מעטילען־בלוי קעגן ביאָפֿילמען: וואָס ליכט־אַקטיוואַטע לאַבאָראַטאָרישע שטודיעס מעסטן

אַ ביאָפֿילם איז נישט אַ המון צעלן וואָס שווימען אין אַ פֿליסיקייט. ער איז אַ סטרוקטור: צעלן וואָס זענען צוגעבונדן צו אַן אויבערפֿלאַך, אײַנגעבעט אין אַ מאַטריץ וואָס זיי אַליין שאַפֿן פֿון פּאָליסאַכאַרידן, פּראָטעינען און עקסטראַצעלולאַרן DNA, מיט גראַדיענטן פֿון זויערשטאָף און נährשטאָפֿן פֿון דרויסן ביז אינעווייניק. צוליב דער סטרוקטור קען אַ פֿאַרבינדונג, וואָס הרגעט סוספּענדירטע באַקטעריעס אין מינוטן, דורכפֿאַלן קעגן די זעלבע אָרגאַניזמען ווען זיי וואַקסן ווי אַ פֿילם. יעדע טענה וועגן מעטילען־בלוי און ביאָפֿילמען מוז מען לייענען אינעם קאָנטעקסט פֿון דער סטרוקטור, ווײַל די מאַטריץ באַשטימט וויפֿל פֿאַרבשטאָף דערגרייכט די צעלן און וויפֿל ליכט דערגרייכט דעם פֿאַרבשטאָף.

דער איבערבליק באַהאַנדלט פּונקט דרײַ מקורים. איינער גיט הינטערגרונט. צוויי זענען לאַבאָראַטאָרישע עקספּערימענטן. אָפּצוטיילן די ראָלעס איז דער גאַנצער אופֿן, און דאָס פֿאַרמײַדט דעם מערסט פֿאַרשפּרייטן טעות אין דער טעמע: ציטירן אַ רעזולטאַט פֿון אַ לאַבאָראַטאָרישן געפֿעס ווי ער וואָלט געווען אַ באַווײַז פֿאַרן באַהאַנדלען אַן אינפֿעקציע בײַ אַ מענטש.

דער הינטערגרונט־מקור באַהאַנדלט כעמיע, נישט הרגענען

דער עלטסטער פֿון די דרײַ איז אַ נאַראַטיווער איבערבליק פֿון דער אַנטוויקלונג פֿון פֿענאָטיאַזיניום־פֿאָטאָסענסיטיזאַטאָרן, פֿאַרעפֿנטלעכט אין 2005. ער שפּירט נאָכדעם וועג פֿון מעטילען־בלוי, פֿון אַ פֿאַרבשטאָף אינעם 19טן יאָרהונדערט ביז אַ פֿירנדיקער פֿאַרבינדונג פֿאַר פֿאָטאָדינאַמישער טעראַפּיע פֿון ראַק און שפּעטער פֿאַר פֿאָטאָדינאַמישער אַנטימיקראָביעלער כעמאָטעראַפּיע. זײַן בײַטראָג איז אַ באַשרײַבונג פֿון דער באַציִונג צווישן סטרוקטור און אַקטיוויטעט: מעטילירונג פֿונעם כראָמאָפֿאָר פֿאַרגרעסערט די ליפּאָפֿיליע, די אויסבײַט פֿון סינגלעט־זויערשטאָף און די פֿאָטאָבאַקטעריצידע שטאַרקייט, בשעת זי פֿאַרפּאַמעלעכט די רעדוקציע צו דער ווייניקער אַקטיווער לעוקאָ־פֿאָרעם. ער שטעלט אויך קלאָר פֿאָר דעם פּראָבלעם פֿונעם פֿעלד. רובֿ באַריכטן האָבן גענוצט סטאַנדאַרטע קאמערציעלע פֿאַרבשטאָפֿן, מיט רעלאַטיוו ווייניק אַנטוויקלונג פֿון דעריוואַטן.

