När du blir sjuk, du vill ha rätt behandling snabbt. Men vissa smittsamma mikrober är experter på att undvika de mycket antibakteriella läkemedlen som är utformade för att bekämpa dem.

Ett enkelt och billigt nytt test utvecklat av UC Berkeley-forskare kan diagnostisera patienter med antibiotikaresistenta bakteriestammar på bara några minuter. Tekniken kan hjälpa läkare att ordinera rätt antibiotika för varje infektion, och kan hjälpa till att begränsa spridningen av antibiotikaresistenta "superbugs", "som dödar så många som 700, 000 personer över hela världen varje år.

"Hälsoorganisationer runt om i världen stödjer utvecklingen av verktyg som specifikt identifierar patogener som är resistenta mot antibiotika eftersom det finns begränsade tester tillgängliga som kan göra det snabbt, sa Tara de Boer, en postdoktor vid College of Engineering vid UC Berkeley. "Vårt test är enkelt och ger oss information på en kort tidsskala."

Testet, kallad DETECT, upptäcker molekylära signaturer av antibiotikaresistenta bakterier direkt i urinprov. Till skillnad från andra tekniker som för närvarande finns på marknaden, DETECT kräver ingen dyr instrumentering och är enkel nog att appliceras i en vårdinställning.

"I teorin, DETECT låter dig diagnostisera antibiotikaresistenta bakterieinfektioner på ett läkarmottagning bara genom att samla urin och blanda det med DETECT-reagensen, sa Niren Murthy, professor i teknik vid Berkeley.

"Drogresistenta infektioner är en tyst pandemi som faktiskt dödar fler människor varje år än Zika eller Ebola, sa Lee Riley, professor i epidemiologi och infektionssjukdomar vid School of Public Health vid UC Berkeley. "Ju snabbare du kan starta rätt läkemedel, desto bättre är chanserna att överleva eller undvika komplikationer."

Studien, som genomfördes som en del av konsortiet för forskning om antimikrobiella resistenta bakterier (CRARB), som inkluderar Berkeley-forskare vid College of Engineering och School of Public Health, visas på omslaget 18 oktober av tidskriften ChemBioChem .

Hacka antibiotika

Många vanliga tidiga generationens antibiotika, inklusive penicillin, amoxicillin och ampicillin, är baserade kring en molekylstruktur som kallas betalaktam, som blockerar bakterier från att bygga cellväggar, vilket gör det omöjligt för mikrober att växa och föröka sig.

Dock, eftersom användningen av dessa antibiotika har skjutit i höjden under de senaste 80 åren, vissa smittsamma bakterier, inklusive stammar av E. coli, Salmonella och Shigella, har utvecklats för att producera enzymer som kallas beta-laktamaser som hackar upp dessa antibiotika och gör dem oanvändbara.

DETECT fungerar genom att identifiera förekomsten av betalaktamaser i urinprover. "Vad vår teknik gör är att upptäcka molekylerna som faktiskt bryter ner antibiotika, sa de Boer.

Även om den grundläggande tekniken för att upptäcka betalaktamaser redan har utvecklats, det är inte tillräckligt känsligt för att upptäcka de relativt små koncentrationerna av beta-laktamaser i patientprover. För att denna teknik ska fungera, bakterier från ett patientprov måste först odlas i ett labb, vilket kan ta två till tre dagar – tillräckligt länge för att en enkel bakterieinfektion som en urinvägsinfektion ska invadera njurarna eller blodet.

DETECT-tekniken använder en enzymatisk kedjereaktion för att öka signalen från betalaktamaser med en faktor 40, 000, tillräckligt hög för att tillåta detektering av närvaron av dessa enzymer i urinprover. Med DETECT, en patient som testar positivt för en infektion som är resistent mot tidig generations antibiotika kan omedelbart behandlas med ett mer kraftfullt antibiotikum eller alternativt medel.

Teamet testade DETECT på 40 urinprover som samlats in från patienter som misstänks ha en urinvägsinfektion, och fann att ungefär en fjärdedel av dem hade antibiotikaresistenta infektioner.

"DETECT berättar inte bara vem som har antibiotikaresistenta infektioner utan berättar också vem som kan behandlas med tidig generations antibiotika, så att du kan spara avancerade antibiotika och bromsa spridningen av läkemedelsresistens, " sa Murthy.

Från labbet till läkarmottagningen

DeBoer samarbetar nu med läkare och kliniska laboratoriespecialister på sjukhus för att designa lättanvända DETECT-baserade enheter som tillgodoser specifika medicinska miljöer.

"Alla har olika behov på sjukhuset, " sa de Boer. "Just nu har vi många mönster, men vad vi gör är att låta den avsedda användningen definiera hur designen kommer att se ut."

Till exempel, diagnostiska verktyg som fungerar bra på en poliklinik kanske inte är lika bekväma för läkare som arbetar på en akutmottagning, sa de Boer.

Med hjälp av UC Berkeleys nystartade inkubator CITRIS Foundry, de Boer har grundat ett företag, BioAmp Diagnostics, som arbetar med att kommersialisera tekniken till en snabb diagnostisk enhet.

Teamet fortsätter att förbättra sin enzymsignalförstärkningsteknik i hopp om att snart kunna tillämpa den för att upptäcka specifika stammar av bakterier såväl som bakterier i blodet.

"Jag tror att vi är på gränsen till att ha detta tillämpligt på en sjukhusmiljö, " sa Riley.