Вы когда-нибудь задумывались, издают ли бактерии звуки?
Если бы мы могли слушать бактерии, мы бы могли знать, живые они или нет. Когда бактерий убивают с помощью антибиотика, эти звуки прекращаются - если, конечно, бактерии не устойчивы к антибиотику. Именно это и удалось сделать группе исследователей под руководством Фарбода Алиджани: они зафиксировали низкоуровневый шум одной бактерии с помощью графена. Результаты их исследования опубликованы в журнале Nature Nanotechnology.
Команда Фарбода Алиджани из Делфтского технологического университета первоначально изучала основы физической механики графена, когда их осенила любопытная идея. Им стало интересно, что произойдет, если этот чрезвычайно чувствительный материал вступит в контакт с биологическим объектом. "Графен - это форма углерода, состоящая из одного слоя атомов и известная также как чудо-материал", - говорит Алиджани. "Он очень прочный, с хорошими электрическими и механическими свойствами, но при этом чрезвычайно чувствителен к внешним воздействиям".
Исследователи начали сотрудничество с группой нанобиологи и наномеханики и провели первые эксперименты с использованием E. coli . "То, что мы увидели, было поразительно! Когда одна бактерия прилипает к поверхности графенового барабана, она генерирует случайные колебания с амплитудой до нескольких нанометров, которые мы могли обнаружить. Мы могли слышать звук, издаваемый одной бактерией!", - говорит Алиджани.
Чрезвычайно малые колебания являются результатом биологических процессов бактерий с участием их жгутиков. "Чтобы понять, насколько крошечными являются эти жгутиковые удары по графену, стоит сказать, что они по крайней мере в 10 миллиардов раз слабее, чем удар боксера при попадании в боксерскую грушу. Тем не менее, эти наноразмерные удары можно преобразовать в звуковые дорожки и прослушать - и это здорово!", - говорит Алиджани.
Это исследование имеет большое значение для выявления резистентности к антибиотикам. Результаты эксперимента были однозначными: если бактерии были резистентны к антибиотику, колебания просто продолжались на том же уровне. Когда бактерии были восприимчивы к препарату, колебания уменьшались, но затем они полностью исчезали. Благодаря высокой чувствительности графеновых барабанов, это явление можно обнаружить, используя всего одну клетку.
"В будущем мы намерены оптимизировать нашу одноклеточную графеновую платформу чувствительности к антибиотикам и проверить ее на различных патогенных образцах. Чтобы в конечном итоге ее можно было использовать в качестве эффективного диагностического инструментария для быстрого выявления резистентности к антибиотикам в клинической практике. Это будет бесценным инструментом в борьбе с устойчивостью к антибиотикам, которая представляет собой постоянно растущую угрозу для здоровья людей во всем мире", - говорит Алиджани.
