Piezoelectric biosensor with dissipation monitoring enables the analysis of bacterial lytic agent activity

OBOŘILOVÁ, Radka; Eliška KUČEROVÁ; Tibor BOTKA; Hana VAISOCHEROVÁ-LÍSALOVÁ; Petr SKLÁDAL a Zdeněk FARKA. Piezoelectric biosensor with dissipation monitoring enables the analysis of bacterial lytic agent activity. Scientific Reports. Springer Nature, 2025, roč. 15, January, s. 1-13. ISSN 2045-2322. Dostupné z: https://doi.org/10.1038/s41598-024-85064-x.

Základní údaje

Originální název

Piezoelectric biosensor with dissipation monitoring enables the analysis of bacterial lytic agent activity

Autoři

OBOŘILOVÁ, Radka; Eliška KUČEROVÁ; Tibor BOTKA; Hana VAISOCHEROVÁ-LÍSALOVÁ; Petr SKLÁDAL a Zdeněk FARKA

Vydání

Scientific Reports, Springer Nature, 2025, 2045-2322

---

Další údaje

Jazyk

angličtina

Typ výsledku

Článek v odborném periodiku

Obor

10606 Microbiology

Stát vydavatele

Německo

Utajení

není předmětem státního či obchodního tajemství

Odkazy

URL

Impakt faktor

Impact factor: 3.900 v roce 2024

Označené pro přenos do RIV

Ano

Organizační jednotka

Přírodovědecká fakulta

DOI

https://doi.org/10.1038/s41598-024-85064-x

UT WoS

001408607300003

EID Scopus

2-s2.0-85217189270

Klíčová slova anglicky

Piezoelectric biosensor; Antimicrobial treatment; Phage therapy; Phage-antibiotic synergy; Multidrug-resistant bacteria; Staphylococcus aureus

Štítky

14313050, 14314010, CF NANO, NIVB_PřF, rivok

Příznaky

Mezinárodní význam, Recenzováno

---

Anotace

V originále

Antibiotic-resistant strains of Staphylococcus aureus pose a significant threat in healthcare, demanding urgent therapeutic solutions. Combining bacteriophages with conventional antibiotics, an innovative approach termed phage-antibiotic synergy, presents a promising treatment avenue. However, to enable new treatment strategies, there is a pressing need for methods to assess their efficacy reliably and rapidly. Here, we introduce a novel approach for real-time monitoring of pathogen lysis dynamics employing the piezoelectric quartz crystal microbalance (QCM) with dissipation (QCM-D) technique. The sensor, a QCM chip modified with the bacterium S. aureus RN4220 ΔtarM, was utilized to monitor the activity of the enzyme lysostaphin and the phage P68 as model lytic agents. Unlike conventional QCM solely measuring resonance frequency changes, our study demonstrates that dissipation monitoring enables differentiation of bacterial growth and lysis caused by cell-attached lytic agents. Compared to reference turbidimetry measurements, our results reveal distinct alterations in the growth curve of the bacteria adhered to the sensor, characterized by a delayed lag phase. Furthermore, the dissipation signal analysis facilitated the precise real-time monitoring of phage-mediated lysis. Finally, the QCM-D biosensor was employed to evaluate the synergistic effect of subinhibitory concentrations of the antibiotic amoxicillin with the bacteriophage P68, enabling monitoring of the lysis of P68-resistant wild-type strain S. aureus RN4220. Our findings suggest that this synergy also impedes the formation of bacterial aggregates, the precursors of biofilm formation. Overall, this method brings new insights into phage-antibiotic synergy, underpinning it as a promising strategy against antibiotic-resistant bacterial strains with broad implications for treatment and prevention.

---

Návaznosti

EF18_046/0015974, projekt VaV	Název: Modernizace České infrastruktury pro integrativní strukturní biologii
EH22_008/0004596, projekt VaV	Název: Senzory a detektory pro informační společnost budoucnosti
FW10010112, projekt VaV	Název: Kombinovaná fágová terapie pro podporu léčby chronických respiračních onemocnění. Investor: Technologická agentura ČR, Kombinovaná fágová terapie pro podporu léčby chronických respiračních onemocnění
LM2023042, projekt VaV	Název: Česká infrastruktura pro integrativní strukturní biologii Investor: Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy ČR, CIISB - Česká infrastruktura pro integrativní strukturní biologii
LX22NPO5103, projekt VaV	Název: Národní institut virologie a bakteriologie (Akronym: NIVB) Investor: Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy ČR, Národní institut virologie a bakteriologie, 5.1 EXCELES
MUNI/A/1684/2024, interní kód MU	Název: Podpora biochemického výzkumu v roce 2025 Investor: Masarykova univerzita, Podpora biochemického výzkumu v roce 2025
MUNI/G/1125/2022, interní kód MU	Název: Machine Learning in Nanomaterial Biocompatibility Assessment Investor: Masarykova univerzita, Machine Learning in Nanomaterial Biocompatibility Assessment, INTERDISCIPLINARY - Mezioborové výzkumné projekty
NU21J-05-00035, projekt VaV	Název: Synergie lytických bakteriofágů a antibiotik v léčbě povrchových infekcí způsobených Staphylococcus aureus (Akronym: PAS-based therapy of S. aureus infections) Investor: Ministerstvo zdravotnictví ČR, Synergy of lytic bacteriophages and antibiotics in the therapy of topical infections of Staphylococcus aureus, Podprogram 2 - juniorský - výzkumníci do 35 let

Přiložené soubory

2471783.pdf