Unikátna diagnostika baktérií na základe mechanických oscilácií buniek

 

KĽÚČOVÉ ZISTENIA:

• Identifikácia patogénov prebieha meraním ich drobných fyzikálnych vibrácií.

• Analýza na graféne odstraňuje potrebu dlhej kultivácie odobratých vzoriek.

• Dáta o citlivosti na antibiotiká sú dostupné veľmi rýchlo.

Diagnostika bakteriálnych infekcií zvyčajne vyžaduje kultiváciu vzoriek, čo zaberá celé dni. Nová metóda využíva extrémne tenké grafénové membrány na zaznamenávanie mechanických oscilácií, ktoré generuje samotná bunka. Tieto vibrácie na úrovni nanometrov fungujú ako zvuková stopa živej baktérie.

Technológia pochádza z výskumu na inštitúcii TU Delft, kde ju objavil tím pod vedením Farboda Alijaniho. Na vývoji sa ďalej podieľali odborníci zo spoločnosti SoundCell a laboratória RHMDC. Fyzikálne sily vyvolané údermi bunky sú až 10 000 000 000-krát menšie ako úder boxera do vreca.

Zdroj foto: SoundCell

Každý druh baktérie produkuje špecifický zvukový prejav, ktorý vedci vizualizujú ako časovo-frekvenčné spektrogramy. Výskumník Santiago Mendoza Silva vyvinul model strojového učenia, ktorý tieto vibrácie následne analyzuje. Tento výpočtový model bol trénovaný na rozoznávanie 3 bežných patogénov z nemocničného prostredia, konkrétne E. coli, S. aureus a K. pneumoniae.

Aleksandre Japaridze, zástupca spoločnosti SoundCell, potvrdil, že tento klasifikátor umožňuje identifikovať infekciu na základe zvuku jedinej bunky. Mikrobiológ Leo Smeets dodal, že takýto postup šetrí čas, pretože eliminuje sekvenčné vykonávanie testov. Celý proces analýzy vrátane testovania na antibiotiká prináša výsledky za 1 až 2 hodiny.

Súbežné testovanie citlivosti na lieky prebieha sledovaním zmien vo vibráciách bunky po podaní antibiotika. Ak bunka na liek reaguje, jej biologická aktivita klesá a vibrácie utíchnu. V prípade odolnej baktérie ostanú oscilácie zachované, čo lekárom poskytne rýchlu informáciu o rezistencii organizmu.

Platforma sa môže po ďalšom vývoji stať bežným diagnostickým nástrojom v nemocničnej praxi. Vývojári plánujú vytvoriť paralelné senzorové polia vo forme kaziet a rozšíriť tréningové dáta o ďalšie kmene. Týmto spôsobom vznikne metóda nevyžadujúca žiadne chemické značenie na úrovni jednotlivých buniek.

Výskum bol pôvodne publikovaný pod gesciou viacerých inštitúcií a spájal tímy zamerané na nanobiológiu a nanomechaniku. Analýza mechanických vlastností grafénu v kontakte s biologickým objektom ukázala jeho špecifické uplatnenie v mikrobiológii. Tento postup poskytuje dôležité údaje pre boj proti globálnej antimikrobiálnej rezistencii.

PREČO JE TO DÔLEŽITÉ: Rýchla detekcia rezistencie na úrovni jedinej bunky umožňuje okamžite nasadiť účinnú liečbu a zachraňovať životy.

Zdroj: spectrum.ieee.org foto: ChatGPT

Zobrazit Galériu