Den oändliga kampen mot bakterier har tagit en vändning till mänsklighetens fördel med tillkännagivandet av ett verktyg som kan ge övertaget inom läkemedelsforskningen.

Bakteriell resistens mot antibiotika har skapat alarmerande rubriker de senaste åren, med utsikten att vanligt föreskrivna behandlingar blir föråldrade och kan ringa varningsklockor i sjukvårdsinrättningen.

Det behövs ett desperat behov av effektivare sätt att testa ersättningar, och ett team från Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST) har precis hittat en.

I deras tidning, publiceras i ACS-sensorer , forskarna tittar på en mikrobiell struktur som kallas biofilmer – bakterieceller som binds samman till en slemmig matris.

Dessa är fördelaktiga för bakterier, även ger resistens mot konventionella antibiotika. Med fastigheter som dessa, biofilmer kan vara farliga när de förorenar miljöer och industrier; allt från att smutsa ner livsmedelsproduktionen till att täppa till avloppsreningsrör. Biofilmer kan också bli dödliga om de tar sig in i medicinska anläggningar.

Att förstå hur biofilmer bildas är nyckeln till att hitta sätt att besegra dem, och denna studie samlade OIST-forskare med bakgrund inom bioteknik, nanoteknik och mjukvaruprogrammering för att hantera det.

Teamet fokuserade på biofilms monteringskinetik - de biokemiska reaktionerna som gör att bakterier kan producera sin sammanlänkade matrisstruktur. Att samla in intelligens om hur dessa reaktioner fungerar kan berätta mycket om vilka läkemedel och kemikalier som kan användas för att motverka dem.

Inga verktyg fanns tillgängliga för teamet som skulle göra det möjligt för dem att övervaka biofilmtillväxt med den frekvens de behövde för att ha en tydlig förståelse av det. Så, de modifierade ett befintligt verktyg till sin egen design.

Dr Nikhil Bhalla, arbetar i OIST:s Micro/Bio/Nanofluidics Unit, ledd av prof. Amy Shen, tog till nanoskalan för att hitta en lösning:"Vi skapade små chips med små strukturer för E. coli att växa på, ", sa han. "De är täckta av svampformade nanostrukturer med en stam av kiseldioxid och ett lock av guld."

Nu behövde teamet bara hitta några bakterier att arbeta med. Nå ut till OIST:s enhet för strukturell cellulär biologi, teamet fick hjälp av Dr. Bill Söderström, som levererade lager av E. coli på ytan av nanomushroomchips för teamet att studera.

När dessa nanomsvampar utsätts för en riktad ljusstråle, de absorberar det genom Localized Surface Plasmon Resonance (LSPR). Genom att mäta skillnaden mellan ljusvåglängder som kommer in i och ut ur chipet, forskarna kunde göra observationer av bakterierna som växer runt svampstrukturerna utan att störa deras testpersoner och påverka deras resultat.

"Det här är första gången vi har använt denna avkänningsteknik för att studera bakterieceller, " sa Dr Riccardo Funari, teamets bosatta bioteknolog, "men problemet vi hittade var att vi inte kunde övervaka det i realtid."

Att få en konstant ström av data från deras LSPR-installation var möjligt, men krävde en helt ny uppsättning mjukvara för att den skulle fungera. Lyckligtvis, Forskningsteknikern Kang-yu Chu var på plats för att låna ut sin programmeringsexpertis till problemet.

"Vi gjorde ett automatiskt mätprogram med omedelbar analys baserat på befintlig programvara, som låter oss behandla data med ett klick. Det minskade det manuella arbetet kraftigt och lät oss rätta till eventuella problem med experimentet när de inträffar, " sa Kang-yu.

Nu har dessa tre discipliner kombinerats för att göra ett bänkverktyg som kan användas i praktiskt taget alla laboratorier, och det finns planer på att miniatyrisera tekniken till en bärbar enhet som kan användas i ett stort utbud av biosensing-applikationer.

"Studier om kliniskt relevanta mikroorganismer kommer härnäst, sade Dr Funari, "och vi är verkligen glada över applikationerna. Det här kan vara ett bra verktyg för att testa framtida läkemedel på många olika typer av bakterier." För nu åtminstone, människor tar ledningen i bakteriestriden.