נוצט דעם איבערבליק פֿאַרן מעכאַניזם־טייל פֿון אײַער געדאַנקלעכן מאָדעל: ליכט עקסציטירט דעם פֿאַרבשטאָף; דער טריפּלעט־צושטאַנד רעאַגירט מיט זויערשטאָף דורך טיפּ II ענערגיע־איבערטראָגונג צו שאַפֿן סינגלעט־זויערשטאָף, אָדער דורך טיפּ I עלעקטראָן־איבערטראָגונג צו שאַפֿן ראַדיקאַלן. דער מולטיפֿאַקטאָריעלער אָנגריף דערקלערט פֿאַר וואָס געוויינטלעכע רעזיסטענץ־מעכאַניזמען אַרבעטן נישט אַזוי גוט קעגן פֿאָטאָדינאַמישן הרגענען. ציטירט אים נישט ווי אַ מקור פֿאַר אַ לאָגאַריטמישער רעדוקציע. ער האָט אַזאַ רעדוקציע נישט געמעסטן. די ברייטערע פֿאָטאָכעמיע הינטער דעם מעכאַניזם ווערט דערקלערט אין דער זאַמלונג פֿון באַווײַזן וועגן פֿאָטאָדינאַמישער טעראַפּיע, און די כּללים פֿון כוואַליע־לענג, וואָס באַשטימען צי אַ געוויסע לאָמפּ קען אים אַקטיווירן, ווערן באַהאַנדלט אין ווי מעטילען־בלוי אַבזאָרבירט רויט ליכט.

צוויי ביאָפֿילם־עקספּערימענטן, צוויי אַנדערע דעפֿיניציעס פֿון רעזולטאַטן

ביידע עקספּערימענטעלע אַרטיקלען פּרוּוון די פֿאָטאָדינאַמישע ווירקונג פֿון מעטילען־בלוי אויף מויל־ביאָפֿילמען בײַ 660 nm, און אין כּמעט אַלץ אַנדערש זענען זיי אַנדערש. אַנדערע געמיינשאַפֿטן, אַנדערע עלטערן, אַנדערע פֿאַרבשטאָף־פֿאָרמולאַציעס, אַנדערע ליכט־דאָזעס און, איבער אַלץ, אַנדערע ענדפּונקטן. דער אונטערשייד איז דער עיקר פֿון דעם אַרטיקל, און ער איז אויך דער יסוד פֿונעם אָריגינעלן פֿאַרגלײַך אונטן.

דער ערשטער איז אַן אין־וויטראָ־שטודיע פֿון אַ רײַפֿן סובגינגיוואַלן ביאָפֿילם מיט עטלעכע מינים, פֿאַרעפֿנטלעכט אין 2024. דרײַ און דרײַסיק מינים זענען געוואַקסן צוזאַמען אויף פּאָליסטירען־שטיפֿטן אין אַ Calgary Biofilm Device, מיט דערנערונג אונטער אַנאַעראָבע באַדינגונגען. דאָס נährמעדיע איז אויסגעטוישט געוואָרן נאָך 72 שעה, און דער וווּקס איז ווײַטער אָנגעגאַנגען ביז אַ נאָמינעלער עלטער פֿון 7 טעג. די באַהאַנדלונג האָט גענוצט פֿרײַען מעטילען־בלוי בײַ 0.01 פּראָצענט מיט אַ רויטן 660 nm LED בײַ בערך 330 mW פּער קוואַדראַט־cm, פֿאַר 5 מינוט אין אַ ווײַטקייט פֿון 2 mm. אויסגערעכנט גיט דאָס בערך 99 J פּער קוואַדראַט־cm. דער פּלאַן איז אַ קלאָרער פֿאַקטאָריעלער מיט פֿיר גרופּעס: אַן אומבאַהאַנדלטע קאָנטראָל־גרופּע, פֿאַרבשטאָף אָן ליכט, ליכט אָן פֿאַרבשטאָף, און פֿאַרבשטאָף מיט ליכט.

