Heb je je ooit afgevraagd of bacteriën onderscheidende geluiden maken? Als we naar bacteriën zouden kunnen luisteren, zouden we kunnen weten of ze leven of niet. Als bacteriën worden gedood met een antibioticum, stoppen die geluiden - tenzij de bacteriën natuurlijk resistent zijn tegen het antibioticum. Dit is precies wat een team van onderzoekers van de TU Delft, onder leiding van dr. Farbod Alijani, nu is gelukt:ze legden laag niveau geluid van een enkele bacterie vast met behulp van grafeen. Nu is hun onderzoek gepubliceerd in Nature Nanotechnology .

Het geluid van een enkele bacterie

Het team van Farbod Alijani deed oorspronkelijk onderzoek naar de fundamenten van de mechanica van grafeen, maar op een gegeven moment vroegen ze zich af wat er zou gebeuren als dit extreem gevoelige materiaal in contact zou komen met een enkel biologisch object. "Grafeen is een vorm van koolstof die bestaat uit een enkele laag atomen en wordt ook wel het wondermateriaal genoemd", zegt Alijani. "Het is erg sterk met mooie elektrische en mechanische eigenschappen, en het is ook extreem gevoelig voor externe krachten."

Het team van onderzoekers is een samenwerking aangegaan met de nanobiologiegroep van Cees Dekker en de nanomechanicagroep van Peter Steeneken. Samen met Ph.D. student Irek Roslon en postdoc Dr. Aleksandre Japaridze, het team deed hun eerste experimenten met E. coli-bacteriën. Cees Dekker:“Wat we zagen was opvallend. Als een enkele bacterie zich aan het oppervlak van een grafeentrommel hecht, genereert hij willekeurige oscillaties met amplitudes van slechts enkele nanometers die we konden detecteren. We konden het geluid van een enkele bacterie horen. "

Een grafeen trommel slaan met een bacterie

De extreem kleine oscillaties zijn het resultaat van de biologische processen van de bacteriën met de belangrijkste bijdrage van hun flagella (staarten op het celoppervlak die bacteriën voortstuwen). "Om te begrijpen hoe klein deze flagellaire beats op grafeen zijn, is het de moeite waard om te zeggen dat ze minstens 10 miljard keer kleiner zijn dan de stoot van een bokser bij het bereiken van een bokszak. Toch kunnen deze beats op nanoschaal worden omgezet in soundtracks en ernaar worden geluisterd - en hoe cool is dat", zegt Alijani.

Grafeen voor snelle detectie van antibioticaresistentie

Dit onderzoek heeft enorme implicaties voor de detectie van antibioticaresistentie. De experimentele resultaten waren ondubbelzinnig:als de bacteriën resistent waren tegen het antibioticum, gingen de oscillaties gewoon door op hetzelfde niveau. Toen de bacteriën vatbaar waren voor het medicijn, namen de trillingen af ​​tot een of twee uur later, maar toen waren ze helemaal weg. Dankzij de hoge gevoeligheid van grafeentrommels kan het fenomeen worden gedetecteerd met slechts een enkele cel.

Farbod Alijani zegt:"Voor de toekomst willen we ons platform voor antibioticagevoeligheid voor eencellige grafeen optimaliseren en valideren tegen een verscheidenheid aan pathogene monsters. Zodat het uiteindelijk kan worden gebruikt als een effectieve diagnostische toolkit voor snelle detectie van antibioticaresistentie in klinische praktijk."

Peter Steeneken zegt:"Dit zou een instrument van onschatbare waarde zijn in de strijd tegen antibioticaresistentie, een steeds groter wordende bedreiging voor de menselijke gezondheid over de hele wereld."

De studie is getiteld "Nanobeweging van enkele bacteriën onderzoeken met grafeentrommels." + Verder verkennen

Bacteriële virussen:trouwe bondgenoten tegen antibioticaresistentie