Обнаружение бактерий, таких как E. coli, за считанные минуты

Исследователи из Школы наук о жизни Уорикского университета открыли новую технологию обнаружения бактерий за минуты путём «пропускания электрического тока» через бактерии.

Обычное тестирование клинических образцов или коммерческих продуктов на бактериальное загрязнение занимает дни. За это время бактерии могут нанести значительный ущерб; многие инфекции быстро становятся угрожающими жизни, если их не идентифицировать и не лечить соответствующими антибиотиками.

Например, смертность от тяжёлого заражения крови (сепсиса) увеличивается на 8% за каждый час задержки правильного лечения. Более рутинные проблемы, такие как инфекции мочевыводящих путей, сложно диагностировать, и некоторым пациентам не могут дать чёткого ответа из-за трудностей с обнаружением низкоуровневых инфекций. Исследования показывают, что 20–30% таких инфекций пропускаются экспресс-тестами для обнаружения бактерий в моче.

Учёные обнаружили, что здоровые бактериальные клетки и клетки, подавленные антибиотиками или УФ-излучением, демонстрируют совершенно разные электрические реакции.

Это открытие было сделано путём объединения биологических экспериментов, инженерии и математического моделирования. Опубликованные в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), эти результаты могут привести к созданию медицинских устройств, которые смогут:

• Быстро обнаруживать живые бактериальные клетки.
• Оценивать действие антибиотиков на растущие бактериальные колонии.
• Идентифицировать разные типы бактерий и выявлять устойчивые к антибиотикам штаммы.

Исследователи основали стартап Cytecom для коммерциализации идеи. Компания получила грант от Innovate UK, национального агентства по финансированию инноваций. Эта государственная поддержка ускоряет процесс, и устройства станут доступны исследователям и бизнесу в ближайшем будущем.

Комментарии исследователей:

• Д-р Мунэхиро Асалли: «Это очень захватывающее время для работы с биоэлектричеством бактериальных клеток. Наша работа демонстрирует, что оно может привести к социально важным технологиям, одновременно углубляя наше фундаментальное понимание клеток. Разработанный нами инструмент открывает новые возможности для экспериментов».
• Д-р Джеймс Стратфорд: «Наша система даёт результаты, сопоставимые с подсчётом колоний на чашках, используемым в медицинских и промышленных тестах, но примерно в 20 раз быстрее. Это может спасти много жизней и принести пользу экономике за счёт обнаружения загрязнений в производственных процессах».
• Д-р Ёсикацу Хаяши: «Используя широко распространённую математическую модель из нейробиологии, мы выявили общий механизм возбудимых клеток — нейронов и бактерий. Расширенная нейронная модель смогла объяснить два различных типа электрических реакций здоровых и нездоровых бактериальных клеток. Удивительно, но для этого оказалось достаточно всего одного параметра, представляющего степень неравновесия по обе стороны мембраны. Это важный шаг к пониманию происхождения электрической сигнализации».