Ученые Пензенского государственного университета (ПГУ) запатентовали способ определения возбудителей инфекций при помощи тензиометрии — измерении поверхностного натяжения жидкости. Разработка позволяет выявить патогенный микроорганизм быстрее бактериологического метода, при этом процедура безопасна для медперсонала, сообщили ТАСС в пресс-службе Минобрнауки РФ.
© ТАСС
В медицинской практике наиболее часто используют бактериологический метод лабораторной диагностики инфекционных процессов, когда биоматериал инкубируют в питательной среде и ожидают роста колоний. Применяют также биохимический метод, когда возбудителя выявляют за счет определения ферментов микроорганизма, и биологический метод, предполагающий заражение лабораторных животных исследуемым материалом. Однако большинство этих методов требуют специально оборудованной лаборатории и времени для их проведения.
"Ученые Медицинского института ПГУ совместно с медиками пензенских больниц предложили способ идентификации патогенных и условно-патогенных микроорганизмов в разных областях медицины — хирургии, терапии, гинекологии и других. Метод основан на тензиометрии — измерении поверхностного натяжения жидкости. Исследователи измеряют показатели поверхностного натяжения раствора, содержащего инактивированные продукты жизнедеятельности и лизат микроорганизмов, и сравнивают их с ранее полученными значениями для известных видов микробов. Инактивированные продукты жизнедеятельности и лизат — это метаболиты, вырабатываемые микроорганизмами, а также остатки их клеточных структур после гибели, такие препараты не содержат живых бактерий", — говорится в сообщении.
Как пояснила один из разработчиков метода, кандидат медицинских наук, доцент кафедры "Хирургия" ПГУ Елена Феоктистова, в состав микроорганизмов входят различные низко- и высокомолекулярные поверхностно-активные вещества (ПАВ).
"Каждый вид микроорганизма продуцирует свой уникальный набор ПАВ. Это и формирует видоспецифичный тензиометрический профиль — характерную кривую изменения поверхностного натяжения. Именно эта видоспецифичность и лежит в основе нашего метода", — рассказала Феоктистова.
Перед разработкой способа исследователи совместно с сотрудниками лаборатории Пензенского областного клинического центра специализированных видов медицинской помощи создали эталонную базу с музейными культурами бактерий — чистыми, идентифицированными и охарактеризованными штаммами из специализированных коллекций. Специалисты исследовали величины динамического поверхностного натяжения 48 образцов музейных культур по 16 проб каждая: Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Enterococcus faecalis. Для каждого микроорганизма создали модель, загруженную в специально разработанную программу со встроенной нейронной сетью, эти модели стали эталонными числовыми значениями показателей поверхностного натяжения. Опытным путем доказано, что именно они оптимальны для чувствительной и специфической идентификации разных видов микроорганизмов.
Выявление возбудителя
Процедура анализа по предложенному способу проходит в несколько этапов. Cтерильным ватным тампоном лаборант набирает биоматериал и помещает его в пробирку с 5 мл свежеприготовленного мясопептонного бульона. Пробирку выдерживают в термостате при температуре 37 градусов Цельсия в течение 18-48 часов в аэробной атмосфере при влажности 80%.
На следующем этапе пробирку помещают в автоклав на 20 минут при температуре 132 градуса Цельсия, где микроорганизм полностью деактивируется, остаются только продукты его распада, лизат. Риск заражения персонала после этого этапа равен нулю. Затем пробирки центрифугируют в течение 5 минут при 3 тыс. оборотов в минуту: на дне образуется осадок, а надосадочная жидкость становится однородной субстанцией для дальнейшего анализа. Полученную жидкость набирают в капилляр и помещают в камеру тензиометра. На выходе из капилляра с помощью автоматического шприца системы навешивают каплю, и величина поверхностного натяжения как функция времени измеряется по форме капли.
"Дальше все делает техника. Аналоговый сигнал от видеокамеры поступает в видеопроцессор, где трансформируется в цифровой, и полученные данные анализируются компьютером", — добавила Феоктистова.
Всего 100 секунд достаточно для определения вида микроорганизма в пробе. На экране компьютера появляются числовые значения показателей поверхностного натяжения и графическое изображение, которые сопоставляют с эталонными моделями.
Клинические исследования
Медики и ученые ПГУ провели клинические исследования, проверили около 30 проб биологических материалов пациентов с различными патологиями: абсцессы различных локализаций, нагноение послеоперационной раны, гнойные инфицированные раны.
"Достоверность заявленного способа идентификации доказана в лабораторных и клинических условиях. Вид микроорганизмов в 100% случаев подтвержден традиционным бактериологическим методом", — констатировала результат Феоктистова.
Для определения вида микроорганизма предложенным способом не требуется высокоспециализированный персонал. Идентификация выполняется нейросетью автоматически, без субъективной оценки, что исключает человеческий фактор.
"С новым способом врач может начать специфическую терапию значительно раньше, чем при традиционном бактериологическом исследовании", — уверена Феоктистова.
