Nano-bio-AI devices-based prediction system for the emergence of super drug-resistant bacteria

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H00329
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 28:Nano/micro science and related fields
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: Baba Yoshinobu 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (30183916)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: スーパー耐性菌 / サーベイランス / オンサイト展開 / マイクロポア / 単一細菌計測 / AI / 細菌種解析 / 薬剤耐性評価

Outline of Final Research Achievements

A surveillance system based on detection and analysis of drug-resistant bacteria is key to predict the emergence of drug-resistant bacteria and analysis a drug-resistant trend. However, conventional methods based on bacterial culture are complicated and time-consuming, thus, an alternative method is desired for detection and analysis of drug-resistant bacteria. Here, we developed a system for analyzing drug-resistant bacteria through electrically measuring single bacteria cells using a micron-sized micropore. The system is capable of analyzing properties of a bacteria cell from a signal that is generated by the passage event of the cell through the micropore. The system utilizes different properties between bacteria species and drug stimulation-induced changes of the properties for discriminating bacteria species and drug resistance, respectively. We demonstrated that the system enabled a comprehensive analysis of bacterial species and drug resistance within 100 minutes.

Free Research Field

ナノバイオサイエンス

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

従来的な薬剤耐性菌解析技術では、細菌集団レベルの測定技術が用いられており、その代表である培養法では、専用装置を用いた長時間培養による細菌種識別と薬剤耐性評価が必要となる。このため、臨床現場での薬剤耐性菌解析は未だ困難であり、オンサイト展開を志向した薬剤耐性菌の迅速解析技術が切望されている。
本研究では、電気的な単一細菌計測を基盤とする可搬型計測システムを開発しており、薬剤刺激のための短時間培養だけで、細菌種と薬剤耐性を迅速に統合解析可能である。本システムは単一細菌計測に基づく薬剤耐性菌サーベイランスを推進可能であり、臨床現場でのスーパー耐性菌出現予測の実現に貢献する。