Dzięki grafenowej membranie udało się podsłuchać dźwięki wydawane przez bakterie

Grafen to płaska warstwa atomów węgla, ułożonych w sześciokątny wzór przypominający plaster miodu. Ze względu na jednoatomową grubość w przybliżeniu jest strukturą dwuwymiarową. Ma niezwykłe właściwości fizyczne – jest wielokrotnie mocniejszy od stali, wyjątkowo dobrze przewodzi ciepło i prąd elektryczny.

Badania prowadzone przez zespół prof. Farboda Alijani z Uniwersytetu Technicznego w Delfcie — najstarszej uczelni technicznej w Holandii, początkowo dotyczyły podstawowych właściwości mechanicznych grafenu.

Jednak z czasem naukowców zaciekawiły możliwe interakcje grafenowego arkusza i obiektów biologicznych. Dlatego podjęto współpracę nanobiologicznym zespołem prof. Ceesa Dekkera i nanomechanicznym zespołem prof. Petera Steenekena. Wraz z doktorantem Irkiem Roslonem i doktorem Aleksandrem Japaridze zespół przeprowadził pierwsze eksperymenty z pospolitymi bakteriami E. coli.

„Kiedy pojedyncza bakteria przywiera do powierzchni grafenowego bębna, generuje losowe oscylacje o amplitudzie zaledwie kilku nanometrów, które moglibyśmy wykryć. Słyszeliśmy dźwięk pojedynczej bakterii!” – mówił prof. Dekker.

Niezwykle małe oscylacje są wynikiem procesów biologicznych bakterii, w czym główna role odgrywają ich wici – „ogonki”, dzięki którym mogą się poruszać.

„Aby zrozumieć, jak słabe są te uderzenia wici o grafen, warto powiedzieć, że są one co najmniej 10 miliardów razy słabsze, niż cios boksera po dotarciu do worka bokserskiego. Jednak te bity w nanoskali można przekonwertować na ścieżki dźwiękowe i odsłuchać” – wyjaśnia prof. Alijani.

Możliwość podsłuchiwania bakterii pozwoliłaby łatwo ustalić, czy są żywe — czy na przykład zabił je antybiotyk, a zatem — czy jest on skuteczny.

Wyniki eksperymentów były jednoznaczne: jeśli bakterie były oporne na antybiotyk, oscylacje utrzymywały się na tym samym poziomie. Kiedy bakterie były podatne na działanie leku, wibracje zmniejszały się przez jedną do dwóch godzin, ale potem całkowicie zniknęły. Dzięki wysokiej czułości grafenowych „bębnów” zjawisko to można wykryć nawet w przypadku pojedynczej żywej komórki.

„Naszym celem jest optymalizacja jednokomórkowej platformy wrażliwości na antybiotyki grafenowe i walidacja jej z próbkami różnych patogenów – aby ostatecznie można go było wykorzystać jako skuteczny zestaw narzędzi diagnostycznych do szybkiego wykrywania antybiotykoodporności w praktyce klinicznej”– zaznaczył prof. Farbod Alijani.

„Byłoby to nieocenione narzędzie w walce z opornością na antybiotyki, stale rosnącym zagrożeniem dla zdrowia ludzi na całym świecie” – podsumował prof. Peter Steeneken.

Więcej w publikacji źródłowej: https://doi.org/10.1038/s41565-022-01111-6

Paweł Wernicki, naukawpolsce.pl