Saúde

Novo dispositivo oferece uma maneira mais rápida de detectar bactérias resistentes a antibióticos
Combater as infecções não é uma tarefa fácil. Quando os antibióticos são prescritos de maneira descuidada e excessiva, isso leva ao rápido surgimento e disseminação de genes resistentes aos antibióticos nas bactérias - criando um problema
Por Binghamton University - 01/12/2020


Seokheun "Sean" Choi, professor associado de engenharia elétrica e de computação, desenvolveu um novo dispositivo para testes mais rápidos de bactérias resistentes a antibióticos. Crédito: Seokheun "Sean" Choi

As infecções bacterianas têm se tornado um dos maiores problemas de saúde em todo o mundo e um estudo recente mostra que os pacientes com COVID-19 têm uma chance muito maior de adquirir infecções bacterianas secundárias, o que aumenta significativamente a taxa de mortalidade.

Combater as infecções não é uma tarefa fácil. Quando os antibióticos são prescritos de maneira descuidada e excessiva, isso leva ao rápido surgimento e disseminação de genes resistentes aos antibióticos nas bactérias - criando um problema ainda maior. De acordo com os Centros de Controle e Prevenção de Doenças, 2,8 milhões de infecções resistentes a antibióticos acontecem nos EUA a cada ano, e mais de 35.000 pessoas morrem delas.

Um fator que retarda a luta contra as bactérias resistentes aos antibióticos é o tempo necessário para fazer o teste. O método convencional usa bactérias extraídas de um paciente e compara culturas de laboratório cultivadas com e sem antibióticos, mas os resultados podem levar de um a dois dias, aumentando a taxa de mortalidade, o tempo de internação e o custo geral do tratamento.

O professor associado Seokheun "Sean" Choi - um membro do corpo docente do Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação da Faculdade Thomas J. Watson de Engenharia e Ciências Aplicadas da Binghamton University - está pesquisando uma maneira mais rápida de testar bactérias quanto à resistência a antibióticos.

"Para tratar as infecções de maneira eficaz, precisamos selecionar os antibióticos certos com a dose exata para a duração apropriada", disse ele. “É necessário desenvolver um método de teste de sensibilidade aos antibióticos e oferecer diretrizes eficazes para tratar essas infecções”.

Nos últimos anos, Choi desenvolveu vários projetos que cruzam a "papertrônica" com a biologia, como um que desenvolveu biobaterias a partir do suor humano.

Esta nova pesquisa - intitulada "Um método simples, barato e rápido para avaliar a eficácia dos antibióticos contra bactérias exoeletrogênicas" e publicada na edição de novembro da revista Biosensors and Bioelectronics - baseia-se nos mesmos princípios das baterias: transferência bacteriana de elétrons, um processo químico que certos microrganismos usam para crescimento, manutenção geral da célula e troca de informações com microrganismos circundantes.
 
"Aproveitamos este evento bioquímico para uma nova técnica para avaliar a eficácia do antibiótico contra bactérias sem monitorar todo o crescimento bacteriano", disse Choi. "Pelo que eu sei, somos os primeiros a demonstrar essa técnica de maneira rápida e de alto rendimento usando papel como substrato."

Trabalhando com Ph.D. os alunos Yang Gao (que se formou em maio e agora está trabalhando como pesquisador de pós-doutorado na Universidade do Texas em Austin), Jihyun Ryu e Lin Liu, Choi desenvolveram um dispositivo de teste que monitora continuamente a transferência de elétrons extracelulares das bactérias.

Uma equipe médica extraía uma amostra de um paciente, inoculava a bactéria com vários antibióticos durante algumas horas e, em seguida, media a taxa de transferência de elétrons. Uma taxa mais baixa significaria que os antibióticos estão funcionando.

"A hipótese é que a exposição ao antiviral poderia causar inibição suficiente para a transferência de elétrons bacterianos, então a leitura pelo dispositivo seria sensível o suficiente para mostrar pequenas variações na saída elétrica causadas por mudanças na eficácia do antibiótico", disse Choi.

O dispositivo poderia fornecer resultados sobre resistência a antibióticos em apenas cinco horas, o que serviria como uma importante ferramenta de diagnóstico de ponto de atendimento, especialmente em áreas com recursos limitados.

O protótipo - construído em parte com financiamento da National Science Foundation e do US Office of Naval Research - tem oito sensores impressos em sua superfície de papel, mas que poderiam ser estendidos para 64 ou 96 sensores se os profissionais médicos quisessem construir outros testes no dispositivo.

Com base nessa pesquisa, Choi já sabe onde ele e seus alunos gostariam de ir a seguir: "Embora muitas bactérias sejam produtoras de energia, alguns patógenos não realizam a transferência de elétrons extracelular e podem não ser usados ​​diretamente em nossa plataforma. No entanto, vários produtos químicos compostos podem auxiliar na transferência de elétrons de bactérias não produtoras de eletricidade.

“Por exemplo, a E. coli não consegue transferir elétrons de dentro para fora da célula, mas com a adição de alguns compostos químicos, eles podem gerar eletricidade. Agora estamos trabalhando para tornar essa técnica geral para todas as células de bactérias . "

 

.
.

Leia mais a seguir