Ученые записали шорох бактериальных клеток на графене

Живые клетки, в том числе бактерии, создают наномеханические вибрации. Вибрации, производимые колониями из 100–1000 бактерий в жидкой среде, ранее фиксировали с помощью микромеханического кантилевера, или зонда. Авторы новой работы, опубликованной в Nature Nanotechnology, создали еще более чувствительный метод для регистрации вибраций («шороха»), создаваемых живыми клетками. С его помощью ученым удалось зафиксировать шорох от единственной клетки кишечной палочки Escherichia coli.

В основе нового метода лежат «барабаны», выполненные из очень тонкого (менее 1 нм толщиной) бислоя графена, которым выстланы полости диаметром 8 мкм и глубиной 285 нм в оксиде кремния SiO₂. Силиконовый чип, содержащий тысячи полостей, выстланных графеном, помещался в кювету, в которой находились бактерии E. coli. Для того, чтобы бактерии налипали на графеновую поверхность, в систему добавляли 3-аминопропилтриэтоксисилан (APTES). Нанодвижения бактериальной клетки вызывали отклонение графеновой мембраны, которое фиксировали с помощью лазерной интерферометрии. Амплитуда служила количественной характеристикой движений клетки.

Измерения, производимые с помощью графеновых «барабанов», показали, что одна клетка кишечной палочки создает случайные осцилляции с амплитудой до 60 нм. Чтобы установить, что является главным источником шороха бактерии, авторы измерили движения клеток гиперподвижного штамма, которые отличались от клеток дикого типа бóльшим количеством жгутиков, клеток минимально подвижного штамма с нарушениями в биосинтезе жгутика, клеток неподвижного штамма, у которого не функционировали моторы жгутиков, и клеток, лишенных жгутика. Оказалось, что именно активный жгутик производит большинство нанодвижений клетки.

Авторы продемонстрировали и клинически значимое применение своего метода. По влиянию на наноподвижность бактериальных клеток можно оценивать эффективность антибиотиков. Например, антибиотики хлорамфеникол, рифампицин и ципрофлоксацин снижали активность нанодвижений.