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Un nouveau dispositif permet de détecter plus rapidement les bactéries résistantes aux antibiotiques

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

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La lutte contre les infections n'est cependant pas une tâche facile. Lorsque les antibiotiques sont prescrits de manière imprudente et excessive, cela entraîne l'émergence et la propagation rapides de gènes résistants aux antibiotiques dans les bactéries, ce qui crée un problème encore plus important. Selon les Centres de contrôle et de prévention des maladies, 2,8 millions d'infections résistantes aux antibiotiques se produisent chaque année aux États-Unis, 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 dépister. La méthode classique 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, ce qui augmente le taux de mortalité, la durée du séjour à l'hôpital et le coût global des soins.

Professeur associé Seokheun "Sean Choi - membre du corps professoral du département de génie électrique et informatique de l'université de Binghamton (Thomas J. Watson College of Engineering and Applied Science) - cherche un moyen plus rapide de tester la résistance des bactéries aux antibiotiques.

"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 de proposer des lignes directrices efficaces pour traiter ces infections"

Ces dernières années, Choi a développé plusieurs projets qui croisent la "papertronique" avec la biologie, comme celui qui a développé des biobatteries utilisant la sueur humaine.

Cette nouvelle recherche - intitulée "Une méthode simple, peu coûteuse et rapide pour évaluer l'efficacité des antibiotiques contre les bactéries exo-électrogènes" et publiée dans le numéro de novembre de la revue Biosensors and Bioelectronics - repose sur les mêmes principes que les piles : Le transfert d'électrons bactériens, un processus chimique que certains microorganismes utilisent pour la croissance, l'entretien général des cellules et l'échange d'informations avec les microorganismes environnants.

"Nous tirons parti de cet événement biochimique pour mettre au point une nouvelle technique permettant d'évaluer l'efficacité des antibiotiques contre les bactéries sans surveiller l'ensemble de leur croissance", a déclaré M. 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"

En collaboration avec les doctorants Yang Gao (qui a obtenu son diplôme en mai et travaille actuellement comme chercheur postdoctoral à l'université du Texas à Austin), Jihyun Ryu et Lin Liu, Choi a mis au point un dispositif de test qui surveille en permanence le transfert d'électrons extracellulaire des bactéries.

Une équipe médicale extrayait un échantillon d'un patient, inoculait la bactérie avec divers antibiotiques pendant quelques heures et mesurait ensuite le taux de transfert d'électrons. Un taux inférieur signifierait que les antibiotiques sont efficaces.

"L'hypothèse est que l'exposition à l'antiviral pourrait provoquer une inhibition suffisante du transfert d'électrons de la bactérie, de sorte que la lecture par le dispositif serait suffisamment sensible pour montrer de petites variations dans la sortie électrique causées par des changements dans l'efficacité de l'antibiotique", a déclaré M. Choi.

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

Le prototype - construit en partie grâce au financement de la Fondation nationale des sciences et de l'Office américain de la recherche navale - comporte huit capteurs imprimés sur sa surface en papier, mais il pourrait être étendu à 64 ou 96 capteurs si les professionnels de la santé voulaient intégrer d'autres tests dans l'appareil.