Новый метод подсчёта микробов ускоряет исследования, сокращает отходы и может привести к созданию новых антибиотиков
Исследователи из Университета Колорадо в Боулдере разработали новый метод подсчёта микроорганизмов, который работает до 36 раз быстрее традиционных методов, сокращает использование пластика более чем в 15 раз и существенно снижает стоимость и углеродный след биомедицинских исследований.
Техника, описанная в журнале Nature Microbiology, может революционизировать проведение микробиологических экспериментов по всему миру, позволяя клиницистам быстрее диагностировать и лечить инфекции, а исследователям — тестировать потенциальные новые антибиотики за доли времени.
Изобретение появилось на фоне растущей во всём мире озабоченности устойчивостью к антибиотикам: в 2019 году устойчивые к лекарствам микробы стали причиной почти 5 миллионов смертей.
Новая альтернатива классическому методу
С 1938 года микробиологи используют простой метод подсчёта бактериальных клеток в образце — анализ колониеобразующих единиц (CFU). Он требует трудоёмких последовательных разведений образца, посева на чашки Петри, ожидания роста колоний в течение часов или дней и их подсчёта.
Этот процесс печально известен своей трудоёмкостью и расточительностью, часто требует часов для оценки небольшого образца и приводит к образованию гор выброшенного пластика.
Из-за высокой стоимости и длительности процесса исследователи вынуждены быть избирательными в тестировании потенциальных новых препаратов, что сдерживает разработку.
«У нас, по сути, закончились антибиотики», — отмечает старший автор работы Анушри Чаттерджи, указывая, что многие распространённые патогены, включая Staphylococcus aureus (стафилококк) и Neisseria gonorrhoeae (гонорею), теперь устойчивы к большинству препаратов.
Геометрия вместо пластика
Новый метод, названный Геометрическим анализом жизнеспособности (Geometric Viability Assay, GVA), заменяет трудоёмкий многоступенчатый процесс ручных разведений одноэтапным процессом, основанным на простой геометрии и математике.
Вместо ручного разделения образцов на множество подпроб для облегчения подсчёта колоний, GVA подсчитывает колонии в одном месте — внутри части конуса наконечника пипетки, — а затем использует умножение для расчёта общей концентрации.
Для этого учёные помещают образцы в гель внутри конуса, где и формируются колонии. Для подсчёта можно использовать различные техники, включая фотографирование или бумажную линейку, чтобы точно измерить образцы, содержащие от одного до 1 миллиарда микробов.
«Это не требует математики, с которой не справился бы студент старших классов», — говорит первый автор Кристиан Мейер. Но эффект может быть огромным.
Быстрее, дешевле, экологичнее
В лабораторных тестах с обычными бактериями, такими как Escherichia coli (E. coli) и Salmonella enterica, исследователи обнаружили, что подготовка 96 образцов классическим методом занимала три часа, а с помощью GVA — 5 минут (ускорение в 36 раз). Даже по сравнению с более современным методом с использованием робототехники GVA был в 9 раз быстрее и использовал в 10 раз меньше пластика.
Используя GVA, один исследователь может точно измерить микробную концентрацию 1200 образцов за один день.
В перспективе метод также может позволить врачам быстрее диагностировать инфекцию и подбирать для неё правильный антибиотик.
«Вместо того чтобы человек лежал в больнице три дня, пока выясняют, к чему чувствителен конкретный микроб, мы потенциально могли бы узнать за ночь, какой антибиотик может быть правильным», — говорит Чаттерджи, отмечая необходимость дополнительных исследований для перехода на клиническую стадию.
Исследовательская группа также создала веб-сайт и работает над разработкой версии для смартфона, которую смогут использовать учёные и широкая публика.