דער צווייטער איז אַן אין־וויטראָ־שטודיע פֿון אַ מויל־ביאָפֿילם פֿון פֿריִע קאָלאָניזאַטאָרן, פֿאַרעפֿנטלעכט אין 2021. פֿיר Streptococcus־מינים זענען געוואַקסן צוזאַמען פֿאַר 24 שעה אין פּלאַטעס מיט 96 גריבעלעך, מיט 1 פּראָצענט סוכראָז. דער פֿאָטאָסענסיטיזאַטאָר איז געווען מעטילען־בלוי פֿאַרבונדן מיט ביתא־ציקלאָדעקסטרין־נאַנאָפּאַרטיקלען בײַ 4.65 מיקראָמאָלאַר — אַ צופֿיר־פֿאָרמולאַציע וואָס איז געמיינט צו טראָגן פֿאַרבשטאָף דורך די באַריערן פֿונעם ביאָפֿילם. ביידע ליכט־קוואַלן זענען געווען רויט בײַ 660 nm מיט באַשטראַלונגען פֿון 90 סעקונדעס, אָבער די דאָזעס זענען געווען שטאַרק אַנדערש: 320 J פּער קוואַדראַט־cm פֿאַר דער לאַזער־גרופּע און 8.1 J פּער קוואַדראַט־cm פֿאַר דער LED־גרופּע. די קאָנטראָלן האָבן אַרײַנגענומען פֿאַרבשטאָף אָן ליכט, בלויז לאַזער, בלויז LED, אַ נעגאַטיווע קאָנטראָל־גרופּע מיט זאַלץ־לייזונג, און 0.2 פּראָצענט כלאָרהעקסידין ווי אַן אַנטימיקראָביעלער פֿאַרגלײַך־מאָס.

אַן אַנאַעראָבע געמיינשאַפֿט פֿון 33 מינים, אַלט 7 טעג, און אַ פֿילם פֿון 4 מינים פֿריִע קאָלאָניזאַטאָרן, אַלט 24 שעה, זענען אַנדערע מעסט־סיסטעמען. די צאָלן וואָס פֿאָלגן קען מען נישט צונויפֿנעמען אין איין דורכשניט.

וואָס יעדע שטודיע האָט טאַקע געמעסטן

אין דער שטודיע פֿונעם רײַפֿן ביאָפֿילם זענען די ענדפּונקטן געווען מעטאַבאָלישע אַקטיוויטעט דורך TTC־רעדוקציע, אָפּגעלייענט בײַ 485 nm, און באַקטעריעלע מענג דורך שאַכבאָרד־DNA־DNA־היברידיזאַציע מיט פּראָבן פֿאַר די 33 מינים, מיט אַ דעטעקציע־גרענעץ פֿון בערך 10,000 צעלן. מען האָט נישט אויסגעזייט אויף פּלאַטעס צו ציילן לעבעדיקע באַקטעריעס, נישט געמעסטן ביאָמאַסע מיט קריסטאַל־וויאָלעט, נישט געמאַכט בילדער פֿון לעבעדיקע און טויטע צעלן, און נישט נאָכגעפֿאָלגט ווידער־וואַקסן. LED אַליין האָט פֿאַרמינערט מעטאַבאָלישע אַקטיוויטעט מיט בערך 50 פּראָצענט קעגן גרופּעס אָן LED, און פֿאַרבשטאָף מיט LED האָט זי פֿאַרמינערט מיט בערך 55 פּראָצענט. פֿאַרבשטאָף אַליין איז סטאַטיסטיש געווען אין דער זעלבער גרופּע ווי די אומבאַהאַנדלטע קאָנטראָל. בײַ די צאָלן אָפּגעלייט פֿון DNA זענען פֿאַרבשטאָף אַליין, LED אַליין און פֿאַרבשטאָף מיט LED אַלע געווען באַדײַטנדיק נידעריקער ווי די קאָנטראָל, אָן קיין באַדײַטנדיקן אונטערשייד צווישן די דרײַ. די מחברים זאָגן די מסקנא גלײַך: די באַהאַנדלונגען האָבן נישט צעשטערט דעם שוין געגרינדעטן, צוגעבונדענעם פּאָלימיקראָביעלן ביאָפֿילם, און אַ רײַפֿער פּעריאָדאָנטאַלער ביאָפֿילם דאַרף אַ מעכאַנישע צעברעכונג פֿון זײַן סטרוקטור, מיט פֿאָטאָדינאַמיק העכסטנס ווי אַ צוגאָב.

