Trovare un modo rapido ed economico per rilevare ceppi specifici di batteri e virus è fondamentale per la sicurezza alimentare, qualità dell'acqua, tutela dell'ambiente e della salute umana. Però, metodi attuali per rilevare ceppi di batteri che causano malattie come E. coli richiedono colture cellulari biologiche che richiedono molto tempo o approcci di amplificazione del DNA che si basano su costose apparecchiature di laboratorio.

Ora, Josh Hihath, professore associato di ingegneria elettrica e informatica presso l'Università della California, Davis, e colleghi dell'Università di Washington e della TOBB University of Economics and Technology di Ankara, La Turchia ha adattato un dispositivo elettronico molecolare chiamato giunzione di rottura a molecola singola per rilevare l'RNA da ceppi di E. coli noto per causare malattie. I risultati sono stati pubblicati online oggi (5 novembre) sulla rivista Nanotecnologia della natura .

"L'affidabile, rilevamento e identificazione efficienti ed economici di ceppi specifici di microrganismi come E. coli è una grande sfida per la biologia e le scienze della salute, " disse Hihath. "La nostra tecnica potrebbe spianare la strada a rapide, rilevamento diretto di agenti patogeni, ceppi batterici resistenti agli antimicrobici e biomarcatori per il cancro”.

Hihath e il suo team si sono concentrati su E. coli poiché è un patogeno comune che potrebbe essere facilmente trovato nell'approvvigionamento alimentare, ma potrebbe non causare malattie in forma benigna. Il peggior ceppo di E. coli , chiamato E. coli O157:H7, produce una sostanza tossica chiamata tossina Shiga che provoca diarrea sanguinolenta, insufficienza renale e persino la morte.

I dispositivi di giunzione a rottura singola molecola sono costituiti da due elettrodi metallici con interfacce atomicamente taglienti che vengono portati a contatto in una soluzione liquida di interesse, come una soluzione contenente sequenze di RNA di E.coli. Quando gli elettrodi vengono messi in contatto e separati, viene applicata una polarizzazione elettrica e viene misurata la corrente. Questo processo viene ripetuto centinaia o migliaia di volte per determinare la conduttanza di una singola molecola.

"Una delle domande che ci siamo posti è quanto piccolo sia necessario un cambiamento nella sequenza per causare un cambiamento significativo nella conduttanza elettrica?" disse Hihath. "La cosa più piccola che possiamo cambiare è una base singola, quindi abbiamo deciso di vedere se è possibile misurare un cambiamento di una singola base."

Testando brevi sequenze di RNA legato al DNA con linker chimici, il team ha esaminato e E. coli sequenza che produrrebbe la tossina Shiga. I loro risultati hanno mostrato che è possibile misurare i cambiamenti nella resistenza elettrica dell'RNA dovuti a un cambiamento di una singola base, che permetterebbe loro di vedere non solo se una sequenza fosse E.coli, ma il ceppo specifico di E.coli che produce la tossina Shiga.

"Un sistema in grado di identificare selettivamente brevi sequenze di DNA o RNA apre nuove strade per lo sviluppo di una piattaforma di sensori elettronici per un'ampia gamma di applicazioni, " aggiunge. "Alla fine, vogliamo arrivare al punto in cui possiamo estrarre campioni di RNA da organismi reali e misurarne la conduttanza su una piattaforma di rilevamento".