Het vinden van een snelle en goedkope manier om specifieke stammen van bacteriën en virussen te detecteren is van cruciaal belang voor de voedselveiligheid, waterkwaliteit, milieubescherming en de menselijke gezondheid. Echter, huidige methoden voor het opsporen van ziekteverwekkende bacteriestammen zoals: E coli vereisen ofwel tijdrovende biologische celculturen of DNA-amplificatiebenaderingen die afhankelijk zijn van dure laboratoriumapparatuur.

Nutsvoorzieningen, Josh Hihath, een universitair hoofddocent elektrische en computertechniek aan de Universiteit van Californië, Davis, en collega's aan de Universiteit van Washington en TOBB University of Economics and Technology in Ankara, Turkije heeft een moleculair elektronisch apparaat aangepast, een single-molecule break junction genaamd, om RNA te detecteren van stammen van E coli bekend om het veroorzaken van ziekte. De bevindingen werden vandaag (5 november) online gepubliceerd in het tijdschrift Natuur Nanotechnologie .

"De betrouwbare, efficiënte en goedkope detectie en identificatie van specifieke stammen van micro-organismen zoals: E coli is een grote uitdaging in de biologie en de gezondheidswetenschappen, " zei Hihath. "Onze techniek zou de weg kunnen effenen voor snelle, eenvoudige detectie van ziekteverwekkers, antimicrobiële resistente bacteriestammen en biomarkers voor kanker."

Hihath en zijn team concentreerden zich op E coli omdat het een veel voorkomende ziekteverwekker is die gemakkelijk in de voedselvoorziening kan worden gevonden, maar kan geen ziekte veroorzaken in een goedaardige vorm. De ergste soort van E coli , genaamd E coli O157:H7, produceert een giftige stof genaamd Shiga-toxine die bloederige diarree veroorzaakt, nierfalen en zelfs de dood.

Break junction-apparaten met één molecuul bestaan ​​uit twee metalen elektroden met atomair scherpe interfaces die in contact worden gebracht in een vloeibare oplossing van belang, zoals een oplossing die RNA-sequenties van E.coli bevat. Als de elektroden in contact worden gebracht en uit elkaar worden getrokken, een elektrische voorspanning wordt toegepast en de stroom wordt gemeten. Dit proces wordt honderden of duizenden keren herhaald om de geleidbaarheid van een enkel molecuul te bepalen.

"Een van de vragen die we hebben gesteld, is hoe klein een verandering in de volgorde nodig is om een ​​betekenisvolle verandering in de elektrische geleiding te veroorzaken?" zei Hihath. "Het kleinste wat we kunnen veranderen is een single-base, dus besloten we om te kijken of een verandering op één basis kan worden gemeten."

Door korte sequenties van RNA gebonden aan DNA te testen met chemische linkers, het team onderzocht en E coli sequentie die Shiga-toxine zou produceren. Hun bevindingen toonden aan dat veranderingen in de elektrische weerstand van RNA als gevolg van een verandering van een enkele base konden worden gemeten, waardoor ze niet alleen konden zien of een sequentie E.coli was, maar de specifieke stam van E.coli die Shiga-toxine produceert.

"Een systeem dat selectief korte DNA- of RNA-sequenties kan identificeren, opent nieuwe wegen voor de ontwikkeling van een elektronisch sensorplatform voor een breed scala aan toepassingen, "voegt hij eraan toe. "Uiteindelijk, we willen het punt bereiken waarop we RNA-monsters van echte organismen kunnen extraheren en hun geleiding op een detectieplatform kunnen meten."