Бактериалните инфекции са нарастваща заплаха за общественото здраве в световен мащаб. Способността за бързо откриване на инфекции при потенциално животозастрашаващи състояния като сепсис е жизненоважна.

технологичен

Изследователите представиха нови техники за откриване, които могат успешно да идентифицират и разграничат здрави и нежизнеспособни бактерии в рамките на минути, потенциално спасявайки животи и пари.

Кредит за изображение: nobeastsofierce/Shutterstock.com

Важността на бактериалното изследване

Съвременната медицинска практика разчита много на бактериални изследвания. При прогресиращи инфекции като сепсис смъртността се увеличава с 8% на час забавено лечение.

Докато до 30% от пациентите с инфекции на пикочните пътища не са диагностицирани с помощта на пръчки, особено при тези с по-ниски нива на инфекция.

И в двата случая забавянето на диагнозата може да доведе до животозастрашаващи последици, тъй като инфекцията продължава да се установява. По същия начин, забавянето при идентифициране на случаи на замърсяване в промишлени проби може да доведе до неблагоприятни икономически резултати.

Типичните техники за бактериално откриване включват ензимно свързан имуносорбентен анализ, култивиране на плочки и полимеразна верижна реакция. Докато тестовете се признават за тяхната чувствителност и точност, практикуващите трябва да изчакат няколко дни за резултатите.

Нововъзникващите изследвания целяха да се справят с тези проблеми, съчетавайки математическо моделиране, биология и инженерни принципи, за да създадат нов метод за откриване на жизнеспособни бактерии.

Ултра бърза технология за откриване на бактерии

Изследването на електрическите характеристики на клетката в отговор на излагането на външни електрически полета, известно като биоелектричество, е от основно значение за настоящото проучване.

Като тема, изследването на бактериалната биоелектричност е съвсем съвременно, но в резултат на това изследователите са открили, че бактериите се нуждаят от постоянен потенциал за почивка, за да се възпроизвеждат и използват приблизително половината от енергията си, за да поддържат това равновесие.

Преди това за идентифициране на пролиферативния капацитет са използвани медиирани от флуорофор и микроскопични едновременно клетъчни мембранни изследвания. Един проблем с такива проучвания е, че промените в мембранния потенциал могат да възникнат в няколко ситуации, създавайки обобщени резултати, ако първоначално не се извършат задълбочени калибрирания.

Екипът от изследователи от университета в Уоруик наблюдава промените в мембранния потенциал и клетъчната пролиферация в отговор на електрическа стимулация, използвайки специално разработено устройство при два вида бактерии, Bacillus subtilis (B. subtilis) и Escherichia coli (E. coli) ).

Използвана е техника, наречена фазова контрастна микроскопия с времеви интервал, за да се наблюдава кога пролиферативните бактерии абсорбират боядисани флуоресцентни молекули, използвани като индикатори на мембранното напрежение.

След прилагането на 2,5-секунден електрически импулс се наблюдава интензивна флуоресценция, показваща, че вътрешността на бактериалната клетка е по-отрицателно заредена в сравнение с външната.

Част от клетките са били изложени на ултравиолетова светлина - известен инхибитор на бактериалния растеж. Това увреждане на растежа е валидирано с помощта на фазова контрастна микроскопия.

Контролните клетки също бяха идентифицирани и подложени на идентичната стимулация, облъчените клетки станаха деполяризирани, а останалите клетки хиперполяризирани. Това създава разлика между здрави и нежизнеспособни бактерии.

Твърди се, че тази промяна е причинена от промяна в потенциала на мембраната в покой в ​​увредените клетки и се очаква да се използва разширеният невронен модел в изследването.

Изследователите са лекували смесена култура от двата вида бактерии с антибиотик, ванкомицин, който инхибира само разпространението на B. subtilis. Стимулирането на двата вида доведе до хиперполяризация и деполяризация съответно на E. coil и B. subtilis.

Същото се наблюдава, когато пробите се третират с протонофор или етанол, което води до увреждане на клетките. Този метод може да се използва в допълнение към селективната култура за идентифициране на антибиотична резистентност.

Изследвания

Джеймс Стратфорд, водещият автор на изследването, отбеляза, че „Системата, която създадохме, може да даде резултати, които са подобни на броя на плочите, използвани в медицинските и индустриални тестове, но около 20 пъти по-бързо.

Това може да спаси живота на много хора и също така да бъде от полза за икономиката, като открие замърсяване в производствените процеси. "

В резултат на изследването се надява, че индустриалните устройства ще бъдат достъпни за клинична и търговска употреба, за да идентифицират незабавно живите бактерии и да изследват ефектите върху антибиотиците върху културите.

