As infecções bacterianas se tornaram um dos maiores problemas de saúde em todo o mundo, e um estudo recente mostra que os pacientes com COVID-19 têm uma chance muito maior de adquirir infecções bacterianas secundárias, o que aumenta significativamente a taxa de mortalidade.

Combater as infecções não é uma tarefa fácil, no entanto. Quando os antibióticos são prescritos de forma descuidada e excessivamente, isso leva ao rápido surgimento e disseminação de genes resistentes a antibióticos em bactérias - criando um problema ainda maior. De acordo com os Centros de Controle e Prevenção de Doenças, 2,8 milhões de infecções resistentes a antibióticos acontecem nos EUA a cada ano, e mais de 35, 000 pessoas morrem por causa deles.

Um fator que retarda a luta contra as bactérias resistentes aos antibióticos é o tempo necessário para fazer o teste. O método convencional usa bactérias extraídas de um paciente e compara culturas de laboratório cultivadas com e sem antibióticos, mas os resultados podem levar de um a dois dias, aumentando a taxa de mortalidade, o tempo de internação e o custo geral do atendimento.

O professor associado Seokheun "Sean" Choi - membro do corpo docente do Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação da Faculdade de Engenharia e Ciências Aplicadas da Universidade de Binghamton Thomas J. Watson - está pesquisando uma maneira mais rápida de testar bactérias quanto à resistência a antibióticos.

"Para tratar eficazmente as infecções, precisamos selecionar os antibióticos certos com a dose exata para a duração apropriada, ", disse ele." Há uma necessidade de desenvolver um método de teste de sensibilidade aos antibióticos e oferecer diretrizes eficazes para tratar essas infecções.

Nos últimos anos, Choi desenvolveu vários projetos que cruzam "papertronics" com biologia, como uma que desenvolveu biobaterias usando suor humano.

Esta nova pesquisa - intitulada "Um simples, barato, e método rápido para avaliar a eficácia dos antibióticos contra bactérias exoeletrogênicas "e publicado na edição de novembro do jornal Biossensores e bioeletrônica - baseia-se nos mesmos princípios das baterias:transferência de elétrons bacterianos, um processo químico que certos microrganismos usam para o crescimento, manutenção geral da célula e troca de informações com os microrganismos circundantes.

“Aproveitamos este evento bioquímico para uma nova técnica para avaliar a eficácia do antibiótico contra bactérias sem monitorar todo o crescimento bacteriano, "Choi disse." Pelo que eu sei, somos os primeiros a demonstrar essa técnica de maneira rápida e de alto rendimento, usando papel como substrato. "

Trabalhando com Ph.D. alunos Yang Gao (que se formou em maio e agora está trabalhando como pesquisador de pós-doutorado na Universidade do Texas em Austin), Jihyun Ryu e Lin Liu, Choi desenvolveu um dispositivo de teste que monitora continuamente a transferência de elétrons extracelulares das bactérias.

Uma equipe médica iria extrair uma amostra de um paciente, inocule a bactéria com vários antibióticos durante algumas horas e, em seguida, meça a taxa de transferência de elétrons. Uma taxa mais baixa significaria que os antibióticos estão funcionando.

"A hipótese é que a exposição antiviral poderia causar inibição suficiente para a transferência de elétrons bacterianos, portanto, a leitura pelo dispositivo seria sensível o suficiente para mostrar pequenas variações na saída elétrica causada por mudanças na eficácia do antibiótico, "Choi disse.

O dispositivo pode fornecer resultados sobre resistência a antibióticos em apenas cinco horas, que serviria como uma importante ferramenta de diagnóstico de ponto de atendimento, especialmente em áreas com recursos limitados.

O protótipo - construído em parte com financiamento da National Science Foundation e do U.S. Office of Naval Research - tem oito sensores impressos em sua superfície de papel, mas isso poderia ser estendido para 64 ou 96 sensores se os profissionais médicos quisessem incluir outros testes no dispositivo.

Com base nesta pesquisa, Choi já sabe para onde ele e seus alunos gostariam de ir a seguir:"Embora muitas bactérias sejam produtoras de energia, alguns patógenos não realizam transferência de elétrons extracelular e não podem ser usados ​​diretamente em nossa plataforma. Contudo, vários compostos químicos podem auxiliar na transferência de elétrons de bactérias não produtoras de eletricidade.

"Por exemplo, E. coli não pode transferir elétrons de dentro para fora da célula, mas com a adição de alguns compostos químicos, eles podem gerar eletricidade. Agora estamos trabalhando em como tornar essa técnica geral para todas as células de bactérias. "