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有读书笔记Electrical detection of pathogenic bacteria via immobilized antimicrobial peptides

金佳 添加于 2010-11-4 16:14 | 1613 次阅读 | 0 个评论

  •  作 者

    Mannoor MS, Zhang S, Link AJ, McAlpine MC

  •  摘 要

    The development of a robust and portable biosensor for the detection of pathogenic bacteria could impact areas ranging from water-quality monitoring to testing of pharmaceutical products for bacterial contamination. Of particular interest are detectors that combine the natural specificity of biological recognition with sensitive, label-free sensors providing electronic readout. Evolution has tailored antimicrobial peptides to exhibit broad-spectrum activity against pathogenic bacteria, while retaining a high degree of robustness. Here, we report selective and sensitive detection of infectious agents via electronic detection based on antimicrobial peptide-functionalized microcapacitive electrode arrays. The semiselective antimicrobial peptide magainin I—which occurs naturally on the skin of African clawed frogs—was immobilized on gold microelectrodes via a C-terminal cysteine residue. Significantly, exposing the sensor to various concentrations of pathogenic Escherichia coli revealed detection limits of approximately 1 bacterium/μL, a clinically useful detection range. The peptide-microcapacitive hybrid device was further able to demonstrate both Gram-selective detection as well as interbacterial strain differentiation, while maintaining recognition capabilities toward pathogenic strains of E. coli and Salmonella. Finally, we report a simulated “water-sampling” chip, consisting of a microfluidic flow cell integrated onto the hybrid sensor, which demonstrates real-time on-chip monitoring of the interaction of E. coli cells with the antimicrobial peptides. The combination of robust, evolutionarily tailored peptides with electronic read-out monitoring electrodes may open exciting avenues in both fundamental studies of the interactions of bacteria with antimicrobial peptides, as well as the practical use of these devices as portable pathogen detectors.

  •  详细资料

    • 文献种类: Journal Article
    • 期刊名称: Proceedings of the National Academy of Sciences
    • 期刊缩写: Proceedings of the National Academy of Sciences
    • ISBN: 0027-8424

  • 学科领域 信息系统 » 理论信息学

  • 相关链接 DOI URL 

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    仿蛙感应器可用于测试细菌感染
    据美国物理学家组织网近日报道，美国普林斯顿大学研究人员通过研究非洲爪蛙的抗菌原理，开发出了一种可用于检测药品和医疗设备是否受到细菌污染的感应器。新感应器不仅可取代目前通用的内毒素检测试剂（LAL），还有望使两种濒危物种的数量不再下降。
     
    非洲爪蛙的皮肤上会产生能够抵抗细菌的肽（两个或以上的氨基酸脱水缩合形成若干个肽键从 而组成一个肽），使其免于感染，现在人们已能在实验室合成出这种肽。普林斯顿大学机械和航空航天技术副教授迈克尔·麦卡尔平领导的研究团队则找到了一种新 方法，可将这种肽“贴到”微小的电子芯片上，当这种电子芯片接触到大肠杆菌和沙门氏菌等有害细菌时，电子芯片就会发出电子信号。
     
    麦卡尔平在10月18日出版的美国《国家科学院院刊》上表示，这是一个简单且功能强大的平台。这种电子芯片可取代目前用于测试医疗设备和药品是否受到感染的内毒素检测试剂。
     
    目前通用的内毒素检测试剂的缺陷在于：它需要鲎（马蹄蟹）的血。这导致近年来鲎的数量大大减少，由此也致使以鲎为食的鸟类数量不断下降。
     
    鲎是一种有着4.5亿年历史的古老生物，有“活化石”之称。因为其免疫系统已进化得很好，其血液中含有能抵抗细菌的细胞——变形细胞，使其免于细菌的攻击，如同肽保护非洲爪蛙的皮肤免于细菌攻击一样，所以，它非常适合用于测试细菌感染。
     
    1965年，科学家使用从鲎的血液中提取出来的物质制成了LAL，用于测试药品和医疗设 备是否受到污染。为了生产LAL，人们大肆捕捞鲎，在将其放回海洋之前，人们会抽取其30%的血液。美国地质调查局的报告显示，这种方法的致死率可能高达 30%左右。生态研究和发展组织一份保守的调查显示，鲎和依靠其为生的红腹滨鹬的数量一直在减少。
     
    麦卡尔平团队希望基于电子芯片的该种技术最终能够取代LAL，作为一种标准的污染测试手段，让人们从此“告别”鲎血，也让红腹滨鹬的数量得以回升。同时，制造这种新的感应器也不会给非洲爪蛙带来压力。麦卡尔平表示，制造这种感应器时，爪蛙不会受到伤害。
     

    该研究得到了美国哮喘基金会和空军科学研究局的资助。

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