利用蝗虫嗅觉神经回路检测细菌生物膜与浮游培养物的挥发性有机化合物差异

《Communications Biology》：Noninvasive detection of bacterial biofilms using an insect olfactory brain-based gas sensor

　　

摘要

细菌会释放挥发性有机化合物（VOCs），这些化合物可以作为疾病检测的目标。生物嗅觉系统嗅觉灵敏，能够在低浓度下检测VOCs，并且天然具备将VOCs混合物分类为气味的能力。在本研究中，我们利用蝗虫（Schistocerca americana）的嗅觉神经回路，通过其气味来区分铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）和金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）的生物膜培养物与浮游培养物。我们在蝗虫的二级嗅觉处理中心（触角叶）进行了体内细胞外神经记录。对于两种细菌，生物膜培养物释放的VOCs引发的尖峰反应与浮游培养物相比具有明显差异。通过分析群体神经反应，我们以高达96%的准确率区分了细菌生物膜与浮游培养物的气味。神经反应在气味呈现的最初几秒内即具有高度判别性，我们的分析基于不到五秒的数据，凸显了该生物传感器在实时生物膜检测方面的潜力。