Bacillus anthracis, бактерия, вызывающая сибирскую язву, обычно встречается в почвах по всему миру и может вызывать серьезные, а часто и смертельные заболевания как у людей, так и у животных. Бактерии могут выживать в суровых условиях десятилетиями. У людей воздействие B. anthracis может возникнуть при контакте с кожей, вдыхании спор или употреблении зараженного мяса.
Исследование Мелиссы Финли в рамках Международной программы снижения биологической угрозы Sandia послужило вдохновением для создания детектора, который в настоящее время носит название BaDx (Bacillus anthracisDiagnostic). Финли работает с ветеринарными лабораториями в менее развитых странах, помогая им повысить безопасность, надежность и эффективность диагностики инфекционных заболеваний.
Делаем лаборатории эффективнее, безопаснее и безопаснее
"Работа с опасными образцами, такими как B. споры сибирской язвы подвергают опасности сотрудников лаборатории. "Сосредоточение большого количества положительных образцов в лаборатории также может соблазнить кого-то украсть положительные образцы сибирской язвы для гнусных целей", — сказал Финли.
В настоящее время образцы должны быть размножены в лаборатории, где используются специализированные инструменты, требующие постоянного источника питания, не всегда доступного в развивающихся странах, сказал Финли.
Но еще один большой барьер — это стоимость.
"Фермеры во многих развивающихся странах не зарабатывают много денег, поэтому они не часто платят за диагностические тесты. Когда они это сделают, они не могут позволить себе много за это платить ", — сказал Финли.
По словам Финли, наиболее распространенный диагностический тест на сибирскую язву стоит около 30 долларов, что недоступно для многих фермеров, что, возможно, отговаривает их от тестирования животных, которых они подозревают как инфицированные. Новое устройство, которое больше похоже на карманную лабораторию, может стоить около 5-7 долларов и не требует специальных инструментов для использования.
Последствия отказа от тестирования животных с подозрением на сибирскую язву — жизнь и смерть.
"Потому что B. anthracis образует споры при воздействии кислорода, убой или вскрытие туши инфицированного животного подвергает риску многих людей », — сказал Финли.
Сложный и чувствительный, но простой в эксплуатации
Для работы устройству не требуется аккумулятор или электричество. Он устойчив к большим колебаниям температуры и может обнаруживать очень небольшое количество B. споры сибирской язвы.
Это могло бы сделать его особенно полезным в тех частях мира, где распространена сибирская язва, но не хватает холодильных и лабораторных помещений.
Устройство может использоваться обученным специалистом в полевых условиях. Техник помещал тампон с образцом в камеру амплификации, которая содержит селективную среду для выращивания.
Затем устройство использует анализ бокового кровотока, аналогичный обычному тесту на беременность, для обнаружения B. антрацис. Клапаны с магнитным приводом позволяют пробе переходить от этапа к этапу для завершения процесса тестирования.
Через несколько часов на приборе появится цветная линия, если тест на бактерии положительный.
После тестирования технический специалист может инициировать химический процесс, который стерилизует устройство, что позволяет избежать риска накопления положительных образцов и попадания в чужие руки. В дополнение к процессу стерилизации, устройство герметично закрыто, что затрудняет извлечение живых бактерий.
"Устройство усиливает B. anthracis, поэтому он может обнаруживать всего 100 спор вместо обычных 1-10 миллионов, необходимых для обнаружения », — говорит инженер-разработчик Джейсон Харпер.
Харпер и инженер Тейн Эдвардс разработали микрожидкостную платформу с запатентованными магнитными клапанами, которые перемещают образец в процессе тестирования.
Ведущий биолог Брайан Карсон вместе с технологами Джеки Мертон и Брайс Рикен разработали селективные среды, работали над созданием и тестированием устройства, а также помогали разработать стратегию обеззараживания.
Исследователи в области нанотехнологий Джордж Бачанд и Аманда Кэрролл-Портильо работают над улучшенными полосками для анализа бокового потока.
Билл Арндт, исследователь Международной программы снижения биологической угрозы, который регулярно работает в развивающихся странах, дал рекомендации по проектированию устройств.
Устройство было протестировано Джули Ловчик из отделения внутренней медицины Университета Нью-Мексико с использованием вирулентных штаммов B. антрацис. Тестирование в Сандиа проводилось с использованием не вызывающих заболевание штаммов бактерий.
Sandia передала лицензию BaDx Aquila, малому бизнесу в Нью-Мексико, который специализируется на разработке и производстве технологий и услуг для обеспечения ядерной безопасности и международных гарантий.
«Мы видим большой потенциал для государственных заказчиков и неправительственных организаций, а также для коммерческих рынков», — сказал Маркку Коскело, главный научный сотрудник Aquila.
Команда надеется использовать базовую конструкцию устройства для разработки тестов на другие типы болезнетворных бактерий, таких как сальмонелла и стрептококк группы А, вызывающий стрептококк в горле. В будущем могут быть созданы устройства для обнаружения инфекционных заболеваний у людей и предотвращения распространения инфекционных заболеваний во время эпидемий.