Поиск быстрого и недорогого способа обнаружения конкретных штаммов бактерий и вирусов имеет решающее значение для безопасности пищевых продуктов, качества воды, защиты окружающей среды и здоровья человека. Однако современные методы обнаружения болезнетворных штаммов бактерий, таких как E. coli, требуют либо трудоемких биологических культур клеток, либо методов амплификации ДНК, которые полагаются на дорогостоящее лабораторное оборудование..
Теперь Джош Хихат, адъюнкт-профессор электротехники и вычислительной техники Калифорнийского университета в Дэвисе, и его коллеги из Вашингтонского университета и Университета экономики и технологий TOBB в Анкаре, Турция, адаптировали молекулярное электронное устройство. называется одномолекулярным разрывом соединения для обнаружения РНК из штаммов E.coli, известная тем, что вызывает болезни. Результаты были опубликованы в Интернете сегодня (5 ноября) в журнале Nature Nanotechnology..
«Надежное, эффективное и недорогое обнаружение и идентификация определенных штаммов микроорганизмов, таких как E. coli, является серьезной проблемой в биологии и медицинских науках», - сказал Хихат. «Наш метод может проложить путь к быстрому и прямому обнаружению патогенов, устойчивых к противомикробным препаратам бактериальных штаммов и биомаркеров рака».
Хихат и его команда сосредоточились на кишечной палочке, поскольку это распространенный патоген, который можно легко найти в продуктах питания, но который может не вызывать заболевания в доброкачественной форме. Худший штамм E. coli, называемый E. coli O157:H7, вырабатывает токсичное вещество, называемое шига-токсином, которое вызывает кровавый понос, почечную недостаточность и даже смерть.
Устройства с одномолекулярным разрывом соединения состоят из двух металлических электродов с атомарно острыми интерфейсами, которые контактируют в интересующем жидком растворе, таком как раствор, содержащий последовательности РНК из E.коли. Когда электроды соприкасаются и раздвигаются, прикладывается электрическое смещение и измеряется ток. Этот процесс повторяется сотни или тысячи раз, чтобы определить проводимость одной молекулы.
"Один из вопросов, который мы задали, заключается в том, насколько небольшое изменение в последовательности необходимо, чтобы вызвать значимое изменение электропроводности?" - сказал Хихат. «Самая маленькая вещь, которую мы можем изменить, - это одна база, поэтому мы решили посмотреть, можно ли измерить изменение одной базы».
Испытывая короткие последовательности РНК, связанные с ДНК с помощью химических линкеров, команда изучила последовательность кишечной палочки, которая будет продуцировать шига-токсин. Их результаты показали, что изменения электрического сопротивления РНК из-за изменения одного основания можно было бы измерить, что позволило бы им увидеть не только, была ли последовательность E.coli, но и конкретный штамм E.coli, который продуцирует шига-токсин..
«Система, которая может выборочно идентифицировать короткие последовательности ДНК или РНК, открывает новые возможности для разработки электронной сенсорной платформы для широкого спектра приложений», - добавляет он.«В конце концов, мы хотим дойти до того, что сможем извлекать образцы РНК из реальных организмов и измерять их проводимость на сенсорной платформе».