אין דער שטודיע פֿון פֿריִע קאָלאָניזאַטאָרן איז דער ענדפּונקט געווען לעבעדיקע מיקראָאָרגאַניזמען וואָס מען האָט צוריקגעוווּנען אויף סעלעקטיווע קולטור־מעדיעס, אויסגעדריקט אויף אַ לאָגאַריטמישער סקאַלע. די גרופּע מיט פֿאַרבשטאָף אָן ליכט האָט זיך נישט אונטערגעשיידט פֿון דער זאַלץ־לייזונג. ביידע פֿאָטאָאַקטיוואַטע גרופּעס — לאַזער מיט אײַנגעקאַפּסלטן פֿאַרבשטאָף און LED מיט אײַנגעקאַפּסלטן פֿאַרבשטאָף — האָבן פֿאַרמינערט די צאָלן פֿון לעבעדיקע מיקראָאָרגאַניזמען מיט ביז בערך 4 log קעגן דער נעגאַטיווער קאָנטראָל. דאָס איז אַ 10,000־פֿאַכיקע אָדער 99.99 פּראָצענט פֿאַרמינערונג לויט יענעם מאָס, און קיין איינע פֿון די צוויי האָט זיך נישט סטאַטיסטיש אונטערגעשיידט פֿון כלאָרהעקסידין. ווערטן פֿון בלויז ליכט און פֿון בלויז פֿאַרבשטאָף אין דער פֿינצטערניש זענען נישט באַריכטעט געוואָרן ווי באַזונדערע פֿאַרלאָזלעכע log־צאָלן. דעריבער איז דער ערלעכער קיצור יענער וואָס דער אַרטיקל שטיצט: פֿאָטאָאַקטיוואַטער אײַנגעקאַפּסלטער פֿאַרבשטאָף האָט געבראַכט די רעדוקציע, פֿאַרבשטאָף אין דער פֿינצטערניש האָט עס נישט געטאָן, און די גרייס פֿון דער רעדוקציע האָט געשטימט מיטן אַנטיסעפּטישן פֿאַרגלײַך־מאָס אין דעם יונגן פֿילם־מאָדעל.

קיין איינער פֿון די אַרטיקלען האָט נישט געמעסטן ווידער־וואַקסן נאָך דער באַהאַנדלונג, איבערגעבליבענע ביאָמאַסע אָדער די מאַטריץ־סטרוקטור. אַ CFU־רעדוקציע זאָגט גאָרנישט וועגן דער איבערגעבליבענער מאַטריץ. אַ מעטאַבאָלישער אַראָפּגאַנג זאָגט גאָרנישט וועגן די איבערלעבער. אַ DNA־צאָל קען נישט זאָגן ווער עס לעבט.

פֿאַרגלײַך פֿון טעסטן און ענדפּונקטן

די טאַבעלע איז דער פֿאַרגלײַך־מאַטעריאַל פֿאַר דעם אַרטיקל. לייענט אַריבער אַ שורה צו זען וואָס איין שטודיע באַווײַזט, און לייענט אַראָפּ אַ זײַל צו זען אויף וועלכע פֿראַגעס קיין איינע פֿון די שטודיעס ענטפֿערט נישט.

