Trung tâm công nghệ sinh học Thành Phố Hồ Chí Minh

Phương pháp mới nhanh hơn 35 lần so với phương pháp thông thường và sử dụng nhựa ít hơn 15 lần
 
Các nhà nghiên cứu của Đại học Colorado Boulder đã phát triển một phương pháp mới để đếm vi sinh vật hoạt động nhanh hơn 36 lần so với các phương pháp thông thường, cắt giảm việc sử dụng nhựa hơn 15 lần và giảm đáng kể chi phí cũng như lượng khí thải carbon của nghiên cứu y sinh. Kỹ thuật này, được mô tả ngày 30 tháng 10 trên tạp chí Nature Microbiology, có thể cách mạng hóa cách thức tiến hành các thí nghiệm vi sinh trên khắp thế giới, cho phép các bác sĩ lâm sàng chẩn đoán và điều trị nhiễm trùng nhanh hơn và các nhà nghiên cứu thử nghiệm các loại kháng sinh mới tiềm năng trong một khoảng thời gian ngắn.

Phát minh này được đưa ra khi mối lo ngại về tình trạng kháng kháng sinh ngày càng gia tăng trên toàn thế giới, với các vi khuẩn kháng thuốc góp phần gây ra gần 5 triệu ca tử vong trên toàn cầu vào năm 2019. Tác giả cấp cao Anushree Chatterjee, phó giáo sư kỹ thuật hóa học và sinh học tại CU Boulder cho biết: “Chúng ta đang ở giữa một đại dịch kháng kháng sinh thầm lặng và cần phải tăng tốc độ phát hiện ra các loại kháng sinh mới”. "Chúng tôi tin rằng phương pháp mới này có thể làm được điều đó và hơn thế nữa."

Từ năm 1938, các nhà vi trùng học đã sử dụng một phương pháp đơn giản, xét nghiệm đơn vị hình thành khuẩn lạc (CFU), để đếm tế bào vi khuẩn trong một mẫu. Họ bắt đầu bằng cách pha loãng mẫu thành 8 đến 10 nồng độ khác nhau, nhỏ từng giọt vào đĩa petri chứa đầy môi trường nuôi cấy vi khuẩn, đợi hàng giờ hoặc hàng ngày để từng khuẩn lạc hình thành và đếm chúng. Nếu thử nghiệm một phân tử mới để xem nó có thể tiêu diệt vi khuẩn tốt đến mức nào, họ sẽ thêm phân tử đó vào để xem có bao nhiêu vi khuẩn sống sót. Quá trình này nổi tiếng là tốn nhiều công sức và lãng phí, thường mất hàng giờ để đánh giá một mẫu nhỏ và tạo ra hàng đống nhựa thải. Chatterjee cho biết: Bởi vì phải mất quá nhiều thời gian và chi phí quá lớn, các nhà nghiên cứu phải lựa chọn kỹ lưỡng về những loại thuốc hoặc sự kết hợp mới tiềm năng nào mà họ thử nghiệm, vì vậy họ khó nắm bắt cơ hội. Phương trình chi phí cao, lợi nhuận thấp này đã khiến các công ty dược phẩm tránh xa việc phát triển các loại kháng sinh mới. Chatterjee cho biết: “Về cơ bản chúng ta đã hết thuốc kháng sinh”, đồng thời lưu ý rằng nhiều mầm bệnh lưu hành rộng rãi - bao gồm Staphylococcus aureas (tụ cầu khuẩn) và Neisseria gonorrhoeae (Lậu) - hiện kháng với hầu hết các loại thuốc được thiết kế để điều trị chúng. Chatterjee nói: “Để có được những lựa chọn mới bền vững, chúng tôi phải thay đổi căn bản cách thức thực hiện khám phá”.

