Исследователи из Гарвардской школы инженерных и прикладных наук имени Джона А. Полсона (Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences) разработали сверхчувствительный калориметр — прибор для измерения тепла, которое живые клетки выделяют во время роста и обмена веществ.
Работа опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Тепло как прямой признак жизни клетки
Когда клетки растут, делятся или реагируют на лекарства, они выделяют очень небольшое количество тепла. Обычно такие сигналы слишком слабы, чтобы их можно было измерить напрямую.
Новый пикокалориметр способен фиксировать тепловые сигналы порядка 100 пиковатт. Пиковатт — это одна триллионная ватта. Такая чувствительность позволяет наблюдать за метаболизмом, то есть обменом веществ, у очень малых групп бактерий в режиме реального времени.
Как работает устройство
Прибор состоит из трех микроскопических стеклянных капилляров, закрепленных на очень тонкой мембране. В одном капилляре находится биологический образец в питательной среде, а два других служат для сравнения.
Когда бактерии растут и потребляют питательные вещества, они выделяют тепло. Прибор улавливает крошечную разницу температур между капилляром с образцом и контрольными капиллярами.
По словам Йоста Влассака (Joost Vlassak), тепло является прямым показателем клеточного метаболизма: по тепловому сигналу можно видеть, как клетки растут и реагируют на условия среды.
Проверка на бактериях и антибиотиках
Ученые испытали устройство на бактериях Escherichia coli, начав всего с 30–40 клеток.
Затем исследователи проверили, может ли прибор показывать реакцию бактерий на антибиотики. Они изучили действие хлорамфеникола, рифампицина и ампициллина — препаратов с разными механизмами действия.
Сравнение тепловых сигналов до и после добавления антибиотиков показало, что устройство может быстро фиксировать изменения метаболической активности бактерий. Это важно, потому что стандартные методы часто требуют ожидания, пока бактерии вырастут в большие колонии.
Возможное применение при сепсисе
Авторы считают, что технология может быть полезна при тяжелых инфекциях, включая сепсис — опасное состояние, при котором инфекция вызывает системную воспалительную реакцию и может привести к нарушению работы органов.
У пациентов с сепсисом в крови иногда присутствует очень мало бактерий. Высокая чувствительность пикокалориметра теоретически может позволить оценивать активность микробов и их ответ на лекарства за несколько часов, а не за несколько дней.
Цзюаньцзюань Чжэн (Juanjuan Zheng) отметила, что новая платформа позволяет наблюдать жизнеспособность клеток, скорость роста и ответ на лечение без специальных меток и дополнительных красителей.
Ранее исследователи также сообщали о новых способах борьбы с устойчивыми бактериями: например, бактериофаги могут стать альтернативой антибиотикам при устойчивых инфекциях.
Литература
Zheng J., et al. A pico-calorimeter for cellular metabolism and antimicrobial susceptibility testing // Proceedings of the National Academy of Sciences. 2026. DOI: 10.1073/pnas.2603171123.
Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences. A pico-calorimeter for cellular metabolism and antimicrobial susceptibility testing. 2026.