Encontrar uma maneira rápida e barata de detectar cepas específicas de bactérias e vírus é fundamental para a segurança alimentar, qualidade da água, proteção ambiental e saúde humana. Contudo, métodos atuais para detectar cepas de bactérias causadoras de doenças, como E. coli requerem culturas de células biológicas demoradas ou abordagens de amplificação de DNA que dependem de equipamentos de laboratório caros.

Agora, Josh Hihath, professor associado de engenharia elétrica e de computação na Universidade da Califórnia, Davis, e colegas da Universidade de Washington e da Universidade de Economia e Tecnologia TOBB em Ancara, A Turquia adaptou um dispositivo eletrônico molecular denominado junção de quebra de uma única molécula para detectar RNA de cepas de E. coli conhecido por causar doenças. Os resultados foram publicados online hoje (5 de novembro) no jornal Nature Nanotechnology .

"O confiável, detecção e identificação eficiente e barata de cepas específicas de microrganismos, como E. coli é um grande desafio na biologia e nas ciências da saúde, "disse Hihath." Nossa técnica pode abrir caminho para o rápido, detecção direta de patógenos, cepas bacterianas resistentes a antimicrobianos e biomarcadores para câncer. "

Hihath e sua equipe se concentraram em E. coli uma vez que é um patógeno comum que pode ser facilmente encontrado no suprimento de alimentos, mas pode não causar doenças de forma benigna. A pior cepa de E. coli , chamado E. coli O157:H7, produz uma substância tóxica chamada toxina Shiga que causa diarreia com sangue, insuficiência renal e até morte.

Dispositivos de junção de quebra de molécula única consistem em dois eletrodos de metal com interfaces atomicamente nítidas que são colocadas em contato em uma solução líquida de interesse, tal como uma solução contendo sequências de RNA de E. coli. Conforme os eletrodos são colocados em contato e separados, uma polarização elétrica é aplicada e a corrente é medida. Este processo é repetido centenas ou milhares de vezes para determinar a condutância de uma única molécula.

"Uma das perguntas que fizemos é quão pequena é a mudança na sequência necessária para causar uma mudança significativa na condutância elétrica?" disse Hihath. "A menor coisa que podemos mudar é uma base única, então decidimos ver se uma mudança de base única pode ser medida. "

Ao testar sequências curtas de RNA ligado ao DNA com ligantes químicos, a equipe examinou um E. coli sequência que produziria a toxina Shiga. Suas descobertas mostraram que as mudanças na resistência elétrica do RNA devido a uma mudança de base única podem ser medidas, o que lhes permitiria ver não apenas se uma sequência era E.coli, mas a cepa específica de E. coli que produz a toxina Shiga.

"Um sistema que poderia identificar seletivamente sequências curtas de DNA ou RNA abre novos caminhos para o desenvolvimento de uma plataforma de sensor eletrônico para uma ampla gama de aplicações, "ele acrescenta." Eventualmente, queremos chegar ao ponto em que possamos extrair amostras de RNA de organismos reais e medir sua condutância em uma plataforma de detecção. "