Nanomechanical detection of antibiotic–mucopeptide binding in a model for superbug drug resistance

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作者
Joseph W. Ndieyira,Moyu Watari,Alejandra Donoso Barrera,Dejian Zhou,Manuel Vögtli,Matthew Batchelor,Matthew A. Cooper,Torsten Strunz,M.A. Horton,Chris Abell,Trevor Rayment,G. Aeppli,Rachel A. McKendry
出处
期刊:Nature Nanotechnology [Nature Portfolio]
卷期号:3 (11): 691-696 被引量:198
标识
DOI:10.1038/nnano.2008.275
摘要

The alarming growth of the antibiotic-resistant superbugs methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) and vancomycin-resistant Enterococcus (VRE) is driving the development of new technologies to investigate antibiotics and their modes of action. We report the label-free detection of vancomycin binding to bacterial cell wall precursor analogues (mucopeptides) on cantilever arrays, with 10 nM sensitivity and at clinically relevant concentrations in blood serum. Differential measurements have quantified binding constants for vancomycin-sensitive and vancomycin-resistant mucopeptide analogues. Moreover, by systematically modifying the mucopeptide density we gain new insights into the origin of surface stress. We propose that stress is a product of a local chemical binding factor and a geometrical factor describing the mechanical connectivity of regions activated by local binding in terms of a percolation process. Our findings place BioMEMS devices in a new class of percolative systems. The percolation concept will underpin the design of devices and coatings to significantly lower the drug detection limit and may also have an impact on our understanding of antibiotic drug action in bacteria. The alarming growth of the antibiotic-resistant superbugs has created a demand for sensors that can investigate antibiotics and their modes of action. The label-free detection of the antibiotic vancomycin binding to mucopeptides on cantilever arrays, with 10 nM sensitivity and at clinically relevant concentrations in blood serum, could lead to improved biosensors and a better understanding of antibiotic drug action in bacteria.
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