Bakterie se běžně rozlišují pomocí barviv, mikroskopů či molekulárních metod. Výzkumníci z Tchaj-wanu nyní představili odlišný přístup: robotickou platformu, která získává informace o bakteriálním vzorku při krátkém fyzickém kontaktu. Ohebné čidlo umístěné na robotickém chapadlu měří nepatrné elektrické projevy vznikající při dotyku dvou povrchů.
Zařízení dokázalo rozlišit grampozitivní a gramnegativní bakterie s přesností 90,93 procenta. Samotná odezva senzoru přitom podle autorů trvala 620 milisekund. Výsledky zveřejnil mezinárodní tým vedený Zong-Hong Linem z Národní tchajwanské univerzity v odborném časopise Nano Energy.
Elektrický otisk místo barevné reakce
Základem zařízení je triboelektrický nanosenzor. Triboelektrický jev se projevuje přenosem elektrického náboje při kontaktu a následném oddělení dvou materiálů. V běžném životě jej lze pozorovat například tehdy, když se třením oblečení nebo vlasů vytvoří statická elektřina. V robotickém systému jsou však vznikající elektrické signály velmi malé a slouží jako zdroj informací o vlastnostech zkoumaného povrchu.
Podle studie v časopise Nano Energy se grampozitivní a gramnegativní bakterie liší chováním povrchového náboje. Příčinou je rozdílná stavba jejich buněčných obalů. Grampozitivní bakterie mají zpravidla silnou vrstvu peptidoglykanu, zatímco gramnegativní bakterie disponují tenčí peptidoglykanovou vrstvou a vnější membránou obsahující lipidy. Tyto rozdíly ovlivňují interakci bakteriálního povrchu s materiálem senzoru.
Robotický uchopovač proto nese několik triboelektrických materiálů, které mohou na tentýž vzorek reagovat odlišně. Při kontaktu vzniká soubor napěťových signálů – jakýsi elektrický otisk. Ten následně vyhodnocuje model strojového učení, jenž hledá vzorce odpovídající jedné ze dvou gramových skupin.
Gramovo barvení patří k základům mikrobiologie
Nová technologie se vztahuje ke Gramovu barvení, metodě pojmenované po dánském lékaři Hansi Christianu Gramovi. Během několika po sobě následujících kroků se bakteriální preparát obarví krystalovou violetí, ošetří jódem, odbarví a nakonec znovu dobarví kontrastním barvivem. Bakterie, které si uchovají původní fialové zbarvení, jsou označovány jako grampozitivní. Gramnegativní bakterie se odbarví a po použití druhého barviva získají růžovou až červenou barvu.
Postup poskytuje důležitou prvotní informaci o zkoumaném mikroorganismu, není však zcela automatický. Výsledek může ovlivnit například délka odbarvování, stáří kultury, kvalita preparátu nebo zkušenost pracovníka. Některé bakterie se navíc Gramovou metodou barví proměnlivě či obtížně. Podrobný popis principu nabízí např. odborný přehled Gram Staining v databázi NCBI Bookshelf. Robotický senzor naproti tomu nepotřebuje barviva ani jiné značicí látky a měření vzorek neničí. Automatizovaný kontakt rovněž omezuje přímou manipulaci člověka s bakteriálním materiálem.
Zatím jde pouze o rozlišení dvou skupin
Publikované výsledky dokládají především rozlišení grampozitivní a gramnegativní skupiny. Zařízení zatím neumí spolehlivě určovat jednotlivé bakteriální druhy, zjišťovat jejich životaschopnost či např. odhalovat odolnost vůči antibiotikům.
Přesnost 90,93 procenta navíc znamená, že část vzorků systém zařadil nesprávně. Před případným klinickým použitím proto bude nutné metodu ověřit na větším počtu mikroorganismů a na reálných vzorcích, které mohou obsahovat směsi různých bakterií, buněk a dalších látek.
Pokud se podaří rozšířit počet rozpoznávaných skupin a potvrdit spolehlivost mimo kontrolované laboratorní podmínky, mohly by podobné senzory doplnit automatizované laboratoře, kontrolu potravin nebo sledování mikrobiální kontaminace.
