Как спрей на основе пептидов может решить проблему порчи мяса
Ученые Университета Отаго разрабатывают спрей на основе пептидов — крошечных белковых молекул организма — чтобы помочь мясной промышленности бороться с бактериальным загрязнением и порчей.
Липкое, скользкое покрытие с неприятным запахом на мясе — явный признак истечения срока годности. Это не просто сигнал выбросить продукт, а сложная бактериальная защитная система — биопленка, которую изучают ученые.
Биопленки — это плотная матрица микробных клеток, которую бактериальные сообщества создают, чтобы защититься от угроз (жары, холода, воды). Закрепившись на поверхности, например, на стейке в холодильнике, бактерии начинают разлагать его, потребляя питательные вещества, что приводит к порче.
По словам микробиолога доцента Дэниела Плетцера, биопленки — это естественный способ защиты бактерий. Они становятся проблемой, когда речь идет о патогенах. Поскольку биопленки эффективно блокируют обычные моющие средства и антибиотики, команда исследует другой подход с использованием пептидов.
Пептиды — это короткие цепочки аминокислот, "меньшие и более подвижные кузены" белков. Они действуют как посредники в организме. "Как только мы сталкиваемся с вирусом или бактерией, первое, что делает наш организм, — вырабатывает функциональные пептиды для борьбы с ними", — говорит Плетцер.
"Умный спрей" для красного мяса?
Обсудив с коллегой, доктором Сэмом Уорделлом, как применить науку на практике, ученые сосредоточились на проблемах новозеландского агросектора, в частности мясной промышленности. Продукция из красного мяса составляет около 15% экспортных доходов Новой Зеландии. Ежегодно менее 1% этой продукции бракуется из-за порчи или загрязнения, но это все равно десятки миллионов долларов убытков.
Текущие методы обработки включают энергоемкую мойку туш горячей водой или слабые химические растворы, которые не принимаются на некоторых зарубежных рынках. Предлагаемое решение — спрей на основе пептидов для обработки мяса на производстве.
В рамках трехлетней программы, получившей грант в $1 млн, команда исследует пептиды врожденного иммунитета (host defense peptides, HDPs). С помощью искусственного интеллекта и вычислительных алгоритмов они проанализировали генетические данные крупного рогатого скота и овец, сузив поиск с тысяч вариантов до примерно 400 кандидатов. Эти пептиды теперь синтезируются для лабораторных испытаний.
Кандидаты проверяются на распространенные бактерии, вызывающие порчу, такие как E. coli и Listeria, а также на "хорошие" бактерии, например, Lactobacillus. Цель — найти пептид(ы), которые будут воздействовать на бактерии, образующие биопленки, не вредя полезным микроорганизмам.
В случае успеха технология может найти применение не только в мясной промышленности, но и, например, для обработки сельскохозяйственного оборудования или медицинских устройств, а также поможет сократить использование химических чистящих средств и антибиотиков широкого спектра действия.
Сила пептидов
В недавнем исследовании, опубликованном в npj Biofilms and Microbiomes, команда показала, что в комбинации с определенным пептидом мощный антибиотик колистин смог воздействовать на бактерии, которые обычно ему не поддаются. Это открывает возможность использования пептидов для борьбы с устойчивыми бактериями и снижения необходимых доз антибиотиков.
Ученые также ищут пептиды с иммуномодулирующей активностью, которые могут усиливать собственный иммунный ответ организма, а не убивать бактерии напрямую.
Одно из многообещающих свойств пептидов — к ним у бактерий, по-видимому, медленнее развивается устойчивость, чем к традиционным антибиотикам. Многие антимикробные пептиды имеют положительный заряд, который притягивает их к отрицательно заряженной клеточной мембране бактерий, что приводит к ее разрушению. Другие проникают внутрь и нарушают внутренние функции, например, репликацию ДНК.
"У антибиотиков традиционно одна мишень в бактерии, тогда как пептидам все равно, активны бактерии или нет — им нужно лишь их присутствие", — объясняет Плетцер.
Ученые подчеркивают, что не претендуют на создание панацеи от устойчивости к антибиотикам. "Речь скорее о том, чтобы узнать, как эти пептиды можно использовать для усиления существующих антибактериальных средств".
Конечная цель лаборатории — найти способ выиграть длительную игру против проблемных микроорганизмов. "Мы не обещаем новое лекарство, которое убьет все мультирезистентные патогены, — мы просто пытаемся найти способ задержать их", — говорит Плетцер.