Lille robot kunne være game-changer i kampen mod tuberkulose

Et forskerhold fra Brock University har skabt en mikroskopisk robot, der har potentialet til at identificere lægemiddelresistens over for tuberkulose hurtigere end konventionelle tests.

Verdenssundhedsorganisationen (WHO) kalder tuberkulosemedicinresistens "en formidabel hindring" for behandling og forebyggelse af en sygdom, der dræbte 240, 000 mennesker i 2016.

Brock-teamets seneste teknologi bygger på en tidligere version af den mikroskopiske robot - kaldet den tredimensionelle DNA-nanomaskine - de skabte i 2016 for at opdage sygdomme i en blodprøve inden for 30 minutter.

I denne seneste version, holdet, ledet af adjunkt i kemi Feng Li, redesignede nanomaskinen, så den kunne afdække mutationer i de gener, der findes i de bakterier, der forårsager tuberkulose.

Li siger, at nanomaskinen har potentialet til at bestemme, inden for en time, om tuberkulosebakterier indeholder de genetiske mutationer, der gør dem resistente over for de grundlæggende, førstevalgsmedicin ordineret til at bekæmpe tuberkulose.

WHO siger, at resistens for det meste opstår, fordi patienterne ikke overholder den strenge tidsplan for antibiotika, de skal tage for at blive helbredt. Bakteriecellernes gener ændrer sig, så bakterierne kan overleve fremtidige eksponeringer for de samme antibiotika, hvilket betyder, at en andenlinjebehandling derefter er påkrævet.

Det tager et stykke tid, før sundhedspersonale og patienter indser, at førstelinjemedicinen ikke virker, Derfor er hurtig påvisning af lægemiddelresistens så afgørende, siger Li.

"Når du bekræfter, at der er tuberkuloseinfektion, du skal bruge diagnosen til at guide den terapeutiske strategi, " siger han. "Normal infektion og lægemiddelresistente stammer kræver to helt forskellige typer strategier."

Li siger, at den nuværende test for modstand er en besværlig, tidskrævende proces, der kan tage alt fra to til seks uger og kræver udstyr og træning på højt niveau. I mellemtiden, sygdommen forværres hos patienter, som også kan give sygdommen videre til andre.

Brock-teamets nanomaskine består af en 20 nanometer partikel lavet af guld. Korte og lange DNA-strenge er knyttet til guldpartiklen, og disse DNA-molekyler bruges som byggesten til at konstruere og betjene nanomaskinen.

Kandidatstuderende Alex Guan Wang brugte en computersimuleringsmodel til at designe de lange tråde, som er i stand til at opsøge forskelle i nukleotider indeholdt i tuberkulosebakteriens gener. Et nukleotid er den grundlæggende strukturelle enhed og byggesten for DNA, og det er inden for disse, at mutationer forårsaget af lægemiddelresistens ville blive fundet.

De korte DNA-strenge knyttet til nanomaskinen bærer fluorescerende signalreportere.

Nanomaskinen falder ned i serum udvundet fra menneskeblod. Hvis de lange strenge opdager mutationerne fundet i specifikke nukleotider, maskinen tænder og lyser; hvis prøven er sygdomsfri, robotten forbliver slukket.

Kandidatstuderende Yongya Li udførte laboratorieeksperimenterne. Hun startede først forskningen, da hun var bachelorstuderende.

Holdets resultater er indeholdt i deres papir "Simuleringsstyret konstruktion af en enzymdrevet tredimensionel DNA-nanomaskine til at skelne enkeltnukleotidvarianter, " offentliggjort den 30. juni i tidsskriftet Kemisk Videnskab . Feng Li og hans samarbejdspartnere producerede også et andet forskningspapir i tidsskriftet Analytisk kemi , beskriver, hvordan man modificerer nanomaskinen til at opdage sygdomme ved at undersøge en række proteiner i prøver.