Påvisning af E. coli-stammer ved hjælp af molekylær elektronik

At finde en hurtig og billig måde at opdage specifikke stammer af bakterier og vira er afgørende for fødevaresikkerheden, vandkvalitet, miljøbeskyttelse og menneskers sundhed. Imidlertid, nuværende metoder til påvisning af sygdomsfremkaldende bakteriestammer som f.eks E coli kræver enten tidskrævende biologiske cellekulturer eller DNA-amplifikationstilgange, der er afhængige af dyrt laboratorieudstyr.

Nu, Josh Hihath, en lektor i elektro- og computerteknik ved University of California, Davis, og kolleger ved University of Washington og TOBB University of Economics and Technology i Ankara, Tyrkiet har tilpasset en molekylær elektronisk enhed kaldet et enkelt-molekyle break junction til at detektere RNA fra stammer af E coli kendt for at forårsage sygdom. Resultaterne blev offentliggjort online i dag (5. november) i tidsskriftet Natur nanoteknologi .

"De pålidelige, effektiv og billig påvisning og identifikation af specifikke stammer af mikroorganismer som f.eks E coli er en stor udfordring inden for biologi og sundhedsvidenskab, " sagde Hihath. "Vores teknik kunne bane vejen for hurtige, ligetil påvisning af patogener, antimikrobielle resistente bakteriestammer og biomarkører for kræft."

Hihath og hans team fokuserede på E coli da det er et almindeligt patogen, der nemt kan findes i fødevareforsyningen, men forårsager muligvis ikke sygdom i godartet form. Den værste belastning af E coli , hedder E coli O157:H7, producerer et giftigt stof kaldet Shiga-toksin, der forårsager blodig diarré, nyresvigt og endda død.

Enkeltmolekyle break junction-enheder består af to metalelektroder med atomisk skarpe grænseflader, der bringes i kontakt i en flydende opløsning af interesse, såsom en opløsning indeholdende RNA-sekvenser fra E.coli. Når elektroderne bringes i kontakt og trækkes fra hinanden, en elektrisk forspænding påføres, og strømmen måles. Denne proces gentages hundredvis eller tusindvis af gange for at bestemme konduktansen af ​​et enkelt molekyle.

"Et af de spørgsmål, vi stillede, er, hvor lille en ændring i sekvensen er nødvendig for at forårsage en meningsfuld ændring i den elektriske ledningsevne?" sagde Hihath. "Den mindste ting, vi kan ændre, er en enkelt base, så vi besluttede at se, om en enkeltbaseændring kan måles."

Ved at teste korte sekvenser af RNA bundet til DNA med kemiske linkere, holdet undersøgte en E coli sekvens, der ville producere Shiga-toksin. Deres resultater viste, at ændringer i den elektriske modstand af RNA på grund af en enkeltbaseændring kunne måles, hvilket ville give dem mulighed for ikke kun at se, om en sekvens var E.coli, men den specifikke stamme af E.coli, der producerer Shiga-toksin.

"Et system, der selektivt kunne identificere korte sekvenser af DNA eller RNA, åbner nye veje til at udvikle en elektronisk sensorplatform til en bred vifte af applikationer, " tilføjer han. "Til sidst, vi ønsker at komme til det punkt, hvor vi kan udtrække RNA-prøver fra rigtige organismer og måle deres ledningsevne på en sanseplatform."