Een onderzoeksteam van Brock University heeft een microscopische robot gemaakt die het potentieel heeft om resistentie tegen tuberculose sneller te identificeren dan conventionele tests.

De Wereldgezondheidsorganisatie (WHO) noemt resistentie tegen tuberculosegeneesmiddelen "een formidabel obstakel" voor de behandeling en preventie van een ziekte waaraan 240, 000 mensen in 2016.

De nieuwste technologie van het Brock-team bouwt voort op een eerdere versie van de microscopische robot - de driedimensionale DNA-nanomachine genaamd - die ze in 2016 hebben gemaakt om binnen 30 minuten ziekten in een bloedmonster te detecteren.

In deze laatste versie, het team, onder leiding van universitair docent scheikunde Feng Li, herontworpen de nanomachine zodat het mutaties kan ontdekken in de genen in de bacteriën die tuberculose veroorzaken.

Li zegt dat de nanomachine het potentieel heeft om te bepalen, binnen een uur, of tuberculosebacteriën al dan niet de genetische mutaties bevatten die hen resistent maken tegen de basis, eerstelijnsgeneesmiddelen die worden voorgeschreven om tuberculose te bestrijden.

De WHO zegt dat resistentie meestal optreedt omdat patiënten zich niet houden aan het strikte schema van antibiotica dat ze moeten nemen om te genezen. De genen van de bacteriecellen veranderen zodat de bacteriën toekomstige blootstelling aan dezelfde antibiotica kunnen overleven, wat betekent dat er dan een tweedelijnsbehandeling nodig is.

Het duurt even voordat zorgverleners en patiënten beseffen dat de eerstelijnsmedicijnen niet werken, daarom is een snelle detectie van resistentie tegen geneesmiddelen zo cruciaal, zegt Li.

"Zodra u bevestigt dat er een tuberculose-infectie is, je moet de diagnose gebruiken om de therapeutische strategie te sturen, " zegt hij. "Normale infectie en resistente stammen vereisen twee totaal verschillende soorten strategieën."

Li zegt dat het huidige testen op weerstand een moeizame, tijdrovend proces dat twee tot zes weken in beslag kan nemen en hoogwaardige apparatuur en training vereist. Ondertussen, de ziekte verergert bij patiënten, die de ziekte ook kunnen doorgeven aan anderen.

De nanomachine van het Brock-team bestaat uit een deeltje van 20 nanometer gemaakt van goud. Aan het gouddeeltje worden korte en lange DNA-strengen vastgemaakt en deze DNA-moleculen worden gebruikt als bouwstenen om de nanomachine te bouwen en te bedienen.

Afgestudeerde student Alex Guan Wang gebruikte een computersimulatiemodel om de lange strengen te ontwerpen, die in staat zijn om verschillen in nucleotiden in de genen van de tuberculosebacterie op te sporen. Een nucleotide is de structurele basiseenheid en bouwsteen voor DNA, en het is binnen deze dat mutaties veroorzaakt door resistentie tegen geneesmiddelen zouden worden gevonden.

De korte DNA-strengen die aan de nanomachine zijn bevestigd, dragen fluorescerende signaalreporters.

De nanomachine wordt gedruppeld in serum dat uit menselijk bloed wordt gehaald. Als de lange strengen de mutaties detecteren die in specifieke nucleotiden worden gevonden, de machine gaat aan en gloeit; als het monster ziektevrij is, de robot blijft uit.

Afgestudeerde student Yongya Li voerde de laboratoriumexperimenten uit. Ze begon het onderzoek voor het eerst toen ze een bachelorstudent was.

De bevindingen van het team zijn vervat in hun paper "Simulatiegestuurde engineering van een door enzymen aangedreven driedimensionale DNA-nanomachine voor het onderscheiden van enkele nucleotidevarianten, " gepubliceerd op 30 juni in het tijdschrift Chemische Wetenschappen . Feng Li en zijn medewerkers produceerden ook een ander onderzoeksartikel in het tijdschrift Analytische scheikunde , beschrijft hoe de nanomachine kan worden aangepast om ziekten op te sporen door een aantal eiwitten in monsters te onderzoeken.