Microbiologie in hapklare porties
Snel, nauwkeurig en toegankelijk: Een nieuwe, baanbrekende benadering van antibioticatesten
Heb je ooit zo’n medisch drama gezien waarin de patiënt de dokter in de steek laat en de patiënt niet reageert op conventionele antibiotica? Dus de dokter vraagt om een test om meer te weten te komen over de oorzaak van de ziekte ….. Maar duurt het niet 24 uur voordat de testresultaten beschikbaar zijn? Deze test die de arts aanvraagt, is wat je een antibioticagevoeligheidstest noemt. Antibioticagevoeligheid verwijst naar hoe gevoelig een bepaalde bacterie is voor de effecten van antibiotica. Deze test helpt artsen om een specifieker antibioticum voor te schrijven als de patiënt niet reageert op conventionele antibiotica. Het uitblijven van een reactie is te wijten aan het feit dat de ziekteverwekkers die verantwoordelijk zijn voor de ziekte, een resistentie ontwikkelen tegen de antibiotica die worden gebruikt om de ziekte te behandelen, ook wel antibioticaresistentie genoemd.
In onze strijd tegen infectieziekten zijn antibiotica lange tijd ons krachtigste wapen geweest. Wat als ik je zou vertellen dat dit arsenaal langzaam zijn effectiviteit verliest? De opkomst van antibiotica-resistente bacteriën vormt een ernstige bedreiging voor de wereldgezondheid en maakt het steeds moeilijker om gewone infecties te behandelen. Nu we aan de rand van een volksgezondheidscrisis staan, biedt een opmerkelijke doorbraak een sprankje hoop. Een baanbrekende techniek belooft een revolutie teweeg te brengen in het testen op antibioticagevoeligheid en de strijd tegen antibioticaresistentie een nieuwe vorm te geven. Deze innovatie komt op een cruciaal moment en pakt een van de fundamentele problemen in de diagnostiek aan: het gebrek aan snelle methoden om te testen op gevoeligheid voor antibiotica.
Wat zijn antibiotica-resistibiliteitstesten?
Antibiotica-resistibiliteitstests (AST) zijn metingen van de gevoeligheid van een bacterie voor antibiotica. Het helpt professionals in de gezondheidszorg te bepalen welke antibiotica het meest effectief zijn bij de behandeling van een bacteriële infectie en begeleidt hen bij het kiezen van de juiste antibioticabehandeling.
Ondanks de ontwikkelingen op het gebied van diagnostiek blijven bepaalde basisproblemen bestaan. Wist je dat het een maand duurt om de bacterie die verantwoordelijk is voor tuberculose te kweken, waardoor het bijna ondoenlijk is om een tijdige diagnose en behandeling te stellen? Zelfs de meest eenvoudige traditionele AST’s duren minstens 24 uur. Deze vertraging leidt ertoe dat de arts medicijnen voorschrijft op basis van ervaring zonder de exacte oorzaak van de ziekte te kennen, wat in bepaalde omstandigheden fataal kan zijn. In de afgelopen jaren zijn er enkele snelle AST’s ontwikkeld, zoals whole genome sequencing, MALDI-TOF spectrometrie en Fourier transform infrarood spectroscopie. Deze methoden zijn echter complex en vereisen geavanceerde en dure apparatuur.
Hebben we een oplossing?
De onderzoekers van de Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne lijken een oplossing te hebben: Optical Nanomotion Detection (ONMD). Deze techniek biedt een snelle, toegankelijke en kosteneffectieve methode voor snelle AST. Het maakt gebruik van de microscopische oscillaties of “levenssignaturen” die microben vertonen. Bacteriën trillen als reactie op hun metabolische activiteit en deze oscillaties blijven bestaan zolang het organisme leeft en stoppen onmiddellijk na de dood. Deze eigenschap wordt gebruikt in ONMD.
Bij ONMD worden microben geïmmobiliseerd op een cantilever-sensor. Beschouw deze cantilever als een balk of staaf die slechts aan één uiteinde wordt ondersteund en die een last kan dragen aan het vrije uiteinde. Hier worden de microben geïmmobiliseerd op het vrije uiteinde van de cantilever. De microben voeren, als ze leven, metabolische activiteiten uit en produceren zo oscillaties. Hun nanobewegingen worden opgepikt door de sensor en de oscillaties worden in de loop van de tijd geregistreerd. Zodra een antibioticum de metabolische activiteit van de bacteriën belemmert, nemen de schommelingen aanzienlijk af. De cantilever transduceert de bewegingen van de monsters en verder worden de doorbuigingen van de sensor gedetecteerd en geregistreerd. De resolutie van de detectie is zo klein als 10^-9 m. De nanobewegingen worden vastgelegd door een camera die aan een optische microscoop is bevestigd. ONMD is met succes toegepast op klinisch belangrijke bacteriën zoals Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Lactobacillus rhamnosus en Mycobacterium smegmatis en heeft hun gevoeligheid voor antibiotica zoals ampicilline, streptomycine, doxycycline en vancomycine in minder dan twee uur bepaald.
Links: Voor de bevestiging van de levende preparaten aan de sensor: de fluctuaties zijn klein.
Midden: Wanneer de exemplaren geïmmobiliseerd zijn op de sensor: de fluctuaties nemen toe.
Rechts: gedode micro-organismen op de sensor: de fluctuaties worden weer klein. Source:https://doi.org/10.1073/pnas.1415348112
ONMD heeft zijn toepasbaarheid bewezen buiten het testen op metabolisch actieve (levende) en inactieve (dode) organismen na blootstelling aan verschillende chemicaliën. Het kan ook variaties in bacteriële metabolische niveaus detecteren die worden veroorzaakt door verschillende voedingsstofconcentraties. Bovendien is de techniek niet beperkt tot bacteriën die zich kunnen verplaatsen met behulp van metabolische energie, waardoor het een veelzijdig hulpmiddel is voor veel bacteriële soorten.
De introductie van ONMD in antibioticagevoeligheidstesten brengt talloze voordelen met zich mee:
- Snelheid: De techniek levert resultaten binnen 1 tot 2 uur, waardoor snellere diagnose en behandelingsbeslissingen mogelijk zijn.
- Betaalbaarheid en toegankelijkheid: ONMD vereist alleen een eenvoudige optische microscoop en een camera/mobiele telefoon, waardoor het toegankelijk is voor gezondheidszorginstellingen met beperkte middelen.
- Gevoeligheid: De techniek kan zelfs een enkele cel van een microbe detecteren, wat zorgt voor nauwkeurige en betrouwbare resultaten.
- Gebruiksgemak: ONMD vereist geen volledige karakterisering van de onderzochte monsters om hun aanwezigheid en levensvatbaarheid te detecteren, wat betekent dat men AST’s van onbekende bacteriën kan uitvoeren.
In een race tegen antibioticaresistentie is ONMD een baken van hoop. Door een snelle en betrouwbare manier te bieden om het meest geschikte antibioticum voor een bepaalde ziekte te identificeren, wil deze techniek het misbruik en overgebruik van antibiotica aanpakken, die ook de belangrijkste redenen zijn voor de ontwikkeling van antibioticaresistentie. Met zijn snelle en toegankelijke benadering van antibiotica-gevoeligheidstesten heeft ONMD het vermogen om de toekomst van de behandeling van infectieziekten een nieuwe vorm te geven.
Featured image: Image taken from en.Wikipedia.org
Vertaald door: Liang Hobma
micro-bites.org 