Антибиотик на подложке выявляет резистентность

Бактерии вырабатывают устойчивость к старым антибиотикам быстрее, чем ученые успевают создавать новые, а неправильное и чрезмерное использование антибиотиков ускоряет этот процесс. Поэтому крайне необходимы экспресс-тесты, которые помогли бы установить, чувствительна ли бактерия к старому антибиотику и можно ли назначить его вместо нового.

Одна из самых широко используемых групп антибиотиков — бета-лактамы, к которым относятся, в частности, пенициллины и цефалоспорины. Резистентность к данной группе препаратов часто определяется наличием специальных ферментов — бета-лактамаз. Тесты на присутствие этих ферментов в среде требуют дорогостоящего оборудования и плохо совместимы с диагностикой «у постели больного»; выявление генов бета-лактамаз в геноме бактерий имеет свои ограничения (по сути, положительный результат означает присутствие определенного гена, а не ферментативной активности).

Ученые из Йоркского университета создали биосенсоры, которые представляют собой подложки из золота или диоксида кремния с закрепленным на них модифицированным антибиотиком цефалексином. Молекулы антибиотика ориентированы верным образом и доступны для бета-лактамаз — чтобы это проверить, на подложки наносили как ферменты в чистом виде, так и образцы, полученные от пациентов.

Количественную оценку расщепления выполняли методом кварцевого микробаланса (Quartz crystal microbalance with dissipation, QCM-D). Наблюдаемый при этом сдвиг резонансной частоты зависит от массы адсорбированного на подложке вещества. Поэтому после обработки бета-лактамазами добавляли пенициллин-связывающий белок (ПСБ) — это природная мишень цефалексина, и он ковалентно связывается с уцелевшими молекулами антибиотика. По количеству связанного ПСБ делали выводы о количестве бета-лактамаз в исследуемых образцах. Предложенный метод может быть использован в различных биосенсорах для диагностики «у постели больного».

Технологии биосенсоров активно развиваются и позволяют удешевить и упростить методы диагностики, эффективно и быстро выбирать необходимый курс лечения. Каллум Сильвер, один из авторов работы, говорит: «Это исследование может стать основой для разработки тестов, предоставляющих врачам важную информацию о бактериях, с которыми они сталкиваются, чтобы обычные антибиотики по возможности применялись больше. При внедрении в практику новых антибиотиков устойчивость к ним может выработаться очень быстро, так что нам стоит отложить их до тех пор, когда они действительно потребуются». На данный момент авторы исследования совместно с врачами из Йоркского учебного госпиталя разрабатывают экспресс-тест на антибиотикорезистентность для бактерий — возбудителей инфекций урогенитального тракта на основе модифицированного антибиотика.