Бързо колориметрично откриване

Съвременните изследвания в тази област използват техники за откриване, включващи използването на химически сензорни, включително колориметрични методи за откриване. Такива методи са признати за тяхната лекота на използване и способността да идентифицират бактериите, без да е необходимо допълнително оборудване.

Кредит за изображение: Kallayanee Naloka/Shutterstock.com

Неотдавнашно проучване докладва за нова техника, наречена Бактериално инхибиране на катализирана с GOX реакция (BIGR), която може бързо да открие широк спектър от живи бактериални видове.

Изследователите от университета Шанхай Джао Тонг използват техниката за идентифициране на Salmonella pullorum, Escherichia coli, Enterococcus faecalis, Staphylococcus aureus и Streptococcus мутанти.

Изследването използва метаболизма на глюкозата на всяка бактерия и дава възможност за откриване на вида с невъоръжено око. В сравнение с традиционните техники, авторите отбелязват, че тестът отнема 20 минути и изисква само три микролитра проба.

Авторите заключават, че "представената платформа има голям потенциал за бързо откриване на бактерии в клиниката и оценка на жизнеспособността на бактериите. Бъдещото развитие на нашето проучване ще се фокусира върху подобряване на чувствителността чрез използване на нов колориметричен субстрат."

Изследователи от университета Gachon са разработили подобна колориметрична техника, използваща наночастици. Техниката е в състояние да определи количествено както Escherichia coli, така и Staphylococcus aureus чрез наблюдение на намаляването на промяната на цвета с невъоръжено око и спектрофотометрия в рамките на приблизително 10 минути.

Методът разчита на активността на покритите с хитозан магнитни наночастици, които при инкубиране с проба, съдържаща бактерии, водят до намаляване на пероксидазноподобната активност.

Подобно на предишната колориметрична техника, представеният анализ се предлага от авторите да има голям потенциал за бързо диагностициране на широкоспектърни бактериални инфекции в къщи, драстично намаляване на времето за изчакване и спасяване на животи.

Справки и допълнително четене

  • Stratford, J. P., Edwards, C. L., Ghanshyam, M. J., Malyshev, D., Delise, M. A., Hayashi, Y., & Asally, M. (2019). Динамиката на потенциала на бактериалната мембрана с потенциал отговаря на капацитета на клетъчна пролиферация. Известия на Националната академия на науките, 116 (19), 9552-9557. https://doi.org/10.1073/pnas.1901788116
  • Alamer, S., Eissa, S., Chinnappan, R., Herron, P., & Zourob, M. (2018). Бърз колориметричен имуноанализ на основата на лактоферин върху памучни тампони за откриване на хранителни патогенни бактерии. Таланта, 185, 275-280. https://doi.org/10.1016/j.talanta.2018.03.072
  • Sun, J., Huang, J., Li, Y., Lv, J., & Ding, X. (2019). Прост и бърз колориметричен метод за откриване на бактерии, основан на бактериално инхибиране на катализирана от глюкоза оксидаза реакция. Таланта, 197, 304-309. Doi: https://doi.org/10.1016/j.talanta.2019.01.039
  • Le, T. N., Tran, T. D., & Kim, M. I. (2020). Удобен колориметричен метод за откриване на бактерии, използващ магнитни наночастици, покрити с хитозан. Наноматериали, 10 (1), 92. Doi: 10.3390/nano10010092

Допълнителна информация

Цитати

Моля, използвайте един от следните формати, за да цитирате тази статия във вашето есе, доклад или доклад:

Бенет, Клои. (2020 г., 15 април). Технологичен напредък в откриването на бактерии. Новини-Медицински. Получено на 11 декември 2020 г. от https://www.news-medical.net/health/Technology-Advances-in-Bacteria-Detection.aspx.

Бенет, Клои. „Технологичен напредък в откриването на бактерии“. Новини-Медицински. 11 декември 2020 г. .

Бенет, Клои. „Технологичен напредък в откриването на бактерии“. Новини-Медицински. https://www.news-medical.net/health/Technology-Advances-in-Bacteria-Detection.aspx. (достъп до 11 декември 2020 г.).

Бенет, Клои. 2020. Технологичен напредък в откриването на бактерии. News-Medical, гледано на 11 декември 2020 г., https://www.news-medical.net/health/Technology-Advances-in-Bacteria-Detection.aspx.

News-Medical.Net предоставя тази медицинска информационна услуга в съответствие с тези условия. Моля, обърнете внимание, че медицинската информация, която се намира на този уебсайт, е предназначена да подкрепя, а не да замества връзката между пациент и лекар/лекар и медицинските съвети, които те могат да предоставят.

News-Medical.net - сайт на AZoNetwork