Μέθοδος με κβαντικές κουκίδες ανιχνεύει και ταυτοποιεί πολύ γρήγορα βακτηρίδια

Πηγή: NIST, 30 Μαρτίου 2006

Μια γρήγορη μέθοδος για την ανίχνευση και ταυτοποίηση πολύ λίγων διαφορετικών βακτηριδίων, από τον άνθρακα έως το Ε. COLI, αναπτύχθηκε από επιστήμονες στο Εθνικό Ίδρυμα Καρκίνου (NCI) και το Εθνικό Ίδρυμα Προτύπων και Τεχνολογίας (NIST). Η εργασία αυτή θα μπορούσε να οδηγήσει στην ανάπτυξη φορητών συσκευών για έναν πολύ γρήγορο προσδιορισμό των βιολογικών όπλων και των ανθεκτικών βακρτηριδίων στα αντιβιοτικά ή στις ιογόνες πιέσεις, όπου η ταχύτητα της ανίχνευσης είναι ουσιαστική.

Οι παραδοσιακοί τρόποι για την ταυτοποίηση των μολυσματικών βακτηριδίων και οι πιθανές επεξεργασίες τους μπορούν να είναι χρόνιες και επίμοχθες, απαιτώντας την απομόνωση και την καλλιέργεια των βακτηριδίων κατά τη διάρκεια πολλών ωρών ή ακόμα και ημερών. Η νέα μέθοδος επιταχύνει τη διαδικασία χρησιμοποιώντας τους ιούς γρήγορης αντιγραφής (που λέγονται βακτηριοφάγοι), που μολύνουν τα συγκεκριμένα βακτηρίδια που μας ενδιαφέρουν και κατασκευάζονται γενετικά για να δεσμευτούν στις "κβαντικές κουκίδες". Οι κβαντικές κουκίδες είναι ημιαγωγικά σωματίδια νανοκλίμακας που εκπέμπουν ισχυρότερα και εντονότερα σήματα από τις συμβατικές ετικέττες φθορισμού ενώ είναι, επίσης, σταθερότερα όταν εκτίθενται στο φως. Η μέθοδος αυτή ανιχνεύει και προσδιορίζει 10, ή και λιγότερα, βακτηριακά κύτταρα ανά χιλιοστόλιτρα του δείγματος μόνο σε μία ώρα. 

Οι βακτηριοφάγοι κατασκευάστηκαν γενετικά για να παραγάγουν μια συγκεκριμένη πρωτεΐνη στην επιφάνειά τους. Όταν αυτοί οι βακτηριοφάγοι μολύνουν τα βακτηρίδια και αναπαράγονται, τα βακτηρίδια 'εκρήγνυνται' και απελευθερώνουν πολλούς φάγους απόγονους, που συνδέονται με βιοτίνη (βιταμίνη H), η οποία είναι παρούσα σε όλα τα ζωντανά κύτταρα. Οι καλυμμένοι με τη βιοτίνη βακτηριοφάγοι προσελκύουν επιλεκτικά ειδικές  κβαντικές κουκίδες, τα οποία απορροφούν το φως σε ένα ευρύ φάσμα συχνοτήτων και το επανεκπέμπουν σε ένα μόνο χρώμα, που εξαρτάται όμως από το μέγεθος των σωματιδίων-κουκίδων.

Τα προκύπτουσα συγκροτήματα κβαντικών κουκίδων-βακτηριοφάγων μπορούν έτσι να ανιχνευθούν και να μετρηθούν χρησιμοποιώντας μικροσκόπια, φασματοσκοπία ή κυτομετρία, και τα αποτελέσματα χρησιμοποιούνται για να προσδιορίσουν τα βακτηρίδια.

Η νέα μέθοδος θα μπορούσε να επεκταθεί για να προσδιοριστούν πολλαπλάσια βακτηριακά είδη ταυτόχρονα, αν ενωθούν διαφορετικοί βακτηριοφάγοι με κβαντικές κουκίδες, που να έχουν όμως διαφορετικά χρώματα εκπομπής.

Η νέα δε μέθοδος είναι πιο ευαίσθητη από τις συμβατικές οπτικές μεθόδους. Μπορεί να μετρήσει πόσοι ιοί μολύνουν ένα μόνο βακτηριακό κύτταρο και πόσες κβαντικές κουκίδες είναι συνδεμένες με έναν μόνο ιό.

Ήδη κατατέθηκε αίτηση για δίπλωμα ευρεσιτεχνίας μέσω του NIST.

Τα quantum dots ή κβαντικές κουκίδες είναι ημιαγωγικοί νανοκρύσταλλοι νανοκλίμακας, που συγκρατούν επιλεκτικά ή ελευθερώνουν ηλεκτρόνια. Αντίθετα από τα παραδοσιακό LCD, που πρέπει να φωτιστούν από πίσω για να εκπέμψουν φως, τα quantum dots παράγουν το δικό τους φως. Ανάλογα με το μέγεθός τους, οι κβαντικές κουκίδες μπορούν "να συντονιστούν" για να εκπέμψουν οποιοδήποτε ορατό χρώμα. Επίσης τα χρώματα που παράγουν δεν είναι μόνο μονοχρωματικά αλλά και συνδυασμός πολλών άλλων χρωμάτων.