Новое исследование раскрывает механизм гибели Salmonella при умеренных температурах

Тепловая обработка — самый экономичный способ уничтожения бактерий, вызывающих распространенные пищевые отравления, часто связанные с Salmonella enterica. Однако механизмы, приводящие к гибели сальмонеллы при умеренных температурах, до сих пор были не до конца понятны.

Используя разработанные ею датчики на основе микрокапель, Аида Эбрахими, доцент кафедры электротехники в Университете штата Пенсильвания, определила, что умеренный тепловой стресс при температурах около 120°F (~49°C) повреждает клеточную стенку бактерий, не разрывая её.

Гипотеза и эксперимент

Исследователи предположили, что гибель сальмонеллы может быть вызвана утечкой веществ через клеточную стенку. При нагревании липиды, из которых состоит стенка, начинают вибрировать, что ослабляет её и позволяет малым молекулам вытекать наружу. Поскольку эти молекулы в основном ионные, это должно было изменить электропроводность среды.

Для проверки гипотезы команда создала сенсор, чувствительный к изменениям электропроводности питательной среды. По мере потери целостности клеточной стенки заряженные молекулы выбрасывались из клеток в раствор, что и фиксировалось датчиком.

Результаты и модель

Эксперименты проводились как с диким типом сальмонеллы, так и с термоустойчивым штаммом. Данные по электропроводности коррелировали с результатами флуоресцентных измерений и стандартных микробиологических протоколов. Модифицированным, термоустойчивым бактериям требовалась более высокая энергия для того, чтобы их мембраны стали проницаемыми для утечки малых молекул.

Также изучалось влияние времени и метода нагрева (медленный нагрев или резкий тепловой импульс). Было обнаружено, что импульсный нагрев более эффективен для уничтожения бактерий.

На основе экспериментов авторы, опубликовавшие статью в Biophysical Journal, разработали аналитическую модель, которая связала повреждение мембраны, утечку цитоплазмы и гибель клетки.

Значение для практики

Более глубокое понимание механизмов гибели бактерий при повышенных температурах может потенциально улучшить стратегии безопасности пищевых продуктов и предложить более эффективные способы деактивации бактерий с использованием более короткого времени нагрева при более низких температурах.

«Мы знаем, как высокие температуры убивают бактерии, — говорит Аида Эбрахими. — Но мы хотели выяснить, почему сальмонелла погибает при более низких температурах. Использование более низких температур имеет преимущества, такие как экономия энергии и лучшее сохранение питательных качеств по сравнению с пищей, нагретой до высоких температур. Но что еще важнее, бактерии могут вырабатывать устойчивость к тепловому шоку, поэтому важно знать, как они на него реагируют».