МЕТОД БЫСТРОГО ИССЛЕДОВАНИЯ АНТИБИОТИКОРЕЗИСТЕНТНОСТИ БАКТЕРИЙ

METHOD FOR RAPID ASSESSMENT OF BACTERIAL ANTIBIOTIC RESISTANCE

Valery Bronnikov

Student, Department of Laser Engineering and Laser Technologies, Kazan National Research Technical University-KAI named after A.N. Tupolev,

Russia, Kazan

Svetlana Shavaleeva

scientific adviser, Candidate of Chemical Sciences, Associate Professor, Kazan National Research Technical University-KAI named after A.N. Tupolev,

Russia, Kazan

АННОТАЦИЯ

Нами разработан метод определения антибиотикорезистентности бактерий на основе методики сканирующей зондовой микроскопии, где определяющим параметром является соотношение длины и ширины бактерии. Данный метод характеризуется низкой стоимостью и высокой скоростью проведения исследования, что позволяет сократить время последующей терапии.

ABSTRACT

We have developed a method for determining the antibiotic resistance of bacteria based on the technique of scanning probe microscopy, where the determining parameter is the ratio of the length and width of the bacteria. This method is characterized by low cost and high speed of the study, which reduces the time of subsequent therapy.

Ключевые слова: бактерии; антибиотикорезистентность; зондовая микроскопия; экспресс метод.

Keywords: bacteria; antibiotic resistance; probe microscopy; express method.

Устойчивость к антибиотикам — это частный случай устойчивости бактерий к противомикробным препаратам, когда микробы вырабатывают механизмы, защищающие их от действия противомикробных препаратов. Инфекции, вызванные резистентными микробами, более трудно поддаются лечению, требуя более высоких доз противомикробных препаратов или альтернативных препаратов, которые могут быть более токсичными. Кроме того, такое лечение может быть значительно дороже.

Ежегодно во всем мире от инфекций, вызванных резистентными микробами, умирает более полумиллиона человек, при этом у многих больных увеличиваются сроки госпитализации [1].

Основным способом определения антибиотикорезистентности бактерий на данный момент является посевной метод на чувствительность к антибиотикам, а наиболее распространенной его разновидностью является дисково-диффузионный метод анализа [2]. Для этого анализа микроорганизмы колонизируют в питательной среде; сверху кладут диски, пропитанные антибиотиками. Затем посев помещают в термостат на 16-18 часов. В зависимости от анализа результаты приходят через 2-3 дня [3].

Нами предложен метод тестирования бактерий на антибиотикорезистентность, основанный на методике сканирующей зондовой микроскопии, где определяющим параметром будет являться соотношение длины и ширины бактерии. Процесс визуализации основан на сканировании поверхности зондом. В этом случае можно получить трехмерное изображение поверхности с высоким разрешением. Бактерии укладываются параллельно без перекрытия на специально тисненый субстрат из кремния, слюды и фосфора с использованием сил Ван-дер-Ваальса. Промежуточный результат, полученный на примере Bifidobacterium Longum, показан на рисунке 1 с размерами 60 мкм * 60 мкм. В поле зрения находится от 500 до 1000 бактерий, каждая из которых различима и измерима, что обеспечивает статическую надежность. Таким образом, становится возможным определение размеров бактерий с помощью зондовой микроскопии.

Рисунок 1. Промежуточный результат, полученный на примере Bifidobacterium Longum

Процесс исследования осуществляется следующим образом: на подложку определенной геометрической формы наносят бактерии, затем устанавливают зондовый микроскоп и проводят сканирование в течение 60 минут. На вторую подложку также наносят бактерии и антибиотик, также проводят сканирование с помощью зондового микроскопа в течение 60 минут. После этого определяют соотношение длины и ширины бактерий и делают вывод, подействовал антибиотик или нет.

На втором и четвертом рисунках хорошо видны результаты действия антибиотика, нарушающего синтез клеточной стенки. В результате растущая бактерия не может построить новую стенку и погибает. На третьем изображении результат действия антибиотика, угнетающего синтез белка – возникают нарушения при считывании генетической информации, происходит синтез неактивных белковых молекул.

Рисунок 2. Результат действия антибиотика

Рисунок 3. Результат действия антибиотика, блокирующего синтез белка

Рисунок 4. Результат действия антибиотика, нарушающего синтез клеточной стенки

 Преимущества этого метода:

- низкая стоимость исследования

- сокращение времени и стоимости антибактериальной терапии

- возможность расширения спектра заболеваний, когда можно своевременно определить антибиотикорезистентность (часто тестирование антибиотикорезистентности не проводится на ранней стадии заболевания из-за длительности исследования)

Это исследование было проведено на Bifidobacterium Longum, дальнейшие исследования будут проводиться по широте этого метода.

Таким образом, данный метод имеет широкие перспективы применения благодаря своей низкой стоимости и меньшей продолжительности исследования при сохранении высокой эффективности.

Список литературы:

1. Михалева Т. В., Захарова О. И., Ильясов П. В. Прикладная биохимия и микробиология, 2019, Т.55, №2, — 124 с.
2. who.int [электронный ресурс]. Устойчивость к антибиотикам. Информационный бюллетень ВОЗ. - 2017. [Antibiotic resistance. Fact sheet. (In Russ).] URL: http://www.who.int/media-centre/factsheets/antibiotic-resistance/ru. (дата обращения 03.04.2022)
3. Обзор современных международных и российских рекомендаций по определению чувствительности микроорганизмов: [Электронный ресурс].URL: https://flm.kz/files/19746420735c0ea1ab121dc.pdf. (дата обращения 17.03.2022)