Elektrokemi skyller antibiotikaresistente proteiner ud

EPFL-forskere, arbejder i samarbejde med Valais Hospital i Sion og Fudan University i Shanghai, har udviklet en metode til at analysere bakterier, der – for første gang nogensinde – lader læger hurtigt se præcis, hvilke proteiner der er forbundet med antibiotikaresistens.

Nogle bakterier indeholder proteiner, der indikerer resistens over for antibiotika. Men for at få øje på disse proteiner, læger skal kunne åbne bakteriemembranerne og analysere proteinerne indeni – noget, der indtil nu har været umuligt, da massespektrometri kun kan identificere små proteiner. Imidlertid, forskere på EPFLs Sion-campus, der arbejder sammen med kolleger på Fudan University i Shanghai, har udviklet en enkelt metode, der kan bruges til at analysere et stort spektrum af proteiner og identificere både bakterierne og deres resistens over for antibiotika. Processen kombinerer titandioxid nanopartikler med energien fra UV -lysstråler. Deres forskning er blevet offentliggjort i Kemisk Videnskab .

WHO har udpeget bakteriel resistens over for antibiotika som den største trussel mod menneskers sundhed. Det er resultatet af læger, der overdrevent ordinerer antibiotika, som har fremskyndet bakteriers regulære forsvarsmekanismer, luger de svageste mikrober ud og lader de stærkeste overleve. Over tid har disse bakterier udviklet sig til at beskytte sig selv mod antibiotika ved genetisk mutation, overføre genetiske mutationer til deres afkom eller udveksle DNA med andre bakterier.

I dag forsøger forskere at bremse denne proces ved bedre at målrette specifikke bakterier for at forhindre, at nye multiresistente stammer dannes. Det betyder, at de skal være i stand til præcist at identificere, hvilke bakterier de har at gøre med. Den vigtigste metode, der bruges på hospitaler til at påvise antibiotikaresistens, involverer dyrkning af bakteriekulturer i nærvær af antibiotika, men denne teknik kan tage flere timer eller endda dage. En anden metode indebærer anvendelse af massespektrometri til at analysere bakteriestammer dyrket i en petriskål; læger placerer bakterierne på en stålplade og bestråler dem med en laser. Det genererer en sky af proteiner, der kan analyseres for at bestemme bakteriernes fænotype. Men ingen af ​​metoderne er i stand til at identificere større proteiner - og derfor satte forskerholdet sig for at udvikle et nyt.

Stålplader præget med titaniumdioxid

EPFL-forskerne, arbejder på skolens Laboratory of Physical and Analytical Electrochemistry (LEPA), og deres kolleger i Shanghai brugte stålplader, der var blevet præget med titaniumdioxid nanopartikler. "Titaniumdioxid er et hvidt pulver, der absorberer lys. Når det rammes af UV-stråler, pulveret udløser en elektrokemisk reaktion, der forbedrer laserens virkninger ved bogstaveligt at eksplodere åbne bakteriemembraner, " siger Hubert Girault, leder af LEPA.

Denne metode åbner bakterierne meget mere end eksisterende, frigivelse af en række biologiske molekyler, herunder protein, DNA, RNA, og lipider. "Vi kiggede hovedsageligt på proteiner, da de er det, der potentielt kan ændre eller forringe antibiotika, "siger Horst Pick, en biolog, der var med til at udvikle metoden. "Men vi fandt også ud af, at vi kunne bruge den samme massespektrometri -teknik til at analysere alle de andre typer molekyler, der frigives og opnå bakteriernes 'fingeraftryk'. Det kan hjælpe læger med at identificere den specifikke type bakterier. "

Som et næste skridt, forskerne håber at kunne arbejde med bakterierne direkte, uden først at skulle dyrke kulturer. Det ville formindske analysetiden til 30 minutter – en stor fordel, da tid er af afgørende betydning, når man bekæmper en infektion – og sikre, at lægerne målrettede de rigtige mikrober. Meget lovende forsøg er allerede blevet udført.