דרײַ קאָנטראַסטן דאַרפֿן אונטערגעשטראָכן ווערן. ערשטנס, אינעם רײַפֿן מאָדעל דערקלערט די גרופּע מיט בלויז ליכט כּמעט די גאַנצע מעטאַבאָלישע ווירקונג, אַזוי אַז די צאָל פֿון 55 פּראָצענט איז נישט קיין הרגענען דורך פֿאַרבשטאָף. צווייטנס, אינעם יונגן מאָדעל איז די פֿאָרמולאַציע אין דער פֿינצטערניש אינערט, און די ווירקונג באַווײַזט זיך בלויז מיט ליכט — דאָס איז דער כאַראַקטעריסטישער סימן פֿון פֿאָטאָאַקטיוואַציע. דריטנס, אַן אַראָפּגאַנג פֿון 80 פּראָצענט אין צאָלן אָפּגעלייט פֿון DNA איז מאַטעמאַטיש נאָענט צו 0.7 log נאָר אויב די וואַריאַבל וואָלט געווען צאָלן פֿון לעבעדיקע מיקראָאָרגאַניזמען, וואָס זי איז נישט. דעריבער טאָר מען דאָס קיינמאָל נישט ציטירן ווי אַ לאָגאַריטמישע רעדוקציע דורך הרגענען. פֿאַרבונדענער קאָנטעקסט וועגן דענטאַלע ביאָפֿילמען איז צונויפֿגעשטעלט אין דער פֿאָרשונג וועגן מויל־ביאָפֿילמען און ציינפֿאָרשונג, און דער אַלגעמיינער אופֿן אָפּצוטיילן מאָדעלן, צופֿיר־וועגן און ענדפּונקטן צווישן שטודיעס ווערט פּרטימדיק דערקלערט אינעם וועגווייזער פֿאַר לאַבאָראַטאָרישע מעטאָדן.

פֿאַר וואָס ביאָפֿילם־שטודיעס דאַרפֿן אייגענע כּללים פֿאַרן לייענען

פֿיר וואַריאַבלען באַשטימען צי אַ ביאָפֿילם־רעזולטאַט מיט מעטילען־בלוי האָט אַ באַדײַטונג אויסער זײַן אייגענער פּלאַטע.

דער עלטער פֿונעם ביאָפֿילם און די מאַטריץ קומען ערשט. עלטערע פֿילמען זענען דיקער, האָבן מער קרייצפֿאַרבינדונגען און זענען שווערער דורכצודרינגען פֿאַרן פֿאַרבשטאָף. די מחברים פֿון 2021 באַצייכענען דורכדרינגונג און שוואַכע ליכט־פֿאַרשפּרייטונג דורך אַן אָרגאַניזירטן ביאָפֿילם ווי די צענטראַלע באַגרענעצונגען. טרעגער־סטראַטעגיעס ווי אײַנקאַפּסלען אין ציקלאָדעקסטרין זענען פּרוּוון צו ענטפֿערן פּונקט אויף דער באַגרענעצונג, און דערפֿאַר איז די פֿאָרמולאַציע אַן עקספּערימענטעלע וואַריאַבל, נישט סתּם אַ פּרט.

די דאָזע־אַריטמעטיק קומט צווייט. די פֿלוענץ־ווערטן דאָ ציען זיך איבער אַ כּמעט פֿערציק־פֿאַכן אונטערשייד, פֿון 8.1 ביז 320 J פּער קוואַדראַט־cm בײַ דער זעלבער כוואַליע־לענג, און די באַשטראַלונג־שטאַרקייט ציט זיך פֿון 90 mW ביז עטלעכע W פּער קוואַדראַט־cm. די זעלבע כוואַליע־לענג מיינט נישט די זעלבע באַשטראַלונג, און קיין איינע פֿון די שטודיעס וואַריִיִרט נישט די דאָזע סיסטעמאַטיש גענוג צו באַשטימען אַ קורווע.

