Istraživači Univerziteta Kolorado u Boulderu razvili su novi način brojanja mikroorganizama koji radi čak 36 puta brže od konvencionalnih metoda, smanjuje upotrebu plastike više od 15 puta i značajno smanjuje troškove i ugljenični otisak biomedicinskih istraživanja.
Tehnika, opisana u časopisu Priroda mikrobiologije, mogla bi da revolucioniše način na koji se mikrobiološki eksperimenti sprovode širom sveta, omogućavajući kliničarima da brže dijagnostikuju i leče infekcije, a istraživačima da testiraju potencijalne nove antibiotike u deliću vremena.
Pronalazak dolazi zbog porasta zabrinutosti zbog otpornosti na antibiotike širom sveta, a bube otporne na lekove doprinose skoro 5 miliona smrtnih slučajeva širom sveta u 2019.
„Mi smo usred tihe pandemije otpornosti na antibiotike i postoji hitna potreba da se ubrza otkrivanje novih antibiotika“, rekla je viši autor Anushree Chatterjee, vanredni profesor hemijskog i biološkog inženjerstva na CU Boulderu. „Verujemo da ovaj novi metod može to da uradi, i još mnogo toga.
Od 1938. mikrobiolozi koriste jednostavnu metodu, test jedinice za formiranje kolonija (CFU), za brojanje bakterijskih ćelija u uzorku. Počinju tako što se uzorak razblaži u osam do 10 različitih koncentracija, ukapaju kapi iz svake u petrijeve posude napunjene hranom za bakterije, čekaju satima ili danima da se formiraju pojedinačne kolonije i prebroje ih. Ako testiraju novi molekul da vide koliko dobro može da ubije bakterije, dodaju to da vide koliko bakterija preživi.
Proces je poznato mukotrpan i rasipnički, često traje satima da se proceni mali uzorak i proizvodi hrpe odbačene plastike.
Pošto traje toliko dugo i košta toliko, istraživači moraju da biraju koje potencijalne nove lekove ili kombinacije testiraju, tako da ih obeshrabruju da rizikuju, rekao je Čaterdži.
Ova jednačina sa visokim troškovima i niskim profitom navela je farmaceutske kompanije da se udalje od razvoja novih antibiotika.
„U osnovi smo ostali bez antibiotika“, rekao je Čaterdži, napominjući da su mnogi patogeni koji široko cirkulišu – uključujući Staphilococcus aureas (stafilokok) i Neisseria gonorrhoeae (gonoreja) – sada otporni na većinu lekova dizajniranih da ih leče.
„Da bismo imali održivi niz novih opcija, moramo suštinski da promenimo način na koji se otkrivanje obavlja“, rekao je Čaterdži.
Nova metoda, poznata kao Geometrijski test održivosti (GVA), zamenjuje naporan višestepeni proces ručnih razblaživanja sa procesom u jednom koraku, zasnovanom na jednostavnoj geometriji i matematici.
„Koristimo iste vrste matematike koja može pomoći studentima da procene broj M&M-ova u tegli“, rekao je prvi autor Kristijan Mejer, postdoktorski saradnik na odeljenjima za molekularnu, ćelijsku i razvojnu biologiju i hemijsko i biološko inženjerstvo. „Umesto da broji sve M&M pojedinačno, pametan učenik bi mogao da prebroji donji sloj, a zatim da pomnoži sa visinom.“
Slično, umesto da ručno deli uzorke na brojne poduzorke kako bi se olakšalo brojanje kolonija, GVA broji kolonije na jednom mestu, unutar dela konusa jednog vrha pipete, a zatim koristi množenje za izračunavanje ukupne koncentracije.
Da bi to uradili, naučnici ugrađuju uzorke u gel unutar konusa, u kojem se formiraju kolonije. Kada dođe vreme za brojanje, oni mogu da koriste različite tehnike — uključujući i one koje uključuju fotografisanje ili korišćenje papirnog lenjira — da precizno izmere uzorke sa bilo kojim od jedne do milijardu mikroba.
„Ne uključuje matematiku koju srednjoškolac ne bi mogao da izvede“, rekao je Mejer. Ali to bi moglo imati veliki uticaj.
U laboratorijskim testovima koji su merili uobičajene bakterije kao što su Escherichia coli (E. coli) i Salmonella enterica, istraživači su otkrili da je priprema 96 uzoraka trajala tri sata klasičnim metodama, a GVA je trajao 5 minuta – što je 36 puta ušteda vremena. Čak i u poređenju sa modernijom metodom koja uključuje robotiku, GVA je i dalje bila devet puta brža i koristila je jednu desetinu plastike.
Koristeći GVA, jedan istraživač bi mogao precizno izmeriti koncentraciju mikroba u 1.200 uzoraka u jednom danu, pokazala je studija.
Na kraju, Čaterdži veruje da bi metoda takođe mogla da omogući lekarima da dijagnostikuju infekciju i brže pronađu pravi antibiotik za tu infekciju.
„Umesto da neko bude u bolnici tri dana dok otkrije na šta je ta određena buba osetljiva, mi bismo potencijalno mogli jednog dana da znamo preko noći koji bi mogao biti pravi antibiotik“, rekla je ona, napominjući da je potrebno više istraživanja da bi se prešlo na klinički stadijum. Mejer je izumeo tehniku sa Džoelom Kraljem, bivšim docentom na Institutu BioFrontiers. Njih dvoje rade sa Venture Partners i podneli su privremeni patent.
Istraživački tim je takođe napravio veb stranicu i sada radi na razvoju verzije pametnog telefona koju naučnici i šira javnost mogu da koriste.
„Neko mudar je jednom rekao da tačna interpunkcija za naučni napredak nije uzvičnik, već tačka i zarez“, rekao je Mejer. „U tom duhu, iako smo oduševljeni što smo deo ponovnog pronalaska osnovne tehnike mikrobiologije, najviše smo uzbuđeni zbog onoga što će uslediti.“
