Les infections bactériennes sont devenues l'un des plus gros problèmes de santé dans le monde, et une étude récente montre que les patients COVID-19 ont beaucoup plus de chances de contracter des infections bactériennes secondaires, ce qui augmente considérablement le taux de mortalité.

Combattre les infections n'est pas une tâche facile, bien que. Lorsque les antibiotiques sont prescrits de manière imprudente et excessive, qui conduit à l'émergence et à la propagation rapides de gènes résistants aux antibiotiques dans les bactéries, créant un problème encore plus important. Selon les Centers for Disease Control and Prevention, 2,8 millions d'infections résistantes aux antibiotiques se produisent aux États-Unis chaque année, et plus de 35, 000 personnes en meurent.

Un facteur qui ralentit la lutte contre les bactéries résistantes aux antibiotiques est le temps nécessaire pour les tester. La méthode conventionnelle utilise des bactéries extraites d'un patient et compare des cultures de laboratoire cultivées avec et sans antibiotiques, mais les résultats peuvent prendre un à deux jours, augmenter le taux de mortalité, la durée d'hospitalisation et le coût global des soins.

Le professeur agrégé Seokheun "Sean" Choi, membre du corps professoral du Département de génie électrique et informatique du Thomas J. Watson College of Engineering and Applied Science de l'Université de Binghamton, recherche un moyen plus rapide de tester la résistance aux antibiotiques des bactéries.

"Pour traiter efficacement les infections, nous devons sélectionner les bons antibiotiques avec la dose exacte pour la durée appropriée, ", a-t-il déclaré. "Il est nécessaire de développer une méthode de test de sensibilité aux antibiotiques et d'offrir des directives efficaces pour traiter ces infections."

Au cours des dernières années, Choi a développé plusieurs projets qui croisent la « papertronics » avec la biologie, comme celui qui a développé des biobatteries utilisant la sueur humaine.

Cette nouvelle recherche, intitulée « Un simple, peu coûteux, et méthode rapide pour évaluer l'efficacité des antibiotiques contre les bactéries exoélectrogènes" et publié dans le numéro de novembre de la revue Biocapteurs et bioélectronique — repose sur les mêmes principes que les batteries :transfert d'électrons bactériens, un processus chimique que certains micro-organismes utilisent pour leur croissance, l'entretien général des cellules et l'échange d'informations avec les micro-organismes environnants.

« Nous exploitons cet événement biochimique pour une nouvelle technique permettant d'évaluer l'efficacité des antibiotiques contre les bactéries sans surveiller l'ensemble de la croissance bactérienne, " a dit Choi. " Pour autant que je sache, nous sommes les premiers à démontrer cette technique de manière rapide et à haut débit en utilisant le papier comme substrat. »

Travailler avec un doctorat les étudiants Yang Gao (qui a obtenu son diplôme en mai et travaille maintenant comme chercheur postdoctoral à l'Université du Texas à Austin), Jihyun Ryu et Lin Liu, Choi a développé un appareil de test qui surveille en permanence le transfert d'électrons extracellulaires des bactéries.

Une équipe médicale prélèverait un échantillon d'un patient, inoculer les bactéries avec divers antibiotiques pendant quelques heures puis mesurer le taux de transfert d'électrons. Un taux inférieur signifierait que les antibiotiques fonctionnent.

"L'hypothèse est que l'exposition aux antiviraux pourrait provoquer une inhibition suffisante du transfert d'électrons bactérien, ainsi la lecture par l'appareil serait suffisamment sensible pour montrer de petites variations de la sortie électrique causées par des changements dans l'efficacité des antibiotiques, " dit Choi.

L'appareil pourrait fournir des résultats sur la résistance aux antibiotiques en seulement cinq heures, qui constituerait un important outil de diagnostic au point de service, surtout dans les régions aux ressources limitées.

Le prototype, construit en partie grâce au financement de la National Science Foundation et de l'Office of Naval Research des États-Unis, comporte huit capteurs imprimés sur sa surface de papier, mais cela pourrait être étendu à 64 ou 96 capteurs si les professionnels de la santé voulaient intégrer d'autres tests dans l'appareil.

Fort de cette recherche, Choi sait déjà où lui et ses étudiants aimeraient aller ensuite :« Bien que de nombreuses bactéries produisent de l'énergie, certains agents pathogènes n'effectuent pas de transfert d'électrons extracellulaires et ne peuvent pas être utilisés directement dans notre plateforme. Cependant, divers composés chimiques peuvent faciliter le transfert d'électrons à partir de bactéries non productrices d'électricité.

"Par exemple, E. coli ne peut pas transférer d'électrons de l'intérieur de la cellule vers l'extérieur, mais avec l'ajout de certains composés chimiques, ils peuvent produire de l'électricité. Maintenant, nous travaillons sur la façon de généraliser cette technique à toutes les cellules bactériennes. »