Identification of Antibiotic Resistance in ESKAPE Pathogens through Plasmonic Nanosensors and Machine Learning

纳米传感器 抗生素耐药性 等离子体子 抗生素 鉴定(生物学) 表面等离子共振 纳米技术 微生物学 材料科学 纳米颗粒 生物 光电子学 植物
作者
Ting Yu,Ying Fu,Jintao He,Jun Zhang,Yunlei Xianyu
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:17 (5): 4551-4563 被引量:16
标识
DOI:10.1021/acsnano.2c10584
摘要

Antibiotic-resistant ESKAPE pathogens cause nosocomial infections that lead to huge morbidity and mortality worldwide. Rapid identification of antibiotic resistance is vital for the prevention and control of nosocomial infections. However, current techniques like genotype identification and antibiotic susceptibility testing are generally time-consuming and require large-scale equipment. Herein, we develop a rapid, facile, and sensitive technique to determine the antibiotic resistance phenotype among ESKAPE pathogens through plasmonic nanosensors and machine learning. Key to this technique is the plasmonic sensor array that contains gold nanoparticles functionalized with peptides differing in hydrophobicity and surface charge. The plasmonic nanosensors can interact with pathogens to generate bacterial fingerprints that alter the surface plasmon resonance (SPR) spectra of nanoparticles. In combination with machine learning, it enables the identification of antibiotic resistance among 12 ESKAPE pathogens in less than 20 min with an overall accuracy of 89.74%. This machine-learning-based approach allows for the identification of antibiotic-resistant pathogens from patients and holds great promise as a clinical tool for biomedical diagnosis.
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