Американские ученые разработали новый способ (и даже создан прототип устройства) для определения бактерий, которые являются устойчивыми к воздействию антибиотиков. Новая методика предлагает очень быстрый метод – около 5 часов против нескольких дней в настоящее время – определения опасных бактерий, сообщает портал Phys.org.
Бактериальные инфекции стали одной из самых серьезных проблем во всем мире, и недавнее исследование показывает, что у пациентов с COVID-19 гораздо больше шансов получить вторичные бактериальные инфекции, что значительно увеличивает уровень смертности. Однако борьба с инфекциями – непростая задача. Когда антибиотики назначаются неаккуратно и чрезмерно, это приводит к быстрому возникновению и распространению генов устойчивости к антибиотикам у бактерий, что создает еще большую проблему. По данным Центров по контролю и профилактике заболеваний, ежегодно в США более 35 тысяч человек умирает от устойчивых к антибиотикам инфекций.
Одним из факторов, замедляющих борьбу с устойчивыми к антибиотикам бактериями, является количество времени, необходимое для их проверки. Традиционный метод использует извлеченные из пациента бактерии и сравнивает лабораторные культуры, выращенные с антибиотиками и без них, но результаты могут занять от одного до двух дней, что увеличивает уровень смертности, продолжительность пребывания в больнице и общую стоимость лечения.
Доцент Сеохын «Шон» Чой, преподаватель кафедры электротехники и вычислительной техники Колледжа инженерных и прикладных наук Томаса Дж. Ватсона Бингемтонского университета, исследует более быстрый способ проверки бактерий на устойчивость к антибиотикам. За последние несколько лет Чой разработал несколько проектов, в которых «бумажная электроника» сочетается с биологией, например, проект, в котором были разработаны биобатареи с использованием человеческого пота.
Это новое исследование под названием «Простой, недорогой и быстрый метод оценки эффективности антибиотиков против экзоэлектрогенных бактерий», опубликованное в ноябрьском выпуске журнала Biosensors and Bioelectronics, основано на тех же принципах, что и батареи: бактериальный перенос электронов, химический процесс, который определенные микроорганизмы используют для роста, общего обслуживания клеток и обмена информацией с окружающими микроорганизмами.
«Мы используем это биохимическое событие для создания нового метода оценки эффективности антибиотиков против бактерий, не контролируя рост бактерий в целом», – сказал Чой. «Насколько мне известно, мы первые, кто продемонстрировал эту технику быстрым и высокопроизводительным способом, используя бумагу в качестве основы». Это работает так: медицинская бригада извлекает образец у пациента, засевает бактерии различными антибиотиками в течение нескольких часов, а затем измеряет скорость переноса электронов. Более низкий показатель означает, что антибиотики воздействуют на исследуемые бактерии.
«Гипотеза заключается в том, что противовирусное воздействие может вызвать достаточное подавление бактериального переноса электронов, поэтому показания устройства будут достаточно чувствительными, чтобы показать небольшие изменения в электрическом выходе, вызванные изменениями в эффективности антибиотиков», – сказал Чой.Устройство сможет предоставить результаты об устойчивости к антибиотикам всего за пять часов, что послужит важным диагностическим инструментом в месте оказания медицинской помощи, особенно в районах с ограниченными ресурсами. Прототип, построенный частично при финансовой поддержке Национального научного фонда и Управления военно-морских исследований США, имеет восемь датчиков, напечатанных на его бумажной поверхности, но это число может быть расширено до 64 или 96 датчиков, если медицинские специалисты захотят встроить в устройство другие тесты.
Основываясь на этом исследовании, Чой уже знает, куда он и его ученики хотели бы пойти дальше: «Хотя многие бактерии производят энергию, некоторые патогены не осуществляют внеклеточный перенос электронов и не могут использоваться непосредственно на нашей платформе. Однако различные химические вещества соединения могут способствовать переносу электронов от бактерий, не производящих электричество. Например, кишечная палочка не может переносить электроны изнутри клетки наружу, но с добавлением некоторых химических соединений они могут генерировать электричество. Сейчас мы работаем над тем, как сделать эту технику общедоступной для всех бактериальных клеток».
