EPFL-wetenschappers, in samenwerking met het Valais-ziekenhuis in Sion en de Fudan-universiteit in Shanghai, hebben een methode ontwikkeld om bacteriën te analyseren waarmee artsen voor het eerst snel precies kunnen zien welke eiwitten geassocieerd zijn met antibioticaresistentie.

Sommige bacteriën bevatten eiwitten die wijzen op resistentie tegen antibiotica. Maar om die eiwitten te herkennen, artsen moeten in staat zijn de bacteriemembranen te openen en de eiwitten erin te analyseren - iets dat tot nu toe onmogelijk was, omdat massaspectrometrie alleen kleine eiwitten kan identificeren. Echter, wetenschappers van de Sion-campus van EPFL, die samenwerken met collega's van de Fudan University in Shanghai, hebben een enkele methode ontwikkeld die kan worden gebruikt om een ​​groot aantal eiwitten te analyseren en zowel de bacteriën als hun resistentie tegen antibiotica te identificeren. Het proces combineert titaniumdioxide-nanodeeltjes met de energie die wordt uitgestraald door UV-lichtstralen. Hun onderzoek is gepubliceerd in Chemische Wetenschappen .

De WHO heeft bacteriële resistentie tegen antibiotica bestempeld als de grootste bedreiging voor de menselijke gezondheid. Het is het resultaat van artsen die te veel antibiotica voorschrijven, die de reguliere afweermechanismen van bacteriën heeft versneld, de zwakste microben uitroeien en de sterkste laten overleven. In de loop van de tijd zijn deze bacteriën geëvolueerd om zichzelf te beschermen tegen antibiotica door genetische mutatie, genetische mutaties doorgeven aan hun nakomelingen of DNA uitwisselen met andere bacteriën.

Tegenwoordig proberen wetenschappers dit proces te vertragen door zich beter op specifieke bacteriën te richten om de vorming van nieuwe multiresistente stammen te voorkomen. Dat betekent dat ze precies moeten kunnen identificeren met welke bacteriën ze te maken hebben. De belangrijkste methode die in ziekenhuizen wordt gebruikt om antibioticaresistentie op te sporen, is het kweken van bacterieculturen in aanwezigheid van antibiotica, maar deze techniek kan enkele uren of zelfs dagen duren. Een andere methode omvat het gebruik van massaspectrometrie om bacteriestammen te analyseren die in een petrischaal zijn gekweekt; artsen plaatsen de bacteriën op een stalen plaat en bestralen ze met een laser. Dat genereert een wolk van eiwitten die kunnen worden geanalyseerd om het fenotype van de bacterie te bepalen. Maar geen van beide methoden is in staat grotere eiwitten te identificeren - daarom ging het onderzoeksteam op zoek naar een nieuwe.

Stalen platen bedrukt met titaniumdioxide

De EPFL-wetenschappers, werken bij het Laboratorium voor Fysische en Analytische Elektrochemie (LEPA) van de school, en hun collega's in Shanghai gebruikten stalen platen die waren bedrukt met nanodeeltjes van titaniumdioxide. "Titaniumdioxide is een wit poeder dat licht absorbeert. Wanneer het wordt geraakt met UV-stralen, het poeder veroorzaakt een elektrochemische reactie die de effecten van de laser versterkt door de bacteriemembranen letterlijk open te laten exploderen, " zegt Hubert Girault, hoofd van LEP.

Deze methode opent de bacteriën veel meer dan bestaande, het vrijgeven van een reeks biologische moleculen, waaronder eiwitten, DNA, RNA, en lipiden. “We keken vooral naar eiwitten, omdat ze de antibiotica mogelijk kunnen veranderen of verslechteren, " zegt Horst Pick, een bioloog die de methode heeft helpen ontwikkelen. "Maar we ontdekten ook dat we dezelfde massaspectrometrietechniek konden gebruiken om alle andere soorten vrijgekomen moleculen te analyseren en de 'vingerafdruk' van de bacteriën te verkrijgen. Dat kan artsen helpen om het specifieke type bacterie te identificeren."

Als volgende stap, de wetenschappers hopen direct met de bacteriën aan de slag te kunnen, zonder eerst culturen te moeten kweken. Dat zou de analysetijd verkorten tot 30 minuten - een enorm voordeel aangezien tijd van essentieel belang is bij het bestrijden van een infectie - en ervoor zorgen dat artsen zich op de juiste microben richten. Er zijn al veelbelovende proeven gedaan.