Vědci vyvinuli novou metodu, která dokáže za méně než hodinu určit nejvhodnější antibiotikum pro určitou infekci. Zatímco konvenční antimikrobiální test může trvat dny, nové piezoelektrické čidlo detekuje změny v chování bakterií ihned po tom, co se bakterie dostanou do kontaktu s antibiotikem. Rychlejší výběr vhodného antibiotika by měl zlepšit výsledky léčení a potlačit antimikrobiální rezistenci.
Současné testy zkoumají vliv antibiotik na růst kolonií bakterií, které jsou kultivovány z pacientových vzorků. Kultivace však zpravidla zabere dva až tři dny, což může působit značné komplikace. Američtí kliničtí mikrobiologové tvrdí, že během doby testování musí být pacient léčen empiricky na základě podobných patogenů a lokálních odolností. Někteří pacienti tak dostávají příliš mnoho silných širokospektrálních antibiotik, jiní naopak příliš málo. Oba případy pak mohou způsobovat problémy i ohrožení na životě.
Nasazování nesprávných nebo neúčinných antibiotik často vede k tomu, že si vůči nim bakterie vytvoří rezistenci. To je velkým problémem současného zdravotnictví. Rezistence přitom roste u těch nejvíce patogenních bakterií. Infekce, které se dříve léčily velmi snadno, jako je zápal plic nebo kapavka, jsou dnes proti antibiotikům stále odolnější. V USA způsobí infekce, které jsou rezistentní vůči antibiotikům, ročně nejméně dva miliony onemocnění.
Američtí fyzici z National Institute of Standards and Technology v Boulderu proto teď vyvinuli novou biofyzikální metodu, která může měřit změny mechanických fluktuací bakterií a měla by proces testování významně urychlit. Základem jejich čidla je tenký disk z krystalu křemene opatřený na obou stranách elektrodami. Jedna z elektrod přivádí elektrický signál o frekvenci blízké rezonanční frekvenci disku, druhá měří piezoelektrické napětí vytvořené výslednými vibracemi krystalu. Vědci disk pokryli bakteriemi. Fluktuace mechanických vlastností těchto organismů totiž ovlivňují frekvenci výstupního signálu, který může být naopak použit k detekci změn v populaci bakterií.
Při vlastním testování pokryli fyzici disk dvěma miliony nerezistentních bakterií Escherischia coli, které následně zkoumali třemi způsoby. Část bakterií byla vystavena antibiotikům polymyxin B, část ampicilinu a třetí skupina nedostala žádná antibiotika.
Po vystavení polymyxinu B klesal frekvenční šum generovaný buňkami velmi rychle a za několik minut byl prakticky nulový. V případě ampicilinu začal frekvenční šum klesat asi po 15 minutách a za určitou dobu, když stěny buněk začaly praskat, klesal rychleji. Zobrazení buněk a následné počítání živých bakterií potvrdilo, že jsou antibiotika účinná.
K ověření, že frekvenční šum je generován vibracemi stěn buněk, a nikoliv pohybem bakterií, vědci použili nepohyblivý kmen bakterie. Podle zúčastněných vědců výsledky úspěšně prokázaly, že prostřednictvím měření frekvenčního šumu generovaného buňkami je možné zjistit, zda byly buňky bakterie zničeny.
Ve srovnání s konvenčními testy je hlavní výhodou této nové techniky její rychlost. I když pozorování růstu může zůstat hlavním standardem pro předpovídání účinnosti antibiotik při nejistém šíření infekce, časová náročnost tohoto růstu způsobuje, že konvenční testy jsou neefektivní při stanovování postupu léčení v mnoha klinických situacích. Nový způsob testování je naproti tomu zaměřen na okamžité pochopení biofyzikální odezvy mikrobů na antibiotika, jakmile se tyto změny objeví.
Fyzici věří, že jejich metoda bude brzy citlivá natolik, že bude možné testovat přímo klinické vzorky bez předcházející kultivace. To pomůže v mnoha případech, které vyžadují rychlé podání antibiotik a zastavení šíření infekce.
Původní materiál byl uveřejněn v Scientific Reports.
Mohlo by vás zajímat:
Co
odhalila Observator Pierra Augera
Vědci
poprvé zachytili gravitační vlny i gama záření
Kapky
rychlejší než střela
Virgo
poprvé detekoval gravitační vlny