заставили микроорганизмы "вытянуться по струнке".

Одним из важных атрибутов лазерного излучения является то, что наложение света может усилить или уменьшить яркость луча. Когда луч попадает на бактерию и отражается от нее, он перекрывается с неотраженным светом и становится сильнее. Это позволяет получить трехмерные изображения в отличном разрешении. Ученые смогли заснять до 1000 изображений в секунду и записать движение бактерий, как в кино. "Это крайне увлекательно, потому что движение бактерии связано с чрезвычайно малыми изменениями энергии, которые практически невозможно измерить, - говорит Рорбах. - С биологической точки зрения интересными являются сигналы, которые посылает бактерия, меняя форму. Они дают нам сведения о молекулярных процессах, происходящих внутри бактерии - например, реакции на стрессовое состояние, которому она была подвергнута".

В будущем ученые планируют использовать этот метод для изучения поведения других бактерий, которые также не имеют клеточной стенки, а значит, трудно поддаются лечению с помощью антибиотиков. Эти исследования дадут лучшее понимание бактериальных инфекционных заболеваний.