Время анализа на резистентность к антибиотикам сократили до полутора часов

Wikimedia Commons

Биоинженеры из Университета штата Вашингтон разработали электрохимический метод, который позволит быстро определить резистентность бактерий к антибиотикам. С помощью системы, которая состоит из электрода и вещества-медиатора и измеряет эффективность клеточного дыхания, тест можно будет провести за полтора часа. Статья опубликована в журнале Biosensors and Bioelectronics.

При лечении бактериальных инфекций могут возникнуть ситуации, когда нужно оценить чувствительность возбудителя к препарату — например если пациенту назначают повторный курс антибиотиков. При проведении теста на резистентность обычно оценивают скорость роста бактериальной культуры под воздействием того или иного антибиотика. Такое исследование занимает два–три дня, на протяжении которых пациент получает вероятно неэффективное лекарство. Это создает благоприятные условия для отбора отдельных устойчивых к антибиотикам бактерий, что приводит к появлению новых резистентных штаммов.

Чтобы ускорить анализ, используют альтернативный метод, основанный на измерении эффективности клеточного дыхания. При дыхании происходит перенос электронов между белками дыхательной цепи, расположенными на мембране бактериальной клетки, — и эти электроны способны создавать электрический ток, который можно зарегистрировать с помощью электрода. Такой метод занимает меньше времени, чем выращивание бактерий в чашках Петри, но используется мало, так как не все бактерии способны переносить электроны напрямую на электрод.

Группа биоинженеров из Университета штата Вашингтон во главе с Гретхен Тиббитс (Gretchen Tibbitts) представила усовершенствованный электрохимический метод определения устойчивости к антибиотикам. Проблема существующего метода заключалась в том, что электроны могут переноситься на электрод только в присутствии вещества-медиатора, способного восстанавливаться, а затем окисляться, а выделять такие вещества во внешнюю среду большинство бактерий не могут. Эту проблему биоинженеры решили добавлением в систему феназинметосульфата, который используется для проведения теста на жизнеспособность клеток (MTS-теста). В данном исследовании он применялся не для проведения MTS-теста, а именно в качестве переносчика электронов. Усовершенствованный метод назвали READAS (Rapid Electrochemical Assay for Detecting Antibiotic Susceptibility).

Для определения устойчивости к антибиотикам ученые взяли различные — чувствительные и устойчивые к антибиотикам — штаммы четырех видов патогенных бактерий: Acinetobacter baumannii, Staphylococcus aureus, Escherichia coli и Klebsiella pneumoniae. Первые два вида вызывают широкий спектр заболеваний человека, от кожных воспалений до менингита. E. coli — часть нормальной микрофлоры кишечника, но некоторые патогенные штаммы могут вызывать кишечные инфекции. K. pneumoniae — возбудитель пневмонии, а также некоторых урогенитальных инфекций. На этих бактериях исследователи протестировали четыре антибиотика с различными механизмами действия: тобрамицин (ингибирует синтез белка), ципрофлоксацин (нарушает транскрипцию), а также имипенем и оксациллин (ингибируют синтез клеточной стенки).

Жизнеспособность клеток оценивали по силе тока, которая снижается, если бактерия чувствительна к антибиотику, и не меняется или меняется незначительно, если штамм является резистентным. Ни одно из измерений не заняло больше 90 минут. Чтобы классифицировать результаты теста ученые ввели величину, которую назвали индексом чувствительности к антибиотику. Если индекс больше 0,4, то штамм считают чувствительным к антибиотику, а если меньше — резистентным.

Биоинженеры надеются, что усовершенствованный ими метод вскоре будут применять в медицинских исследованиях. Полностью отойти от привычного сценария с культивированием бактерий вряд ли удастся, но сокращение срока проверки на резистентность — несомненное преимущество, так как это позволит пациентам раньше получать эффективное лечение, а также ослабит положительный отбор устойчивых к антибиотикам особей.

Резистентные бактерии представляют настоящую угрозу современной медицине. Инфекции, вызванные такими штаммами, тяжело поддаются лечению, а иногда и вовсе не лечатся. Сейчас проблему резистентности пытаются решить поиском новых антибиотиков и использованием бактериофагов — вирусов, поражающих бактерии. Например, недавно мы писали о попытке применить бактериофаги для лечения муковисцидоза.

Наталья Кондратенко

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.