Более светлое будущее для детекции бактерий
Проблема контаминации пищевых продуктов патогенными бактериями, такими как Listeria, E. coli и Salmonella, часто связана с неэффективными методами их обнаружения в пищевой промышленности. Эти методы могут быть недостаточно точными или быстрыми — иногда на выявление уходит несколько дней.
Стартап Sample6, основанный Тимоти Лу, коммерциализирует платформу для анализа, которая «подсвечивает» патогенные бактерии для быстрого обнаружения, даже если клеток всего несколько.
Платформа Bioillumination
В основе технологии лежат бактериофаги (фаги) — биологические частицы, поражающие только бактерии. В данном случае фаги сконструированы так, чтобы вводить в патогенные бактерии (в частности, Listeria) фермент, который заставляет бактерии ярко светиться.
Использование коммерческого анализа (Bioillumination Platform) просто: работники завода берут пробы с помощью губки, ждут, пока фаги выполнят свою работу, и помещают образец в аппарат, детектирующий свечение. Результаты заносятся в ПО компании, которое отслеживает контаминированные продукты и анализирует, связаны ли загрязнения с определёнными днями, людьми или поставщиками.
Цель — снизить миллионы заболеваний, вызываемых в США ежегодно контаминированной пищей, а также избежать дорогостоящих отзывов продукции. Простота метода также должна способствовать улучшению санитарных практик.
Быстрота, чувствительность и специфичность
Инновационность анализа заключается в улучшении трёх ключевых аспектов детекции бактерий: специфичности, чувствительности и быстроты. Другие методы (иммуноанализы, культивирование, ПЦР) могут быть эффективны в чём-то одном, но уступать в остальном.
- Специфичность обеспечивается фагами, которые имеют конкретные патогенные мишени (например, фаги против Listeria не атакуют E. coli) и могут отличать патогены от тысяч безвредных бактерий вокруг.
- Высокая чувствительность достигается за счёт модификации производства светящегося фермента, вводимого фагом, что заставляет бактерии светиться очень ярко даже при наличии всего нескольких клеток.
- Быстрота является следствием повышенной специфичности и чувствительности. Анализ пропускает этап амплификации (культивирования), требуемый другими методами, что делает его, по заявлению Sample6, первой в мире «системой диагностики патогенов, не требующей обогащения».
От терапии к диагностике
Изначально технология разрабатывалась как потенциальное терапевтическое средство. Тимоти Лу, будучи студентом MD/PhD, сконструировал фаги, способные разрушать антибиотикорезистентные биоплёнки, заставляя их саморазрушаться.
Столкнувшись с финансовым кризисом и сложностями коммерциализации терапевтиков, основатели компании (тогда Novophage) сменили фокус на диагностику. После поиска применения в различных отраслях они поняли, что пищевая промышленность «отчаянно нуждается в новых технологиях обнаружения», так как многие производители всё ещё использовали традиционные анализы и даже бумажные носители для учёта.
Будущее платформы
Сегодня анализ Sample6 детектирует Listeria и используется только в пищевой промышленности. Однако это платформенная технология.
«Фаги — самые распространённые биологические частицы на Земле. Поскольку они коэволюционировали с бактериями целые эпохи, природа предоставляет богатую базу данных фагов, нацеленных на нужные бактерии. Таким образом, черпая из природы, мы можем адаптировать платформу для других патогенов и применений», — говорит Лу.
Фаги можно модифицировать, например, для разрушения биоплёнок, образующихся и вызывающих коррозию в нефтепроводах, или для обнаружения патогенных бактерий, которые могут «портить» нефть.
Следующее вероятное практическое применение — здравоохранение: клиническая диагностика или быстрое обнаружение контаминации в больничных палатах с целью снижения 1.7 млн случаев внутрибольничных инфекций, регистрируемых в США ежегодно.
В долгосрочной перспективе цель — сделать диагностику более доступной для широкой публики, возможно, создав домашние диагностические системы.
«В основе я вижу в этом анализе инструмент для множества других применений. В конечном счёте мы хотим демократизировать использование синтетической биологии в реальном мире», — заключает Лу.