O nouă metodă de detectare care poate identifica prezența bacteriilor într-un minut, distingând în același timp sănătos de bacteriile neviabile, ar putea salva multe vieți și mulți bani. Oamenii de știință de la Universitatea Warwick au raportat această tehnologie, bazată pe modificări ale semnalizării electrice a bacteriilor ca răspuns la stimularea electrică externă.

detectarea

Testarea bacteriană este crucială pentru practica medicală modernă. Metodele de cultură bacteriană durează zile pentru ca rezultatele să fie disponibile. În septicemie, mortalitatea crește cu 8% cu fiecare oră de întârziere a tratamentului. În mod similar, până la 30% din infecțiile tractului urinar sunt omise în studiile cu jetoane urinare, în special în cazul infecțiilor cu nivel scăzut. Diagnosticul întârziat poate permite infecțiilor să devină stabilite și chiar periculoase, provocând moartea sau dizabilitatea. Detectarea întârziată a contaminării bacteriene a specimenelor comerciale are, de asemenea, un impact economic imens.

În acest context, semnalizarea bioelectrică a bacteriilor poate produce rezultate extrem de utile. Studiul actual a combinat biologia, modelarea matematică și principiile de inginerie pentru a detecta rapid bacteriile viabile, exploatând modificările potențialului de membrană de repaus (tensiunea electrică de bază între membranele celulare).

Autorul principal James Stratford explică: „Sistemul pe care l-am creat poate produce rezultate similare cu numărul de plăci utilizate în testele medicale și industriale, dar de aproximativ 20 de ori mai rapid. Acest lucru ar putea salva viețile multor oameni și, de asemenea, va aduce beneficii economiei prin detectarea contaminării în procesele de fabricație. ”

Povești conexe

Bioelectricitatea la animale, care implică studiul caracteristicilor electrice ale celulelor expuse câmpurilor electrice externe, a fost un domeniu important de studiu. Studiul bioelectricității bacteriene este relativ nou, dar acum știm că bacteriile proliferative necesită un potențial stabil de membrană de repaus și folosesc aproape jumătate din energia lor pentru ao menține. Potențialul de membrană de repaus este cheia semnalizării electrice din celule.

Omul de știință al Universității din Reading, Yoshikatsu Hayashi, comentează: „Folosind modelul matematic utilizat pe scară largă în Neuroștiințe, am dezvăluit un mecanism comun de celule excitabile, celule neuronice și bacteriene, iar modelul neuronal extins ar putea explica două reacții electrice distincte ale celulelor bacteriene sănătoase și nesănătoase. În mod surprinzător, un singur parametru reprezentând gradul de neechilibru între membrană a fost suficient pentru a explica răspunsurile distincte ale celulelor. Acesta este un pas important către înțelegerea originii semnalizării electrice. "

Anterior, atât microscopia cu intervale de timp cât și studiile potențiale ale membranei monocelulare mediată de fluorofor au fost utilizate pentru a detecta capacitatea proliferativă. Cu toate acestea, modificările potențialului membranei apar în multe situații, ducând la rezultate nespecifice, cu excepția cazului în care sunt efectuate mai întâi calibrări complexe și meticuloase. Studiul actual a analizat în mod specific dacă modificările potențiale ale membranei induse de câmpul extern depind de potențialul proliferativ bacterian.

Oamenii de știință au folosit un dispozitiv special dezvoltat pentru a observa proliferarea celulară și potențialul membranei și răspunsul la stimularea electrică în celule unice din două specii bacteriene, Bacillus subtilis (B. subtilis) și Escherichia coli (E. coli).

Bacteriile proliferative (observate prin microscopie time-lapse cu contrast de fază) au luat mai întâi moleculele fluorescente de colorant ca indicatori de tensiune a membranei. A fost aplicat un impuls electric de 2,5 secunde. Rezultatul a fost o fluorescență intensă care indică hiperpolarizare (interiorul celulei a devenit mai încărcat negativ decât exteriorul).

Unele dintre aceste celule au fost iradiate cu lumină ultravioletă (UV) la 400 nm, care este un inhibitor comun al creșterii bacteriene, iar inhibiția creșterii a fost confirmată prin microscopie cu contrast de fază time-lapse. Celulele normale prezente în diferite zone ale aceluiași câmp au acționat ca martori. Cu aceeași stimulare, celulele iradiate au fost depolarizate (interiorul a devenit mai pozitiv) în timp ce celelalte au fost hiperpolarizate. Astfel, aceasta s-a diferențiat de bacteriile sănătoase de cele neviabile. Se consideră că această schimbare se datorează unei modificări a potențialului membranei de repaus în celulele deteriorate și este prezisă de modelul extins de neuroni utilizat în studiul actual.

