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      超快速檢測細菌的新技術
      
			
      
				2019-06-14 09:02:17
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      一種新的檢測方法可以在一分鐘內(nèi)識別細菌的存在，同時區(qū)分健康細菌和非活細菌，可以挽救許多生命和大量資金。華威大學的科學家報告了這項技術，該技術基于細菌中電信號響應外部電刺激的變化。
      

      超快速檢測細菌的新技術
      

      細菌檢測對現(xiàn)代醫(yī)療實踐至關重要。細菌培養(yǎng)方法需要數(shù)天才能獲得結果。在敗血癥中，每小時治療延遲，死亡率上升8%。同樣，尿液試紙研究中錯過了高達30%的尿路感染，尤其是低水平感染。延遲診斷可使感染成為甚至危險，導致死亡或殘疾。延遲檢測商業(yè)標本的細菌污染也會產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟影響。
      

      在這種背景下，細菌中的生物電信號可以產(chǎn)生非常有用的結果。目前的研究結合了生物學，數(shù)學建模和工程原理，以快速檢測活細菌，利用靜息膜電位(跨細胞膜的基線電壓)的變化。
      

      主要作者James Stratford解釋說，“我們創(chuàng)建的系統(tǒng)可以產(chǎn)生類似于醫(yī)療和工業(yè)測試中使用的平板計數(shù)的結果，但速度提高了約20倍。這可以挽救許多人的生命，并通過檢測制造過程中的污染來使經(jīng)濟受益。“
      

      動物的生物電，包括研究暴露于外部電場的細胞的電特性，一直是一個重要的研究領域。細菌生物電的研究相對較新，但我們現(xiàn)在知道增殖細菌需要穩(wěn)定的靜息膜電位，并且?guī)缀踔挥幸话氲哪芰縼砭S持它。靜息膜電位是細胞中電信號傳導的關鍵。
      

      以前，時間推移顯微鏡和熒光團介導的單細胞膜電位研究都已被用于檢測增殖能力。然而，膜電位的變化在許多情況下發(fā)生，導致非特異性結果，除非首先進行復雜和細致的校準。目前的研究專門研究外部場誘導的膜電位變化是否依賴于細菌增殖潛力。雷丁大學的科學家Yoshikatsu Hayashi評論說：“利用神經(jīng)科學中廣泛使用的數(shù)學模型，我們揭示了可興奮細胞，神經(jīng)元和細菌細胞的共同機制，擴展的神經(jīng)元模型可以解釋健康和不健康細菌細胞的兩種不同的電反應。令人驚訝的是，代表膜上非平衡程度的單一參數(shù)足以解釋細胞的不同反應。這是了解電信號起源的重要一步。
      

      科學家們使用一種專門開發(fā)的裝置來觀察細胞增殖和膜電位，并對兩種細菌物種 -枯草芽孢桿菌(枯草芽孢桿菌)和大腸桿菌(大腸桿菌)的單細胞中的電刺激作出反應。
      

      增殖細菌(通過相差時延顯微鏡觀察)首先將熒光染料分子作為膜電壓指示劑。施加2.5秒的電脈沖。結果是強烈的熒光指示超極化(細胞內(nèi)部變得比外部更帶負電荷)。
      

      這些細胞中的一些用400nm的紫外(UV)光照射，這是常見的細菌生長抑制劑，并且通過相差時延顯微鏡證實了生長抑制。存在于相同視野的不同區(qū)域中的正常細胞充當對照。在相同的刺激下，被照射的細胞被去極化(內(nèi)部變得更加陽性)而其他被超極化。因此，這與健康的細菌區(qū)分開來。這種轉變被認為是由于受損細胞中靜息膜電位的變化，并且通過當前研究中使用的擴展神經(jīng)元模型預測。
      

      然后用萬古霉素處理這兩種細菌的??混合培養(yǎng)物，萬古霉素是一種抑制枯草芽孢桿菌但不抑制大腸桿菌增殖的抗生素。隨后的刺激分別在枯草芽孢桿菌和大腸桿菌中產(chǎn)生去極化和超極化。在用乙醇或質(zhì)子載體處理后觀察到相同的結果，這也導致細胞損傷。因此，該方法可以與選擇性培養(yǎng)組合以檢測抗生素抗性。
      

      研究人員已經(jīng)建立了自己的創(chuàng)業(yè)公司Cytecom，并期望商業(yè)設備很快就可以用于工業(yè)和臨床用途，快速檢測活細菌并尋找抗生素對細菌培養(yǎng)的影響。Cytecom獲得了Innovate UK的資助，該獎項旨在促進創(chuàng)新。
      

      研究作者Munehiro Asally說：“這是一個激動細菌細胞生物電的激動人心的時刻。這項工作表明，細菌電可以導致社會重要的技術，同時獲得對我們對細胞的基本理解的基本見解。我們開發(fā)的工具可以通過允許以前無法進行的實驗來提供更多機會。“
      
			

			
        
      
			
      
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