用分子電子學(xué)方法檢測大腸桿菌菌株

找到一種快速、廉價的方法檢測特定的細(xì)菌和病毒菌株，對食品安全、水質(zhì)、環(huán)境保護(hù)和人類健康都非常重要。然而，目前檢測致病細(xì)菌如大腸桿菌菌株的方法需要耗時的生物細(xì)胞培養(yǎng)或依賴昂貴實驗室設(shè)備的DNA擴(kuò)增方法。

現(xiàn)在，加州大學(xué)戴維斯分校電氣和計算機工程副教授喬希希哈(Josh Hihath)和他在華盛頓大學(xué)和土耳其安卡拉TOBB經(jīng)濟(jì)技術(shù)大學(xué)的同事們已經(jīng)改造了一種叫做單分子的分子電子設(shè)備，用于檢測已知會導(dǎo)致疾病的大腸桿菌菌株的核糖核酸。研究結(jié)果今天(11月5日)在線發(fā)表在《自然納米技術(shù)》雜志上。

“可靠、高效和廉價地檢測和鑒定大腸桿菌等特定微生物菌株是生物學(xué)和健康科學(xué)的一大挑戰(zhàn)，”Hihath說?！拔覀兊募夹g(shù)可以為快速直接檢測病原體、抗生素耐藥菌株和癌癥生物標(biāo)志物鋪平道路。”

hihas和他的團(tuán)隊專注于大腸桿菌，因為它是一種常見的病原體，很容易在食物供應(yīng)中發(fā)現(xiàn)，但它可能不會以良性形式引起疾病。大腸桿菌中最大的菌株，稱為大腸桿菌O157: H7，會產(chǎn)生一種叫做志賀毒素的有毒物質(zhì)，會導(dǎo)致血性腹瀉、腎衰竭甚至死亡。

單分子切割連接裝置由兩個在原子水平上具有尖銳界面的金屬電極組成，它們在感興趣的液體溶液中接觸，例如含有來自大腸桿菌的RNA序列的溶液。當(dāng)電極接觸并拉開時，施加偏壓并測量電流。這個過程重復(fù)數(shù)百或數(shù)千次，以確定單個分子的電導(dǎo)。

“我們問的一個問題是，需要多少個序列變化才能導(dǎo)致電導(dǎo)率發(fā)生有意義的變化？”赫斯說?！拔覀兡芨淖兊淖钚〉氖虑榫褪菃蝹€基數(shù)，所以我們決定看看能否測量單個基數(shù)的變化。”

通過用化學(xué)連接劑測試與脫氧核糖核酸結(jié)合的短序列核糖核酸，研究小組檢查了能產(chǎn)生志賀毒素的大腸桿菌的序列。他們的研究結(jié)果表明，單堿基變化引起的RNA抗性的變化是可以測量的，這使得他們不僅可以看到序列是大腸桿菌，還可以看到產(chǎn)志賀毒素大腸桿菌的特異性菌株。

他補充說：“一個能夠選擇性識別DNA或RNA短序列的系統(tǒng)，為開發(fā)適合各種應(yīng)用的電子傳感器平臺開辟了新的途徑。“最后，我們希望能夠從真實生物中提取RNA樣本，并在傳感平臺上測量它們的電導(dǎo)率?！?

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