使用分子电子学检测大肠杆菌菌株

寻找快速且廉价的方法来检测细菌和病毒的特定菌株对于食品安全，水质，环境保护和人类健康至关重要。然而，目前用于检测引起疾病的细菌如大肠杆菌菌株的方法需要时间密集的生物细胞培养物或依赖昂贵的实验室设备的DNA扩增方法。

现在，加州大学戴维斯分校电气和计算机工程副教授，华盛顿大学和土耳其安卡拉的TOBB经济与技术大学的同事Josh Hihath改编了一种叫做单分子的分子电子器件断裂连接以检测已知导致疾病的大肠杆菌菌株的RNA。该研究结果于今天(11月5日)在线发表在Nature Nanotechnology杂志上。

“对大肠杆菌等特定微生物菌株进行可靠，高效和廉价的检测和鉴定是生物学和健康科学的一大挑战，”Hihath说。“我们的技术可以为快速，直接检测病原体，抗菌抗性细菌菌株和癌症生物标志物铺平道路。”

Hihath和他的团队专注于大肠杆菌，因为它是一种常见的病原体，很容易在食物供应中找到，但可能不会以良性形式引起疾病。最大的大肠杆菌菌株，称为大肠杆菌O157：H7，产生一种叫做志贺毒素的毒性物质，导致血性腹泻，肾衰竭甚至死亡。

单分子断裂连接装置由两个具有原子级尖锐界面的金属电极组成，这些界面在感兴趣的液体溶液中接触，例如含有来自大肠杆菌的RNA序列的溶液。当电极接触并拉开时，施加电偏压并测量电流。该过程重复数百次或数千次以确定单个分子的电导。

“我们问过的一个问题是，为了引起电导率的有意义的变化，需要多少次序列变化?”希哈思说。“我们可以改变的最小的东西是单基，所以我们决定看看是否可以测量单碱基变化。”

通过用化学连接体测试与DNA结合的短序列RNA，研究小组检查了可产生志贺毒素的大肠杆菌序列。他们的研究结果表明，可以测量由单碱基变化引起的RNA电阻的变化，这样他们不仅可以看到序列是大肠杆菌，还能看到产生志贺毒素的大肠杆菌特异菌株。 。

“能够选择性识别DNA或RNA短序列的系统为开发适用于各种应用的电子传感器平台开辟了新的途径，”他补充道。“最终，我们希望能够从真实生物体中提取RNA样本，并在传感平台上测量它们的电导率。”

这项工作部分得到了国家科学基金会的支持。

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