Können Bakterien Geräusche machen? Es ist logisch anzunehmen, dass wir, wenn wir Bakterien hören könnten, wissen würden, ob sie leben oder nicht. Wenn die Bakterien mit einem Antibiotikum abgetötet werden, hören diese Geräusche auf – es sei denn natürlich, die Bakterien sind gegen das Antibiotikum resistent. Genau das ist Wissenschaftlern der Technischen Universität Delft unter der Leitung von Dr. Farbod Alijani nun gelungen: Sie haben das leise Rauschen eines einzelnen Bakteriums mithilfe von Graphen eingefangen.
Das Team von Farbod Alijani untersuchte zunächst die grundlegende Mechanik von Graphen, fragte sich aber irgendwann, was passieren würde, wenn dieses äußerst empfindliche Material mit einem einzigen biologischen Objekt in Kontakt käme.
Graphen ist eine Form von Kohlenstoff, die aus einer einzigen Atomschicht besteht und auch als Wundermaterial bekannt ist, sagt Alijani. Es ist sehr langlebig, hat gute elektrische und mechanische Eigenschaften und ist zudem äußerst empfindlich gegenüber äußeren Kräften.
Ein Forscherteam führte in Zusammenarbeit mit Nanomechanik-Experten Experimente mit E. coli-Bakterien durch. Was wir gesehen haben, war unglaublich. Wenn ein einzelnes Bakterium an der Oberfläche einer Graphenmembran haftet, erzeugt es zufällige Schwingungen mit einer Amplitude von nur wenigen Nanometern, die wir wahrnehmen können. Wir konnten das Geräusch eines einzelnen Bakteriums hören“, sagen die Wissenschaftler.
Die extrem kleinen Schwankungen sind das Ergebnis der biologischen Prozesse von Bakterien mit dem Hauptbeitrag ihrer Flagellen (Schwänze auf der Oberfläche der Zelle, die die Bakterien schieben).
Um zu verstehen, wie klein diese Flagellenschläge auf Graphen sind, muss man sagen, dass sie mindestens 10 Milliarden Mal kleiner sind als der Schlag eines Boxers, wenn er einen Boxsack trifft. Diese nanoskaligen Beats können jedoch in Audiospuren umgewandelt und angehört werden.
Diese Studie ist von großer Bedeutung bei der Identifizierung von Antibiotikaresistenzen.
Das Ergebnis des Experiments war eindeutig: Waren die Bakterien resistent gegen das Antibiotikum, setzten sich die Schwankungen einfach auf gleichem Niveau fort. Als die Bakterien für das Medikament empfänglich waren, nahmen die Schwankungen allmählich ab und verschwanden dann vollständig. Aufgrund der hohen Empfindlichkeit von Graphenmembranen lässt sich dieses Phänomen mit nur einem Bakterium nachweisen.
„Wir wollen unsere Single-Cell-Graphen-Plattform für Antibiotika-Empfindlichkeitstests optimieren und an einer Vielzahl von pathogenen Proben testen. So könnte es schließlich als wirksames diagnostisches Instrument zum schnellen Nachweis von Antibiotikaresistenzen in der klinischen Praxis eingesetzt werden“, sagen die Wissenschaftler.
"Dies wäre ein unschätzbares Instrument im Kampf gegen Antibiotikaresistenzen bei Bakterien, einer ständig wachsenden Bedrohung für die menschliche Gesundheit auf der ganzen Welt."
Die Studie wurde im Fachjournal Nature Nanotechnology veröffentlicht.
2022-04-19 10:39:28
Autor: Vitalii Babkin