Надшвидка нова технологія виявлення бактерій

Новий метод виявлення, який дозволяє визначити наявність бактерій протягом хвилини, одночасно відрізняючи здорових від нежиттєздатних бактерій, може врятувати багато життів та багато грошей. Вчені Університету Уоріка повідомили про цю технологію, засновану на змінах електричної сигналізації у бактерій у відповідь на зовнішню електричну стимуляцію.

Бактеріальне дослідження має вирішальне значення для сучасної медичної практики. Для отримання результатів методів бактеріального посіву потрібні дні. При сепсисі смертність зростає на 8% з кожною годиною затримки лікування. Подібним чином, до 30% інфекцій сечовивідних шляхів пропускаються при дослідженнях сечових щупів, особливо при інфекціях низького рівня. Запізнілий діагноз може дозволити встановленню та навіть небезпеці інфекцій, спричиняючи смерть або втрату працездатності. Запізніле виявлення бактеріального забруднення комерційних зразків також має величезні економічні наслідки.

На цьому тлі біоелектрична сигналізація у бактерій може дати надзвичайно корисні результати. У поточному дослідженні поєднані біологія, математичне моделювання та інженерні принципи для швидкого виявлення життєздатних бактерій, використовуючи зміни потенціалу мембрани, що спочиває (базової електричної напруги на клітинних мембранах).

Провідний автор Джеймс Стратфорд пояснює: «Створена нами система може дати результати, подібні до кількості пластин, що використовується в медичних та промислових випробуваннях, але приблизно в 20 разів швидше. Це може врятувати життя багатьох людей, а також принести користь економіці, виявивши забруднення у виробничих процесах ".

Пов’язані історії

Біоелектричність у тварин, яка передбачає вивчення електричних характеристик клітин, що зазнають впливу зовнішніх електричних полів, була важливим напрямком дослідження. Дослідження бактеріальної біоелектрики є відносно новим, але тепер ми знаємо, що проліферативні бактерії потребують стабільного спочиваючого мембранного потенціалу і використовують майже половину своєї енергії для його підтримки. Потенціал мембрани, що спочиває, є ключовим для електричної сигналізації в клітинах.

Вчений Університету Редінга Йошікацу Хаясі коментує: "Використовуючи широко використовувану математичну модель у нейронауці, ми виявили загальний механізм збудливих клітин, нейронів і клітин бактерій, а розширена нейрональна модель може пояснити дві різні електричні реакції здорових і нездорових клітин бактерій. Дивно, але одного параметра, що представляє ступінь нерівноваги мембрани, було достатньо для пояснення чітких реакцій клітин. Це важливий крок до розуміння походження електричної сигналізації ".

Раніше для виявлення проліферативної здатності використовувались як проміжок часу, так і дослідження опосередкованого флуорофором одноклітинного мембранного потенціалу. Однак зміни мембранного потенціалу трапляються у багатьох ситуаціях, що призводить до неспецифічних результатів, якщо спочатку не виконати складних та ретельних калібрувань. У поточному дослідженні конкретно розглянуто, чи залежать зміни потенційного мембранного потенціалу від зовнішнього поля від бактеріального проліферативного потенціалу.

Вчені використовували спеціально розроблений пристрій для спостереження за проліферацією клітин та мембранним потенціалом та реакцією на електричну стимуляцію в окремих клітинах двох видів бактерій, Bacillus subtilis (B. subtilis) та Escherichia coli (E. coli).

Проліферативні бактерії (спостережувані при фазово-контрастній мікроскопії) спочатку взяли молекули флуоресцентних барвників як показники напруги мембрани. Було подано 2,5-секундний електричний імпульс. Результатом стала інтенсивна флуоресценція, що вказує на гіперполяризацію (внутрішня частина клітини стала більш негативно зарядженою, ніж зовнішня).

Деякі з цих клітин опромінювали ультрафіолетовим (УФ) світлом при 400 нм, яке є загальним інгібітором росту бактерій, і пригнічення росту підтверджувалося фазово-контрастною мікроскопією з проміжком часу. Нормальні клітини, присутні в різних областях одного поля, виступали в якості контролів. За тієї ж стимуляції опромінені клітини деполяризувались (внутрішня частина стала більш позитивною), тоді як інші були гіперполяризованими. Таким чином, це відрізняло здорових від нежиттєздатних бактерій. Вважається, що цей зсув обумовлений зміною потенціалу мембрани у спокої в пошкоджених клітинах, і передбачається розширеною нейронною моделлю, використаною в поточному дослідженні.

