找到一種快速、廉價(jià)的方法檢測特定的細(xì)菌和病毒菌株，對(duì)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(shí)的生物細(xì)胞培養(yǎng)或依賴昂貴實(shí)驗(yàn)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(jì)算機(jī)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(huì)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(jià)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。“我們的技術(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(duì)專注于大腸桿菌，因?yàn)樗且环N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(huì)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(huì)產(chǎn)生一種叫做志賀毒素的有毒物質(zhì)，會(huì)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(gè)在原子水平上具有尖銳界面的金屬電極組成，它們?cè)诟信d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(shí)，施加偏壓并測量電流。這個(gè)過程重復(fù)數(shù)百或數(shù)千次，以確定單個(gè)分子的電導(dǎo)。
“我們問的一個(gè)問題是，需要多少個(gè)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。“我們能改變的最小的事情就是單個(gè)基數(shù)，所以我們決定看看能否測量單個(gè)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(bǔ)充說：“一個(gè)能夠選擇性識(shí)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(tái)開辟了新的途徑。“最后，我們希望能夠從真實(shí)生物中提取RNA樣本，并在傳感平臺(tái)上測量它們的電導(dǎo)率。”
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