Звуки бактерий, записанные с помощью графеновой мембраны

Исследователи из TU Delft под руководством доктора Фарбода Алиджани впервые смогли записать низкоуровневый шум одиночной бактерии с помощью графена. Их работа опубликована в Nature Nanotechnology.

Звук одиночной бактерии

Изначально команда изучала основы механики графена, но затем задалась вопросом, что произойдет при контакте этого сверхчувствительного материала с биологическим объектом. Графен — это форма углерода толщиной в один атомный слой, обладающая выдающимися электрическими и механическими свойствами и высокой чувствительностью к внешним силам.

Совместно с группами нанобиологии (Сиза Деккера) и наномеханики (Питера Стинкена) исследователи провели эксперименты с бактериями E. coli. Когда одиночная бактерия прикреплялась к поверхности графенового «барабана», она вызывала случайные колебания амплитудой всего в несколько нанометров, которые удалось зафиксировать. «Мы могли слышать звук одной бактерии», — говорит Деккер.

Удар бактерии по графеновому барабану

Крошечные колебания возникают в результате биологических процессов бактерий, главным образом от движения их жгутиков. «Чтобы понять, насколько малы эти удары жгутиков по графену, стоит сказать, что они как минимум в 10 миллиардов раз слабее удара боксера по груше. И тем не менее эти наноразмерные биения можно преобразовать в звуковые дорожки», — поясняет Алиджани.

Графен для быстрого выявления антибиотикорезистентности

Исследование имеет огромное значение для обнаружения устойчивости к антибиотикам. Результаты экспериментов были однозначны:

• Если бактерии были устойчивы к антибиотику, колебания продолжались на прежнем уровне.
• Если бактерии были чувствительны к препарату, колебания ослабевали и полностью прекращались через один-два часа.

Благодаря высокой чувствительности графеновых «барабанов» это явление можно обнаружить, используя всего одну клетку.

«В будущем мы планируем оптимизировать нашу платформу для определения чувствительности к антибиотикам на основе одиночной клетки и графена и проверить ее на различных патогенных образцах. В конечном итоге она может стать эффективным диагностическим инструментом для быстрого выявления антибиотикорезистентности в клинической практике», — говорит Фарбод Алиджани.

Питер Стинкен добавляет: «Это станет неоценимым инструментом в борьбе с устойчивостью к антибиотикам — растущей угрозой для здоровья людей во всем мире».

Исследование озаглавлено «Исследование нанодвижений одиночных бактерий с помощью графеновых барабанов».