Потім змішану культуру двох бактерій обробляли ванкоміцином, антибіотиком, який пригнічує B. subtilis, але не проліферацію E. coli. Подальша стимуляція спричинила деполяризацію та гіперполяризацію B. subtilis та E. coli відповідно. Такі ж результати спостерігалися після обробки етанолом або протонофором, які також спричиняють пошкодження клітин. Таким чином, цей метод можна поєднувати із селективною культурою для виявлення стійкості до антибіотиків.

Дослідники створили власний стартап під назвою Cytecom і очікують, що комерційні пристрої дуже скоро будуть доступні для промислового та клінічного використання для швидкого виявлення живих бактерій та пошуку антибіотичного впливу на бактеріальні культури. Cytecom отримав грант від Innovate UK, який просуває інновації.

Автор дослідження Мунехіро Асалі сказав: «Настільки захоплюючий час працювати над біоелектричністю бактеріальних клітин. Ця робота демонструє, що бактеріальна електрика може призвести до суспільно важливих технологій, одночасно отримуючи фундаментальне розуміння нашого базового розуміння клітин. Інструмент, який ми розробили, може запропонувати більше можливостей, дозволяючи експерименти, які раніше було неможливо виконати ".

Джерела

Динаміка потенціалу бактеріальних мембранних потенціалів відповідає здатності клітинної проліферації, Джеймс П. Стратфорд, Конор Л. А. Едвардс, Манджарі Дж. Ганшам, Дмитро Малишев, Марко А. Делізе, Йошикацу Хаясі, Мунехіро Асалі, Праці Національної академії наук, травень 2019 р., 116 (19) 9552-9557; DOI: 10.1073/pnas.1901788116, https://doi.org/10.1073/pnas.1901788116
Warwick.ac.uk (2019). Такі бактерії, як кишкова паличка, виявляються за лічені хвилини за новою технологією Університету Уоріка. https://warwick.ac.uk/newsandevents/pressreleases/bacteria_such_as

Доктор Ліджі Томас

Доктор Ліджі Томас - лікар-гінеколог, який закінчив Урядовий медичний коледж Університету Калікута, штат Керала, в 2001 році. Ліджі кілька років після закінчення навчання працювала штатним консультантом з акушерства/гінекології в приватній лікарні. . Вона консультувала сотні пацієнтів, які стикаються з проблемами, пов'язаними з вагітністю та безпліддям, і відповідала за понад 2000 пологів, намагаючись завжди досягти нормальних пологів, а не оперативного.

Цитати

Будь ласка, використовуйте один із наступних форматів, щоб цитувати цю статтю у своєму есе, роботі чи доповіді:

Томас, Лідзі. (2019, 13 червня). Надшвидка нова технологія виявлення бактерій. Новини-Медичні. Отримано 20 грудня 2020 року з https://www.news-medical.net/news/20190613/Ultra-fast-new-technology-to-detect-bacteria.aspx.

Томас, Лідзі. "Надшвидка нова технологія виявлення бактерій". Новини-Медичні. 20 грудня 2020 року. .

Томас, Лідзі. "Надшвидка нова технологія виявлення бактерій". Новини-Медичні. https://www.news-medical.net/news/20190613/Ultra-fast-new-technology-to-detect-bacteria.aspx. (доступ 20 грудня 2020 р.).

Томас, Лідзі. 2019. Надшвидка нова технологія виявлення бактерій. News-Medical, переглянутий 20 грудня 2020 р., Https://www.news-medical.net/news/20190613/Ultra-fast-new-technology-to-detect-bacteria.aspx.

News-Medical.Net надає цю медичну інформаційну послугу відповідно до цих умов. Зверніть увагу, що медична інформація, розміщена на цьому веб-сайті, призначена для підтримки, а не для заміщення стосунків між пацієнтом та лікарем/лікарем та медичної консультації, яку вони можуть надати.

News-Medical.net - Сайт AZoNetwork