Борьба с листерией и другими пищевыми инфекциями с помощью нанобиотехнологий

Исследователи из Политехнического института Ренсселера разработали новый метод уничтожения смертельно опасных патогенных бактерий, включая листерию, при обработке и упаковке пищевых продуктов. Эта инновация представляет собой альтернативу использованию антибиотиков или химической дезинфекции в системах снабжения продовольствием.

Вдохновляясь природой, исследователи успешно присоединили клеточные литические ферменты к безопасным для пищи наночастицам диоксида кремния (silica), создав покрытие, способное избирательно убивать листерию. Это опасная пищевая бактерия, вызывающая около 500 смертей ежегодно в США. Покрытие убивает листерию при контакте за несколько минут даже при высоких концентрациях, не затрагивая другие бактерии. Литические ферменты также можно присоединять к крахмальным наночастицам, обычно используемым в пищевой упаковке.

Этот модульный метод, с использованием других литических ферментов, можно адаптировать для создания поверхностей, избирательно нацеленных на иные смертоносные бактерии, например, сибирскую язву.

Исследование объединило экспертизу химических инженеров и материаловедов в Центре биотехнологии и междисциплинарных исследований Ренсселера и Центре наноразмерной науки и инженерии по направленной сборке наноструктур.

Новая стратегия для пищевой инфраструктуры

Как отметили авторы, стабильные ферментные покрытия или спреи можно использовать в пищевой инфраструктуре — от оборудования для сбора до упаковки и приготовления — чтобы убить листерию до того, как кто-то успеет заболеть. Технологию можно адаптировать для разных видов вредных бактерий.

Результаты исследования подробно описаны в статье "Enzyme-based Listericidal Nanocomposites", опубликованной в журнале Scientific Reports (Nature Publishing Group).

Развитие предыдущих успехов

Данная работа основана на успехе 2010 года, когда команда создала покрытие для уничтожения метициллин-резистентного Staphylococcus aureus (MRSA). Однако создание убивающего листерию покрытия имело дополнительную сложность — оно должно быть безопасным для пищи.

Решение было найдено в литических ферментах. Бактериофаги (вирусы, поражающие бактерии) в конце жизненного цикла создают и высвобождают литические ферменты, которые разрушают клеточные стенки зараженных бактерий. Исследователи научились использовать эти же ферменты, чтобы "взламывать" бактерии вроде MRSA и листерии.

Стабилизация ферментов

Для стабилизации литических ферментов против листерии (Ply500) их присоединили к одобренным FDA наночастицам диоксида кремния, создав ультратонкую пленку. Также с помощью белка, связывающего мальтозу (maltose binding protein), Ply500 присоединили к съедобным крахмальным наночастицам.

Обе формуляции Ply500 были эффективны в уничтожении в течение 24 часов всей листерии в концентрациях до 100 000 бактерий на миллилитр — что значительно выше концентраций, обычно встречающихся при загрязнении пищи.

Крахмал — недорогой съедобный материал, часто распыляемый в упаковку. Исследователи использовали естественное сродство белка, связанного с Ply500, чтобы биологически присоединить Ply500 к крахмалу в качестве неантибиотического, нехимического средства для снижения угрозы листерии.

В дальнейшем команда планирует продолжить изучение новых методов использования силы литических ферментов для избирательного уничтожения вредных бактерий.