Science >> Wetenschap >  >> Chemie

Onderzoekers ontwikkelen een protocol voor snelle detectie van antibioticaresistente bacteriën

Draagbaar fluorescentielezerapparaat. Credit:Arnab Dutta

Een op papier gebaseerd platform ontwikkeld door onderzoekers van het Indian Institute of Science (IISc) en het Jawaharlal Nehru Center for Advanced Scientific Research (JNCASR) zou kunnen helpen de aanwezigheid van antibioticaresistente, ziekteverwekkende bacteriën snel te detecteren.



Een van de grootste uitdagingen voor de mensheid is de opkomst van ziekteverwekkende bacteriën die resistent zijn tegen antibiotica. De opkomst ervan wordt gevoed door het misbruik en overmatig gebruik van antibiotica.

Een handvol van dergelijke bacteriën – waaronder E. coli en Staphylococcus aureus – hebben meer dan een miljoen doden veroorzaakt, en volgens de Wereldgezondheidsorganisatie zullen deze aantallen de komende jaren naar verwachting stijgen. Een tijdige diagnose kan de efficiëntie van de behandeling verbeteren.

"Over het algemeen stelt de arts een diagnose aan de patiënt en geeft hem of haar medicijnen. De patiënt neemt het vervolgens twee tot drie dagen in voordat hij zich realiseert dat het medicijn niet werkt en gaat terug naar de arts. Zelfs als de diagnose wordt gesteld dat de bacterie antibioticaresistent is door bloed of urinetests kosten tijd. We wilden de tijd tot de diagnose verkorten", zegt Uday Maitra, hoogleraar aan de afdeling Organische Chemie, IISc.

In een artikel gepubliceerd in ACS Sensors Het laboratorium en de medewerkers van Maitra hebben deze uitdaging aangepakt. Ze hebben een snel diagnoseprotocol ontwikkeld dat gebruik maakt van een op lichtgevend papier gebaseerd platform om de aanwezigheid van antibioticaresistente bacteriën te detecteren.

Er zijn verschillende manieren waarop een bacterie resistent wordt tegen antibiotica. In de ene evolueert de bacterie en kan hij het medicijn herkennen en uit zijn cel werpen. In een ander geval produceert de bacterie een enzym genaamd β-lactamase, dat de β-lactamring hydrolyseert – een belangrijk structureel onderdeel van gewone antibiotica zoals penicilline en carbapenem – waardoor het medicijn niet effectief is.

De door het IISc- en JNCASR-team ontwikkelde aanpak omvat het opnemen van bifenyl-4-carbonzuur (BCA) in een supramoleculaire hydrogelmatrix die terbiumcholaat (TbCh) bevat. Deze hydrogel straalt normaal gesproken groene fluorescentie uit als er UV-licht op schijnt.

Schematische weergave van de detectie/differentiatie van antibioticaresistentiebacteriën. Credit:Arnab Dutta

"In het laboratorium hebben we een enzymsubstraat gesynthetiseerd door BCA te binden aan de cyclische [β-lactam] ring die deel uitmaakt van het antibioticum. Wanneer je dit mengt met TbCh-hydrogel, is er geen groene emissie omdat de sensibilisator 'gemaskeerd is'. ”, legt Arnab Dutta, Ph.D. student aan de afdeling Organische Chemie, IISc, en hoofdauteur van het artikel.

"In aanwezigheid van β-lactamase-enzym zal de gel groene emissie produceren. β-lactamase-enzym in de bacterie is degene die het medicijn opensnijdt, de sensibilisator BCA vernietigt en ontmaskert. De aanwezigheid van β-lactamase is dus gesignaleerd door groene emissie."

De luminescentie signaleert de aanwezigheid van antibioticaresistente bacteriën, en de intensiteit van de luminescentie geeft de bacteriële belasting aan. Bij niet-resistente bacteriën bleek de groenintensiteit extreem laag te zijn, waardoor ze makkelijker te onderscheiden zijn van resistente bacteriën.

De volgende stap was het vinden van een manier om de technologie goedkoop te maken. De huidige diagnostische instrumenten zijn duur, wat de prijs voor testen opdrijft.

Het team werkte samen met een in Tamil Nadu gevestigd bedrijf genaamd Adiuvo Diagnostics om een ​​op maat gemaakt, draagbaar en miniatuur beeldapparaat te ontwerpen, genaamd Illuminate Fluorescentie Reader. Door de hydrogel in een vel papier als medium te infuseren, werden de kosten aanzienlijk verlaagd. Het instrument is voorzien van verschillende LED's die naar behoefte UV-straling uitstralen. De groene fluorescentie van het enzym wordt vastgelegd door een ingebouwde camera en een speciale software-app meet de intensiteit, wat kan helpen de bacteriële belasting te kwantificeren.

Het team van IISc werkte samen met de onderzoeksgroep van Jayanta Haldar van JNCASR om hun aanpak van urinemonsters te controleren. "We gebruikten monsters van gezonde vrijwilligers en voegden pathogene bacteriën toe om urineweginfecties na te bootsen. Het resultaat was binnen twee uur succesvol", legt Maitra uit.

Als volgende stap zijn de onderzoekers van plan om samen te werken met ziekenhuizen om deze technologie te testen met monsters van patiënten.

Meer informatie: Arnab Dutta et al, Verbetering van de surveillance van antimicrobiële resistentie:snelle detectie van β-lactamase tot expressie brengende geneesmiddelresistente bacteriën door middel van gesensibiliseerde luminescentie op een door papier ondersteunde hydrogel, ACS-sensoren (2023). DOI:10.1021/acssensors.3c02065

Journaalinformatie: ACS-sensoren

Aangeboden door Indian Institute of Science




Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Wat zijn de drie belangrijkste verschillen tussen een plantencel en een dierlijke cel?
  2. Maïsplaag maakt gebruik van plantafweerstoffen om zichzelf te beschermen
  3. Hypermutators zorgen ervoor dat pathogene schimmels sneller evolueren
  4. Instrumenten die worden gebruikt in de biologie
  5. Bio-engineered enzym creëert in één stap natuurlijke vanilline uit planten
  6. Biohazard-afval verwijderen
  7. Warmteminnende Australische mieren geloven in diversiteit, hint 74 soorten nieuw voor de wetenschap
  8. Inwoners van Illinois moedigden aan om de eieren van invasieve insecten te vernietigen om de verspreiding te vertragen
  9. Lokale elektrische reacties in bladeren maken fotosynthese hittetolerant

Wetenschap