Konstnärens intryck av en grafentrumma som upptäcker nanorörelse hos en enda bakterie. Kredit:Irek Roslon, TU Delft
Har du någonsin undrat om bakterier gör distinkta ljud? Om vi kunde lyssna på bakterier skulle vi kunna veta om de lever eller inte. När bakterier dödas med ett antibiotikum, skulle dessa ljud sluta - såvida inte bakterierna är resistenta mot antibiotikan. Detta är precis vad ett team av forskare från TU Delft, ledd av Dr. Farbod Alijani, nu har lyckats göra:de fångade lågnivåbrus från en enda bakterie med grafen. Nu publiceras deras forskning i Nature Nanotechnology .
Ljudet av en enda bakterie
Farbod Alijanis team undersökte ursprungligen grunderna för grafenens mekanik, men vid ett visst tillfälle undrade de vad som skulle hända om detta extremt känsliga material kommer i kontakt med ett enda biologiskt föremål. "Grafen är en form av kol som består av ett enda lager av atomer och är också känt som undermaterialet", säger Alijani. "Den är väldigt stark med fina elektriska och mekaniska egenskaper, och den är också extremt känslig för yttre krafter."
Teamet av forskare inledde ett samarbete med nanobiologigruppen Cees Dekker och nanomekanikgruppen Peter Steeneken. Tillsammans med Ph.D. student Irek Roslon och postdoc Dr. Aleksandre Japaridze, teamet körde sina första experiment med E. coli-bakterier. Cees Dekker:"Det vi såg var slående. När en enda bakterie fäster vid ytan av en grafentrumma genererar den slumpmässiga svängningar med amplituder så låga som några nanometer som vi kunde upptäcka. Vi kunde höra ljudet av en enda bakterie. "
Stansning av en grafentrumma med en bakterie
De extremt små svängningarna är ett resultat av bakteriernas biologiska processer med huvudsakligt bidrag från deras flageller (svansar på cellytan som driver fram bakterier). "För att förstå hur små dessa flagellära takter på grafen är, är det värt att säga att de är minst 10 miljarder gånger mindre än en boxares slag när de når en slagpåse. Ändå kan dessa nanoskala takter omvandlas till ljudspår och lyssna på - och hur coolt är det", säger Alijani.
Grafen för snabb upptäckt av antibiotikaresistens
Denna forskning har enorma konsekvenser för upptäckten av antibiotikaresistens. De experimentella resultaten var otvetydiga:Om bakterierna var resistenta mot antibiotikan fortsatte svängningarna bara på samma nivå. När bakterierna var mottagliga för drogen minskade vibrationerna tills en eller två timmar senare, men sedan var de helt borta. Tack vare den höga känsligheten hos grafentrummor kan fenomenet upptäckas med bara en enda cell.
Farbod Alijani säger, "För framtiden siktar vi på att optimera vår encelliga grafenantibiotikakänslighetsplattform och validera den mot en mängd olika patogena prover. Så att den så småningom kan användas som en effektiv diagnostisk verktygslåda för snabb upptäckt av antibiotikaresistens i klinisk praxis."
Peter Steeneken säger:"Detta skulle vara ett ovärderligt verktyg i kampen mot antibiotikaresistens, ett ständigt ökande hot mot människors hälsa runt om i världen."
Studien har titeln "Probing nanomotion of single bacteria with graphene trums." + Utforska vidare
