Bekæmpelse af listeria og andre fødevarebårne sygdomme med nanobioteknologi

Ingeniørforskere ved Rensselaer Polytechnic Institute har udviklet en ny metode til at dræbe dødelige patogene bakterier, herunder listeria, inden for håndtering og emballering af fødevarer. Denne innovation repræsenterer et alternativ til brug af antibiotika eller kemisk dekontaminering i fødevareforsyningssystemer.

Brug naturen som deres inspiration, forskerne har med succes knyttet cellelytiske enzymer til fødevaresikre silica-nanopartikler, og skabte en belægning med den demonstrerede evne til selektivt at dræbe listeria - en farlig fødevarebåren bakterie, der hvert år forårsager anslået 500 dødsfald i USA. Belægningen dræber listeria ved kontakt, selv ved høje koncentrationer, inden for få minutter uden at påvirke andre bakterier. De lytiske enzymer kan også bindes til stivelsesnanopartikler, der almindeligvis bruges i fødevareemballage.

Denne nye metode er modulær, og ved at bruge forskellige lytiske enzymer, kunne konstrueres til at skabe overflader, der selektivt retter sig mod andre dødelige bakterier, såsom miltbrand, sagde Jonathan Dordick, vicepræsident for forskning og Howard P. Isermann -professor ved Rensselaer, der hjalp med at lede undersøgelsen.

Denne forskning, som kombinerede ekspertise fra kemiske ingeniører og materialeforskere, fandt sted i Rensselaer Center for Bioteknologi og Tværfaglige Studier og Rensselaer Nanoskala Science and Engineering Center for Directed Assembly of Nanostructures. I samarbejde med Dordick var Rensselaer -kollegerne Ravi Kane, P.K. Lashmet professor i kemisk og biologisk teknik, og Linda Schadler, Russell Sage Professor og lektor dekan for akademiske anliggender for Rensselaer School of Engineering.

"I dette studie, vi har identificeret en ny strategi til selektivt at dræbe bestemte typer bakterier. Stabile enzymbaserede belægninger eller spray kan bruges i fødevareforsyningsinfrastrukturen-fra plukudstyr til emballage til klargøring-til at dræbe listeria, før nogen har en chance for at blive syg af det, "Kane sagde." Det mest spændende er, at vi kan tilpasse denne teknologi til alle forskellige former for skadelige eller dødelige bakterier. "

Resultaterne af undersøgelsen er detaljeret i papiret "Enzymbaserede listericidale nanokompositter, "offentliggjort i dag i tidsskriftet Videnskabelige rapporter fra Nature Publishing Group.

Denne seneste undersøgelse bygger på forskergruppens succes i 2010 med at skabe en belægning til at dræbe methicillinresistent Staphylococcus aureus (MRSA), bakterierne, der er ansvarlige for antibiotikaresistente infektioner. Mens den tidligere belægning var beregnet til brug på kirurgisk udstyr og hospitalsvægge, udviklingen af ​​en listeria-dræbende belægning havde den ekstra udfordring at skulle være fødevaresikker.

Dordick og forskergruppen fandt deres svar i lytiske enzymer. Vira, der påvirker bakterier, kaldet fager, injicere deres arvemateriale i raske celler. Fagen overtager en sund celle, og omdanner faktisk værtscellen til en lille fabrik, der skaber flere fager. Ved slutningen af ​​sin livscyklus, den originale fag opretter og frigiver lytiske enzymer, som nedbrydes og danner huller i cellevægge af de inficerede bakterier. De fremstillede fager flygter gennem disse huller og fortsætter med at inficere andre sunde celler.

Naturen brugte lytiske enzymer til at bryde ud af bakterieceller, Dordick sagde, og forskerne arbejdede i årevis med at udnytte de samme lytiske enzymer til at bryde ind i bakterier som MRSA og listeria.

For at stabilisere de listeria-dræbende lytiske enzymer, kaldet Ply500, forskerne knyttet dem til U.S. Food and Drug Administration-godkendte silica nanopartikler for at skabe en ultratynd film. Forskerne brugte også maltosebindende protein til at vedhæfte Ply500 til spiselige stivelsesnanopartikler, der almindeligvis bruges i fødevareemballage. Begge Ply500 -formuleringer var effektive til at dræbe alle listeria inden for 24 timer ved koncentrationer så høje som 100, 000 bakterier pr. Milliliter - en betydeligt højere koncentration end normalt i fødevareforureningssituationer.

"Stivelse er en billig, spiseligt materiale sprøjtes ofte ind i emballagen som et pulverlag på kødprodukt. Vi udnyttede den naturlige affinitet af et maltosebindende protein smeltet til Ply500, og biologisk bundet Ply500 til stivelse som et ikke-antibiotikum, ikke-kemisk middel til at reducere truslen om listeria til vores fødevareforsyning, "Sagde Schadler.

Ser frem til, forskergruppen planlægger at fortsætte med at undersøge nye metoder til at udnytte lytiske enzymers magt til selektivt at dræbe skadelige bakterier.