De nooit eindigende strijd tegen bacteriën heeft een wending genomen in het voordeel van de mensheid met de aankondiging van een hulpmiddel dat de overhand zou kunnen krijgen in geneesmiddelenonderzoek.

Bacteriële resistentie tegen antibiotica heeft de afgelopen jaren alarmerende krantenkoppen gehaald, met het vooruitzicht dat algemeen voorgeschreven behandelingen achterhaald raken en alarmbellen gaan rinkelen in de medische wereld.

Efficiëntere manieren om vervangingen te testen zijn hard nodig, en een team van de Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST) heeft er zojuist een gevonden.

In hun krant gepubliceerd in ACS-sensoren , de wetenschappers kijken naar een microbiële structuur die biofilms wordt genoemd - bacteriële cellen die samensmelten tot een slijmerige matrix.

Deze zijn gunstig voor bacteriën, zelfs resistentie geven tegen conventionele antibiotica. Met eigenschappen als deze, biofilms kunnen gevaarlijk zijn wanneer ze omgevingen en industrieën vervuilen; alles van het aantasten van de voedselproductie tot het verstoppen van rioolwaterzuiveringsleidingen. Biofilms kunnen ook dodelijk worden als ze in medische instellingen terechtkomen.

Begrijpen hoe biofilms worden gevormd, is de sleutel tot het vinden van manieren om ze te verslaan, en deze studie bracht OIST-wetenschappers samen met een achtergrond in biotechnologie, nano-engineering en softwareprogrammering om het aan te pakken.

Het team concentreerde zich op de kinetiek van de assemblage van biofilms - de biochemische reacties waarmee bacteriën hun gekoppelde matrixstructuur kunnen produceren. Het verzamelen van informatie over hoe deze reacties werken, kan veel vertellen over welke medicijnen en chemicaliën kunnen worden gebruikt om ze tegen te gaan.

Er waren geen tools beschikbaar voor het team waarmee ze de biofilmgroei konden volgen met de frequentie die ze nodig hadden om er een duidelijk begrip van te krijgen. Dus, ze hebben een bestaande tool naar eigen ontwerp aangepast.

Dr. Nikhil Bhalla, werkzaam in de Micro/Bio/Nanofluïdische eenheid van OIST, onder leiding van prof. Amy Shen, gingen naar de nanoschaal om een ​​oplossing te vinden:"We hebben kleine chips gemaakt met kleine structuren waarop E. coli kan groeien, " zei hij. "Ze zijn bedekt met paddestoelvormige nanostructuren met een steel van siliciumdioxide en een dop van goud."

Nu hoefde het team alleen nog maar wat bacteriën te vinden om mee te werken. Contact opnemen met de structurele celbiologie-eenheid van OIST, het team werd geholpen door Dr. Bill Söderström, die voorraden E. coli op het oppervlak van nanochampignonchips leverde voor het team om te bestuderen.

Wanneer deze nanopaddestoelen worden blootgesteld aan een gerichte lichtstraal, ze absorberen het door Localized Surface Plasmon Resonance (LSPR). Door het verschil te meten tussen lichtgolflengten die de chip binnenkomen en verlaten, de wetenschappers konden de bacteriën die rond de paddestoelstructuren groeiden observeren zonder hun proefpersonen te storen en hun resultaten te beïnvloeden.

"Dit is de eerste keer dat we deze detectietechniek hebben gebruikt om bacteriële cellen te bestuderen, " zei Dr. Riccardo Funari, de biotechnoloog van het team, "Maar het probleem dat we ontdekten was dat we het niet in realtime konden volgen."

Het was mogelijk om een ​​constante stroom gegevens van hun LSPR-configuratie te krijgen, maar had een hele nieuwe set software nodig om het functioneel te maken. Gelukkig, onderzoekstechnicus Kang-yu Chu was aanwezig om zijn programmeerexpertise aan het probleem te geven.

"We hebben een automatisch meetprogramma gemaakt met instant analyse op basis van bestaande software, waarmee we de gegevens met één klik kunnen verwerken. Het heeft het handmatige werk aanzienlijk verminderd en laat ons eventuele problemen met het experiment corrigeren wanneer ze zich voordoen, ' zei Kang-yu.

Nu zijn deze drie disciplines gecombineerd om een ​​tafelmodel te maken dat in vrijwel elk laboratorium kan worden gebruikt, en er zijn plannen om de technologie te miniaturiseren tot een draagbaar apparaat dat kan worden gebruikt in een groot aantal biosensing-toepassingen.

"Studies over klinisch relevante micro-organismen komen daarna, " zei dr. Funari, "en we zijn erg enthousiast over de toepassingen. Dit zou een geweldig hulpmiddel kunnen zijn om toekomstige medicijnen op veel verschillende soorten bacteriën te testen." Voorlopig tenminste mensen nemen het voortouw in de bacteriële strijd.