EPFL-forskare, arbetar i samarbete med Valais Hospital i Sion och Fudan University i Shanghai, har utvecklat en metod för att analysera bakterier som – för första gången någonsin – låter läkare snabbt se exakt vilka proteiner som är förknippade med antibiotikaresistens.

Vissa bakterier innehåller proteiner som indikerar resistens mot antibiotika. Men för att upptäcka dessa proteiner, läkare måste kunna öppna bakteriemembranen och analysera proteinerna inuti – något som hittills har varit omöjligt, eftersom masspektrometri bara kan identifiera små proteiner. Dock, forskare vid EPFL:s Sion-campus som arbetar i samarbete med kollegor vid Fudan University i Shanghai har utvecklat en enda metod som kan användas för att analysera ett stort spektrum av proteiner och identifiera både bakterierna och deras resistens mot antibiotika. Processen kombinerar titandioxidnanopartiklar med energin som emitteras av UV-ljusstrålar. Deras forskning har publicerats i Kemivetenskap .

WHO har utsett bakteriell resistens mot antibiotika som det enskilt största hotet mot människors hälsa. Det är resultatet av att läkare förskriver antibiotika för mycket, som har påskyndat bakteriers vanliga försvarsmekanismer, rensa bort de svagaste mikroberna och låta de starkaste överleva. Med tiden har dessa bakterier utvecklats för att skydda sig mot antibiotika genom genetisk mutation, överföra genetiska mutationer till sin avkomma eller utbyta DNA med andra bakterier.

Idag försöker forskare bromsa denna process genom att bättre rikta in sig på specifika bakterier för att förhindra att nya multiresistenta stammar bildas. Det betyder att de måste kunna exakt identifiera vilka bakterier de har att göra med. Den huvudsakliga metoden som används på sjukhus för att upptäcka antibiotikaresistens är att odla bakteriekulturer i närvaro av antibiotika, men denna teknik kan ta flera timmar eller till och med dagar. En annan metod innebär att man använder masspektrometri för att analysera bakteriestammar odlade i en petriskål; läkare placerar bakterierna på en stålplåt och bestrålar dem med laser. Det genererar ett moln av proteiner som kan analyseras för att bestämma bakteriens fenotyp. Men ingen av metoderna kan identifiera större proteiner – varför forskargruppen satte sig för att utveckla ett nytt.

Stålplåtar präglade med titandioxid

EPFL-forskarna, arbetar på skolans Laboratory of Physical and Analytical Electrochemistry (LEPA), och deras kollegor i Shanghai använde stålplåtar som hade präglats med titandioxid nanopartiklar. "Titandioxid är ett vitt pulver som absorberar ljus. När det träffas av UV-strålar, pulvret utlöser en elektrokemisk reaktion som förstärker laserns effekter genom att bokstavligen explodera bakteriemembranen, säger Hubert Girault, chef för LEPA.

Denna metod öppnar upp bakterierna mycket mer än befintliga, frigör en mängd biologiska molekyler inklusive protein, DNA, RNA, och lipider. "Vi tittade främst på proteiner, eftersom de är det som potentiellt kan förändra eller försämra antibiotikan, säger Horst Pick, en biolog som hjälpte till att utveckla metoden. "Men vi fann också att vi kunde använda samma masspektrometriteknik för att analysera alla andra typer av molekyler som frigörs och få fram bakteriens "fingeravtryck." Det kan hjälpa läkare att identifiera den specifika typen av bakterier."

Som nästa steg, forskarna hoppas kunna arbeta med bakterierna direkt, utan att först behöva odla kulturer. Det skulle minska analystiden till 30 minuter – en stor fördel eftersom tiden är avgörande när man bekämpar en infektion – och säkerställa att läkarna riktade in sig på rätt mikrober. Mycket lovande försök har redan genomförts.