Toán học thay vì nhựa
Phương pháp mới, được gọi là Geometric Viability Assay (GVA), thay thế quy trình pha loãng thủ công nhiều bước khó khăn bằng quy trình một bước, được hình thành từ hình học và toán học đơn giản. Tác giả đầu tiên Christian Meyer, một nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại khoa Sinh học phân tử, tế bào và phát triển cũng như Kỹ thuật hóa học và sinh học, cho biết: “Chúng tôi đang sử dụng cùng một loại toán học có thể giúp sinh viên ước tính số lượng sôcôla M&M trong một lọ”. "Thay vì đếm từng viên sôcôla M&M, một học sinh thông minh có thể đếm lớp dưới cùng rồi nhân với chiều cao." Tương tự, thay vì chia mẫu theo cách thủ công thành nhiều mẫu phụ để đếm khuẩn lạc dễ dàng hơn, GVA đếm khuẩn lạc ở bên trong một đầu pipet đơn, sau đó sử dụng phép nhân để tính tổng nồng độ.
Để làm điều này, các nhà khoa học hút đầy đầu pipet với môi trường nuôi cấy đã được thêm dịch vi khuẩn cùng với chất làm đông môi trường, sau đó làm lạnh để mẫu đông và ủ ở nhiệt độ thích hợp cho vi khuẩn phát triển. Khi đến lúc đếm, họ có thể sử dụng nhiều kỹ thuật khác nhau - bao gồm cả những kỹ thuật liên quan đến chụp ảnh hoặc sử dụng thước giấy - để đo chính xác các mẫu có từ 1 đến 1 tỷ vi khuẩn.

Nhanh hơn, rẻ hơn, xanh hơn

Trong các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm đo các vi khuẩn phổ biến như Escherichia coli (E. coli) và Salmonella enterica, các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng trong khi chuẩn bị 96 mẫu mất ba giờ theo phương pháp cổ điển, GVA mất 5 phút - tiết kiệm thời gian gấp 36 lần. Ngay cả khi so sánh với một phương pháp hiện đại hơn liên quan đến robot, GVA vẫn nhanh hơn chín lần và sử dụng 1/10 nhựa. Một nhà nghiên cứu có thể đo chính xác nồng độ vi sinh vật của 1.200 mẫu trong một ngày.
 

Hình: GVA giảm thời gian và vật liệu hơn 10 lần

Cuối cùng, Chatterjee tin rằng phương pháp này cũng có thể cho phép các bác sĩ chẩn đoán nhiễm trùng và tìm ra loại kháng sinh phù hợp cho bệnh nhiễm trùng đó nhanh hơn. Bà nói: “Thay vì phải nằm viện ba ngày để tìm ra loại vi khuẩn cụ thể nào nhạy cảm, một ngày nào đó chúng ta có thể biết được loại kháng sinh phù hợp chỉ trong một đêm là gì”. giai đoạn lâm sàng. Meyer đã phát minh ra kỹ thuật này cùng với Joel Kralj, cựu trợ lý giáo sư tại Viện BioFrontiers. Cả hai đang làm việc với Venture Partners và đã nộp bằng sáng chế tạm thời.

Nhóm nghiên cứu cũng đã tạo ra một trang web (https://www.colorado.edu/lab/chatterjeelab/geometric-viability-assay-gva) và hiện đang nỗ lực phát triển một phiên bản điện thoại thông minh mà các nhà khoa học và công chúng có thể sử dụng. Meyer nói: “Ai đó đã từng nói rằng dấu câu chính xác cho một tiến bộ khoa học không phải là dấu chấm than mà là dấu chấm phẩy”. “Với tinh thần đó, trong khi chúng tôi rất vui mừng được tham gia vào việc phát minh lại kỹ thuật cốt lõi của vi sinh học, chúng tôi cũng rất vui mừng vì những gì sẽ xảy ra tiếp theo.”

Nguồn bài viết: Tài liệu do  University of Colorado at Boulder cung cấp . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa về phong cách và độ dài.
Tạp chí tham khảo:
Christian T. Meyer, Grace K. Lynch, Dana F. Stamo, Eugene J. Miller, Anushree Chatterjee, Joel M. Kralj. A high-throughput and low-waste viability assay for microbes. Nature Microbiology, 2023; DOI: 10.1038/s41564-023-01513-9

Nguồn: https://www.sciencedaily.com/releases/2023/08/230814122334.htm