O cultură mixtă a celor două bacterii a fost apoi tratată cu vancomicină, un antibiotic care inhibă B. subtilis, dar nu proliferarea E. coli. Stimularea ulterioară a produs depolarizare și hiperpolarizare la B. subtilis și, respectiv, la E. coli. Aceleași rezultate au fost observate în urma tratamentului cu etanol sau un protonofor, care provoacă, de asemenea, leziuni celulare. Această metodă poate fi astfel combinată cu cultura selectivă pentru a detecta rezistența la antibiotice.

Cercetătorii și-au creat propriul startup numit Cytecom și se așteaptă ca dispozitivele comerciale să fie disponibile în curând pentru uz industrial și clinic, pentru a detecta rapid bacteriile vii și pentru a căuta efecte antibiotice asupra culturilor bacteriene. Cytecom a primit un grant de la Innovate UK care promovează inovarea.

Autorul studiului, Munehiro Asally, a spus: „Este un moment atât de interesant să lucrezi la bioelectricitatea celulelor bacteriene. Această lucrare demonstrează că electricitatea bacteriană poate duce la o tehnologie importantă din punct de vedere social, obținând în același timp informații fundamentale asupra înțelegerii noastre de bază asupra celulelor. Instrumentul pe care l-am dezvoltat poate oferi mai multe oportunități, permițând experimente pe care nu le-am putut efectua înainte. ”

Surse

  • Dinamica potențială a membranei bacteriene indusă electric corespunde capacității de proliferare celulară, James P. Stratford, Conor LA Edwards, Manjari J. Ghanshyam, Dmitry Malyshev, Marco A. Delise, Yoshikatsu Hayashi, Munehiro Asally, Proceedings of the National Academy of Sciences mai 2019, 116 (19) 9552-9557; DOI: 10.1073/pnas.1901788116, https://doi.org/10.1073/pnas.1901788116
  • Warwick.ac.uk (2019). Bacterii precum E. coli detectate în câteva minute prin noua tehnologie de la Universitatea Warwick. https://warwick.ac.uk/newsandevents/pressreleases/bacteria_such_as

Dr. Leah Thomas

Dr. Liji Thomas este OB-GYN, care a absolvit Colegiul Medical al Guvernului, Universitatea din Calicut, Kerala, în 2001. Liji a practicat ca consultant cu normă întreagă în obstetrică/ginecologie într-un spital privat pentru câțiva ani după absolvire. Ea a consiliat sute de pacienți care se confruntă cu probleme legate de sarcină și infertilitate și a fost responsabilă de peste 2.000 de nașteri, depunând eforturi pentru a obține o livrare normală mai degrabă decât operativă.

Citații

Vă rugăm să utilizați unul dintre următoarele formate pentru a cita acest articol în eseu, lucrare sau raport:

Thomas, Leah. (2019, 13 iunie). Noua tehnologie ultrarapidă pentru detectarea bacteriilor. Știri-Medical. Adus pe 20 decembrie 2020 de pe https://www.news-medical.net/news/20190613/Ultra-fast-new-technology-to-detect-bacteria.aspx.

Thomas, Leah. „Noua tehnologie ultrarapidă pentru detectarea bacteriilor”. Știri-Medical. 20 decembrie 2020. .

Thomas, Leah. „Noua tehnologie ultrarapidă pentru detectarea bacteriilor”. Știri-Medical. https://www.news-medical.net/news/20190613/Ultra-fast-new-technology-to-detect-bacteria.aspx. (accesat la 20 decembrie 2020).

Thomas, Leah. 2019. Noua tehnologie ultrarapidă pentru detectarea bacteriilor. News-Medical, vizualizat la 20 decembrie 2020, https://www.news-medical.net/news/20190613/Ultra-fast-new-technology-to-detect-bacteria.aspx.

News-Medical.Net furnizează acest serviciu de informații medicale în conformitate cu acești termeni și condiții. Vă rugăm să rețineți că informațiile medicale găsite pe acest site web sunt concepute pentru a sprijini, nu pentru a înlocui relația dintre pacient și medic/medic și sfaturile medicale pe care le pot oferi.

News-Medical.net - Un site AZoNetwork