די קאָנטראָלן קומען דריט. אַ שטודיע אָן אַ גרופּע מיט פֿאַרבשטאָף אין דער פֿינצטערניש קען נישט אויסשליסן אייגענע טאָקסישקייט פֿונעם פֿאַרבשטאָף, און אַ שטודיע אָן אַ גרופּע מיט בלויז ליכט קען נישט צושרײַבן עפּעס צו פֿאָטאָאַקטיוואַציע. ביידע אַרטיקלען נעמען אַרײַן ביידע, וואָס איז צו זייער זכות. דער אַרטיקל וועגן דעם רײַפֿן פֿילם ווײַזט פֿאַר וואָס די גרופּע מיט בלויז ליכט איז וויכטיק: אָן איר וואָלט דער מעטאַבאָלישער רעזולטאַט אויסגעזען ווי אַ ווירקונג פֿונעם פֿאַרבשטאָף.

די ענדפּונקטן קומען פֿערט. לעבנספֿעיִקייט, מעטאַבאָליזם, DNA־מענג, ביאָמאַסע, סטרוקטור און ווידער־וואַקסן זענען זעקס אַנדערע טענות. קיין אַרטיקל דאָ מעסט נישט מער ווי צוויי. בפֿרט ווידער־וואַקסן פֿעלט אומעטום, אַזוי אַז דאָס אָנהאַלטן פֿון דער ווירקונג איז נישט געמעסטן געוואָרן, נישט באַוויזן.

וואָס דאָס באַשטעטיקט נישט וועגן באַהאַנדלען אַן אינפֿעקציע

קיין איינער פֿון די דאָזיקע פּרעפּאַראַטן נעמט נישט אַרײַן בלוט־צירקולאַציע, אימיון־צעלן, שפּײַעכץ־שטראָם, אויסטויש פֿון פֿליסיקייט אין דער גומע־פֿורע אָדער מעכאַנישע רייניקונג. די פֿאַרבשטאָף־קאָנצענטראַציע אין אַ גריבעלע איז נישט קיין קאָנצענטראַציע אין געוועב נאָך וועלכן עס זאָל נישט זײַן צופֿיר־וועג בײַ אַ מענטש. איין באַשטראַלונג פֿון 5 מינוט אָדער 90 סעקונדעס פֿון אַ יונגן אָדער אַפֿילו רײַפֿן לאַבאָראַטאָרישן פֿילם איז נישט קיין קורס פֿון טעראַפּיע. די מחברים פֿון דער שטודיע פֿונעם רײַפֿן פֿילם זאָגן דאָס אַליין, ווען זיי באַשרײַבן פֿאָטאָדינאַמיק ווי אַ מעגלעכע צוגאָב צו מעכאַנישער באַזײַטיקונג, נישט ווי אַן אייגנשטענדיקן אופֿן פֿון גאַנצער אויסראָטונג.

דער ריכטיקער קיצור איז באַגרענעצט און האַלטבאַר. פֿאָטאָאַקטיוואַטער מעטילען־בלוי קען אונטערדריקן מעטאַבאָליזם און די מענג אָפּגעלייט פֿון DNA אין אַ רײַפֿער לאַבאָראַטאָרישער מויל־געמיינשאַפֿט אָן זי צו צעשטערן, בשעת ליכט אַליין טוט דאָס רובֿ מעטאַבאָלישע אַרבעט אין יענער אויפֿשטעלונג. פֿאָטאָאַקטיוואַטער פֿאַרבשטאָף, געטראָגן דורך ציקלאָדעקסטרין, קען פֿאַרמינערן צאָלן פֿון לעבעדיקע מיקראָאָרגאַניזמען מיט עטלעכע גרייס־אָרדענונגען אין אַ יונגן לאַבאָראַטאָרישן סטרעפּטאָקאָקן־פֿילם, אין אַ מאָס וואָס איז פֿאַרגלײַכלעך מיט כלאָרהעקסידין אינעם זעלבן מאָדעל. צי איינע פֿון די צוויי אָבסערוואַציעס לאָזט זיך איבערטראָגן אויף אַן אינפֿעקציע בײַ אַ מענטש, ווענדט זיך אין צופֿיר, ליכט־צוטריט, זויערשטאָף, אַנאַטאָמיע און קלינישע ענדפּונקטן וואָס די עקספּערימענטן זענען קיינמאָל נישט געווען פּלאַנירט צו מעסטן.