Cercetătorii au dezvoltat o nouă modalitate de a număra microorganismele care este de până la 36 de ori mai rapidă decât metodele convenționale, reduce utilizarea plasticului cu peste 15 ori și reduce substanțial costul și amprenta de carbon a cercetării biomedicale. Tehnica ar putea revoluționa modul în care sunt efectuate experimentele de microbiologie, permițând cercetătorilor să testeze noi antibiotice potențiale într-o fracțiune din timp.

Cercetătorii de la Universitatea Colorado Boulder au dezvoltat o nouă modalitate de a număra microorganismele care este de până la 36 de ori mai rapidă decât metodele convenționale, reduce utilizarea plasticului cu peste 15 ori și reduce substanțial costul și amprenta de carbon a cercetării biomedicale.

Tehnica, descrisă pe 30 octombrie în jurnalul Nature Microbiology, ar putea revoluționa modul în care sunt efectuate experimentele de microbiologie în întreaga lume, permițând clinicienilor să diagnosticheze și să trateze infecțiile mai rapid și cercetătorilor să testeze noi antibiotice potențiale într-o fracțiune din timp.

Invenția vine pe fondul unei preocupări crescânde la nivel mondial cu privire la rezistența la antibiotice, bacteriile rezistente la medicamente contribuind la aproape 5 milioane de decese la nivel global în 2019.

“Ne aflăm în mijlocul unei pandemii silențioase de rezistență antimicrobiană și există o nevoie urgentă de a accelera descoperirea de noi antibiotice“,

a declarat autorul senior Anushree Chatterjee, profesor asociat de inginerie chimică și biologică la CU Boulder.

“Credem că această nouă metodă poate face acest lucru și multe altele.”

O nouă modalitate.

Din 1938, microbiologii au folosit o metodă simplă, denumită testul unității de formare a coloniilor (CFU), pentru a număra celulele bacteriene dintr-o probă. Încep prin a dilua proba în opt până la zece concentrații diferite, pun picături din fiecare într-un vas Petri umplut cu hrană pentru bacterii, așteaptă ore sau zile pentru ca să se formeze coloniile individuale și le numără. Dacă testează o nouă moleculă pentru a vedea cât de bine poate ucide bacteriile, o adaugă pentru a vedea câte bacterii supraviețuiesc.

Procesul este cunoscut pentru faptul că este laborios și risipitor, necesitând adesea ore pentru a evalua o probă mică și producând grămezi de plastic aruncat.

Deoarece durează atât de mult și costă atât de mult, cercetătorii trebuie să fie selectivi cu privire la ce potențiale noi medicamente sau ce combinații testează, așa că sunt descurajați să își asume riscuri, a spus Chatterjee.

Această ecuație cu costuri ridicate și profit scăzut a determinat companiile farmaceutice să evite dezvoltarea de noi antibiotice.

“Suntem practic fără antibiotice”,

a spus Chatterjee, subliniind că mulți agenți patogeni cu circulație largă – inclusiv Staphylococcus aureus (stafilococul) și Neisseria gonorrhoeae (Gonoreea) – sunt acum rezistenți la majoritatea medicamentelor concepute pentru a-i trata.

“Pentru a avea o conductă durabilă de noi opțiuni, trebuie să schimbăm fundamental modul în care se face descoperirea”,

a spus Chatterjee.

Matematică în loc de plastic

Noua metodă, cunoscută sub numele de Geometric Viability Assay (GVA), înlocuiește procesul laborios in mai multe etape de diluții manuale cu un proces dintr-un singur pas, informat de geometria și matematica simplă.

“Folosim același tip de matematică care poate ajuta elevii să estimeze numărul de M&M-uri dintr-un borcan”,

a declarat autorul principal Christian Meyer, cercetător postdoctoral în departamentele de Biologie moleculară, celulară și de dezvoltare și Inginerie chimică și biologică.

“În loc să numărăm toate M&M-urile individual, un student inteligent ar putea număra stratul inferior și apoi ar putea multiplica cu înălțimea.”

În mod similar, în loc să împartă manual probele în numeroase subprobe pentru a face mai ușoară numărarea coloniilor, GVA numără coloniile într-un singur loc, în interiorul unei părți a conului unui singur vârf de pipetă, apoi folosește înmulțirea pentru a calcula concentrația totală.

Pentru a face acest lucru, oamenii de știință încorporează probele într-un gel din interiorul conului, în care se formează coloniile. Când este timpul să numere, pot folosi diverse tehnici – inclusiv cele care implică luarea unei fotografii sau utilizarea unei rigle de hârtie – pentru a măsura cu precizie probele cu orice număr de la unul la un miliard de microbi.

“Nu implică nicio matematică pe care un elev de liceu nu o ar putea efectua”,

a spus Meyer. Dar ar putea avea un impact mare.

Mai rapid, mai ieftin, mai verde

În teste de laborator care au măsurat bacterii comune precum Escherichia coli (E. coli) și Salmonella enterica, cercetătorii au constatat că, în timp ce pregătirea a 96 de probe a durat trei ore prin metode clasice, GVA a durat cinci minute – o economie de timp de 36 de ori. Chiar și în comparație cu o metodă mai modernă care implică robotică, GVA a fost încă de nouă ori mai rapidă și a folosit o zecime din plastic.

Studiul a constatat că, folosind GVA, un singur cercetător ar putea măsura cu precizie concentrația microbiană a 1.200 de probe într-o singură zi.

În cele din urmă, Chatterjee crede că metoda ar putea permite, de asemenea, medicilor să diagnosticheze infecția și să găsească antibioticul potrivit pentru acea infecție mai rapid.

“În loc ca cineva să fie în spital timp de trei zile în timp ce ei determină la ce este sensibil acel anumit microb, am putea potențial să știm peste noapte care ar putea fi antibioticul potrivit”,

a spus ea, observând că mai multe cercetări sunt necesare pentru a avansa la stadiul clinic.

Meyer a inventat tehnica cu Joel Kralj, un fost profesor asistent în Institutul BioFrontiers. Cei doi lucrează cu Venture Partners și au depus o cerere de brevet provizoriu.

Echipa de cercetare a creat, de asemenea, un site web și lucrează acum la dezvoltarea unei versiuni pentru smartphone pe care o pot folosi oamenii de știință și publicul larg.

“Cineva înțelept a spus odată că punctuația corectă pentru o descoperire științifică nu este un semn de exclamare, ci un punct și virgulă”,

a spus Meyer.

“În acest spirit, în timp ce suntem încântați să fim parte din reinventarea unei tehnici de bază a microbiologiei, suntem cei mai entuziasmați de ceea ce va urma.”

Concluzie

Cercetarea lui Meyer și a colegilor săi este o descoperire importantă care ar putea avea un impact semnificativ asupra cercetării biomedicale. GVA este mai rapidă, mai ieftină și mai ecologică decât metodele convenționale de numărare a microbilor, ceea ce ar putea duce la descoperirea de noi antibiotice mai rapid și mai eficient.

În plus, GVA ar putea fi utilizată pentru a diagnostica infecțiile mai rapid și mai precis, ceea ce ar putea îmbunătăți rezultatele pentru pacienți.

Această cercetare este încă în stadiul timpuriu, dar are potențialul de a revoluționa modul în care sunt tratate infecțiile.

Sursa: www.colorado.edu/