Химики разработали новый способ выявления лекарственно устойчивых бактерий
Нейронную сеть для идентификации гена устойчивости к антибиотикам успешно применили ученые Томского политехнического и Сибирского государственного медицинского университетов совместно с коллегами из Чехии, 8 июня сообщает пресс-служба ТПУ.
Ученые использовали сиамскую нейронную сеть для пикомолярной идентификации фрагмента гена устойчивости к бета-лактамным антибиотикам. Предложенный ими расширенный диагностический подход позволит создать экспресс-метод обнаружения антибиотико-резистентных бактерий. Результаты проведенных исследований были опубликованы в журнале Analytica Chimica Acta.
В статье авторы отмечают, что развитие и широкое распространение устойчивых к антибиотикам бактериальных штаммов побуждают ученых к интенсивному поиску новых методов быстрого и надежного определения маркеров чувствительности к антибиотикам.
Эта потребность усиливается тем обстоятельством, что ежегодная смертность от распространенных лекарственно-устойчивых штаммов инфекций составляет, по данным ВОЗ, не менее 700 000 человек.
Разработанный командой подход основан на методе SERS — поверхностно-усиленной Рамановской спектроскопии, субстратом для которой служила золотая периодическая подложка с привитой одноцепочечной ДНК.
Данные спектроскопии обрабатывались специально разработанной системой принятия решений, которая представляет собой сиамскую нейронную сеть с надежной статистикой и байесовским правилом принятия решений. Это позволило организовать для спектрального анализа обратную связь, такую как запросы на дополнительный сбор данных.
Разработанный способ был проверен на выявлении специфической олигонуклеотидной последовательности ДНК, которая кодирует устойчивость к β-лактамным антибиотикам.
Научный сотрудник Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Ольга Гусельникова пояснила:
«Для создания сенсора в ТПУ был разработан и оптимизирован метод ковалентной прививки последовательности ДНК с помощью методов поверхностной химии. Он позволяет с высокой степенью прочности прививать различные биомолекулы для их последующего взаимодействия с аналитами. С его помощью мы сначала обучали нейронную сеть на большом массиве данных — около 6000 спектров, собранных со смесей целевых и нецелевых ДНК».
Комбинация нейронной сети и SERS-сенсора позволила разработчикам получать при анализе следующие варианты ответа: резистивный ген присутствует, отсутствует, это не структура ДНК и последний — нужны дополнительные данные для получения ответа с заданной точностью.
Проведенные исследования последовательностей ДНК, в том числе отличающихся всего на один нуклеотид, показали, что новый подход позволил определять целевые последовательности ДНК в очень низкой концентрации (3 × 10⁻¹² М) с достоверностью ≥99%.
Эти результаты позволяют создать очень быстрый метод выявления резистивных бактерий с высокой степенью чувствительности, чего не могут обеспечить стандартные методы. Разработчики отмечают, что такие сенсорные системы совместимы с портативными спектрометрами, работа с которыми требует минимальной подготовки персонала и отличается дешевизной.
