Экспресс- анализ воздействия аминогликозидов на бактерии с помощью сенсорной системы на основе пьезоэлектрического резонатора с поперечным электрическим полем

Показана возможность экспресс-анализа воздействия аминогликозидных антибиотиков на бактерии (Escherichia coli) с помощью сенсорной системы на основе пьезоэлектрического резонатора с поперечным электрическим полем с диапазоном рабочих частот 6–7 МГц. Для экспериментов использовали штаммы бактерий E.coli как чувствительные, так и устойчивые к канамицину. При оценке воздействия канамицина на бактерии использовали изменение модуля электрического импеданса резонатора в качестве аналитического сигнала. Установлено, что критерием чувствительности бактерий к канамицину является изменение модуля электрического импеданса датчика после воздействии антибиотика на бактерии на любой частоте вблизи резонанса. Датчик обладает высокой чувствительностью и позволяет проводить диагностику антимикробной восприимчивости бактерий в течение 7–9 мин.

1. Интернет-ресурс http://www.un.org/apps/news/story.asp?NewsID=47691#.VmZ00ImLR5w

2. Leung E., Weil D.E., Raviglione M., Nakatani H. World Health Organization World health day antimicrobial resistance technical working group. The WHO policy package to combat antimicrobial resistance. Bull World Health Organ. 2011; 89: 390–392. doi: 10.2471/BLT.11.088435.

3. Aslam B., Wang W., Arshad M.I., Khurshid M., Muzammil S., Rasool M.H., Nisar M.A., Alvi R.F., Aslam M.A., Qamar M.U. et al. Antibiotic resistance: a rundown of a global crisis. Infect. Drug Resist. 2018; 11: 1645–1658. doi: 10.2147/IDR.S173867. eCollection 2018.

4. Roope L.S.J., Smith R.D., Pouwels K.B., Buchanan J., Abel L., Eibich P., Butler C.C., Tan P.S., Sarah Walker A., Robotham J.V. et al. The challenge of antimicrobial resistance: What economics can contribute. Science 2019; 364: eaau4679. doi: 10.1126/science.aau4679.

5. Singh M., Dominy B. The evolution of cefotaximase activity in the TEM β-lactamase. J Mol Biol. 2012; 415:205–220. doi: 10.1016/j.jmb.2011.10.041. Epub 2011 Nov 3.

6. The European Committee on Antimicrobial Susceptibility Testing. Breakpoint tables for interpretation of MICs and zone diameters. Version 3.1. 2013. http://www.eucast.org.

7. Kasas S., Malovichko A., Villalba M.I., Vela M.E., Yantorno O., Willaert R.G. Nanomotion detection-based rapid antibiotic susceptibility testing, Antibiot. (Basel, Switz.) 2021; 10: 287. doi: 10.3390/antibiotics10030287.

8. Venturelli L., Harrold Z.R., Murray A.E., Villalba M.I., Lundin E.M., Dietler G., Kasas S., Foschia R. Nanomechanical bio-sensing for fast and reliable detection of viability and susceptibility of microorganisms. Sensors and Actuators: B. Chemical. 2021; 348: 130650. doi: 10.1016/j.snb.2021.130650.

9. Karan Syal, Rafael Iriya, Yunze Yang, Hui Yu, Shaopeng Wang, Shelley E. Haydel, Hong-Yuan Chen, Nongjian Tao. Antimicrobial susceptibility test with plasmonic imaging and tracking of single bacterial motions on nanometer scale. ACS Nano. 2016; 10 (1): 845–852. doi: 10.1021/acsnano.5b05944.

10. Gfeller K.Y., Nugaeva N., Hegner M. Rapid biosensor for detection of antibiotic-selective growth of Escherichia coli. Appl Environ Microbiol. 2005; 71 (5): 2626–2631. doi: 10.1128/AEM.71.5.2626-2631.2005.

11. Maugeri G, Lychko I, Sobral R, Roque A.C.A. Identification and antibiotic-susceptibility profiling of infectious bacterial agents: a review of current and future trends. Biotechnol J. 2019;14(1):e1700750. doi: 10.1002/biot.201700750.

12. Reynoso E.C., Laschi S., Palchetti I., Torres E. Advances in antimicrobial resistance monitoring using sensors and biosensors: A review. Chemosensors 2021; 9: 232. doi: 10.3390/chemosensors9080232.

13. Johnson W.L., France D.C., Rentz N.S., Cordell W.T., Walls F.L. Sensing bacterial vibrations and early response to antibiotics with phase noise of a resonant crystal. Sci Rep. 2017 Sep 22; 7 (1): 12138. doi: 10.1038/s41598-017-12063-6.

14. Zaitsev B.D., Shikhabudinov A.M., Teplykh A.A., Kuznetsova I.E. Liquid sensor based on a piezoelectric lateral electric field-excited resonator. Ultrasonics. 2015; 63: 179–183. doi: 10.1016/j.ultras.2015.07.009.

15. Barenfanger J., Drake C., Kacich G. Clinical and financial benefits of rapid bacterial identification and antimicrobial susceptibility testing, J. Clin. Microbiol 1999; 37: 1415–1418. doi: 10.1128/JCM.37.5.1415-1418.1999.

16. Methods for the determination of susceptibility of bacteria to antimicrobial agents. Terminology, EUCAST Definitive Document. 1998; 4: 291–296. doi: 10.1111/j.1469-0691.1998.tb00061.x.

17. Guliy O.I., Zaitsev B.D., Borodina I.A., Burygin G.L., Karavaeva O.A., Semyonov A.P. Analysis of the microbial cell-Ab binding in buffer solution by the piezoelectric resonator. Anal Biochem. 2018; 554: 53–60. doi: 10.1016/j.ab.2018.05.028.

18. Zaĭtsev B.D., Kuznetsova I.E., Semyonov A.P., Vasil'ev A.A. New Method of Parasitic Mode Supression in Lateral-Field-Excited Piezoelectric Resonator. Tech Phys Lett. 2011; 37 (6): 503–506. doi: 10.1134/S1063785011060150.

19. European Medicines Agency, European Surveillance of Veterinary Antimicrobial Consumption, 2021. ‘Sales of veterinary antimicrobial agents in 31 European countries in 2019 and 2020’. (EMA/58183/2021)

20. Bongaerts G.P., Kaptijn G.M. Aminoglycoside phosphotransferase-IImediated amikacin resistance in Escherichia coli. Antimicrob Agents Chemother. 1981; 20 (3): 344–350. doi: 10.1128/AAC.20.3.344.

21. Salimizand H., Zomorodi A.R., Mansury D., Khakshoor M., Azizi O., Khodaparast S., Baseri Z., Karami P., Zamanlou S. et al. Diversity of aminoglycoside modifying enzymes and 16S rRNA methylases in Acinetobacter baumannii and Acinetobacter nosocomialis species in Iran; wide distribution of aadA1 and armA. Infect Genet Evol. 2018; 66: 195–199. doi: 10.1016/j.meegid.2018.09.028.