Ученые записали «звуки бактерий» с помощью графеновой мембраны

Ученые из Делфтского технического университета (Нидерланды) придумали новый способ тестирования бактерий на устойчивость к антибиотикам. Для этого они преобразовали в аудиозаписи колебания, которые возникают при ударе жгутика бактерии о графеновую мембрану. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Nanotechnology.

Графен — двумерная аллотропная модификация углерода, образованная углеродным слоем толщиной в один атом. Графен отличается рядом уникальных электрических и механических свойств. Кроме того, этот материал очень чувствителен к внешним воздействиям. Именно поэтому ученым пришла в голову мысль проверить, как поведет себя графен при контакте с биологическим объектом.

В экспериментах использовали графеновую мембрану и бактерию кишечной палочки Escherichia coli. Этот, как правило, безвредный микроорганизм обитает в кишечниках множества теплокровных и представляет собой распространенный модельный объект микробиологии. Исследователи обнаружили, что при прилипании одной бактериальной клетки к поверхности графена в мембране возникают колебания с амплитудой всего в несколько нанометров, которые, однако, можно зафиксировать.

Эти колебания создавало биение жгутика бактерии, используемый ею для перемещения. Чувствительность графена позволяет ему реагировать колебаниями на удары жгутика о поверхность. Такие механические изменения мембраны ученые затем преобразовали в аудиозаписи.

Сегодня устойчивость к антибиотикам, которая вырабатывается у множества бактериальных штаммов, становится все более серьезной проблемой здравоохранения в мире. Результаты нового исследования помогут определять бактерии, устойчивые к антибиотикам, с помощью звука. Метод позволит проводить точное тестирование быстрее, чем существующие технологии, а для анализа достаточно будет даже одной бактериальной клетки.

Эксперименты показали, что невосприимчивые к препаратам микроорганизмы продолжали генерировать колебания. В случае если антибиотик действовал на бактерии, звуки затихали в течение одного-двух часов, пока полностью не исчезали. Высокая чувствительность графеновых мембран позволяет детектировать шум, производимый единственной бактериальной клеткой.

Теперь ученые планируют оптимизировать платформу, чтобы протестировать ее на различных образцах патогенных бактерий. В итоге они собираются создать новый диагностический инструмент, позволяющий быстро оценить устойчивость бактерий к антибиотикам, и внедрить его в клиническую практику.