Forscher am College of Engineering der University of Georgia entwickeln einen neuen Weg, um potenziell tödliche Listeria-Kontaminationen in Lebensmitteln nachzuweisen.
Listeriose, eine Infektion, die durch den Verzehr von Lebensmitteln verursacht wird, die mit dem Bakterium Listeria monocytogenes kontaminiert sind, kann bei Schwangeren, Neugeborenen, älteren Menschen und Menschen mit geschwächtem Immunsystem zu schweren Erkrankungen führen. Listeria ist die dritthäufigste Todesursache durch lebensmittelbedingte Krankheiten oder Lebensmittelvergiftungen in den Vereinigten Staaten. Laut den Centers for Disease Control and Prevention werden jedes Jahr schätzungsweise 1.600 Menschen krank und etwa 260 sterben.
Gegenwärtig wird die Listeria-Kontamination in Lebensmittelprodukten nur durch molekulare Tests identifiziert, die in Diagnoselabors an Proben durchgeführt werden, die an bestimmten Kontrollpunkten während des Herstellungs- und Vertriebsprozesses entnommen werden. Obwohl dieses Verfahren sehr genau ist, erfordert es eine beträchtliche Verarbeitungszeit, den Transport von Proben und teure Fachkräfte und Ausrüstung.
In einer neuen Studie, die in der Zeitschrift der Electrochemical Societystellen UGA-Forscher eine schnelle Diagnosemethode vor, die auf elektrochemischen Biosensorprinzipien basiert. Elektrochemische Biosensoren sind laut den Forschern aufgrund ihrer Benutzerfreundlichkeit, hohen Spezifität, Empfindlichkeit und geringen Kosten vielversprechende Alternativen zu molekularen Nachweismethoden.
Die UGA-Forscher verwenden Bakteriophagen, Viren, die Bakterien infizieren und in ihnen replizieren, als Biorezeptoren, um L. monocytogenes mithilfe eines elektrochemischen Sensors zu identifizieren.
„Bakteriophagen sind Viren, die Bakterien angreifen – sie sind sehr spezifisch und greifen nur ihr Ziel an“, sagten Or Zolti und Baviththira Suganthan, zwei Doktoranden am College of Engineering, die als Hauptautoren der Studie fungierten. „Wir können uns ihre Spezifität zunutze machen und sicherstellen, dass nur L. monocytogenes auf unserem Sensor mit geringer Beeinträchtigung durch biologische Wirkstoffe nachgewiesen wird.“
Sobald die Bakteriophagen die Zielbakterien anziehen, übersetzen sie die biochemischen Informationen in ein elektrisches Signal, das das Vorhandensein einer Kontamination anzeigt.
„Unser Ansatz ist in Bezug auf die Nachweisgrenzen genauso gut, wenn nicht sogar besser als die konkurrierenden Methoden auf dem Markt“, sagte Zolti.
Obwohl die Forscher ihr System nur in einer Laborumgebung getestet haben, planen sie, das bisher Gelernte auf tatsächliche kontaminierte Lebensmittelproben anzuwenden. Bei Erfolg könnten die Forscher ihre Sensoren weiter optimieren, um den praktischen Anforderungen für eine frühe und schnelle Diagnose in der Lebensmittelindustrie gerecht zu werden.
„Unserer Ansicht nach kann dieser Sensor Teil einer Lebensmittelproduktionslinie sein“, sagte Zolti. „Ein Hersteller kann den Sensor als Vorab-Screening-Tool verwenden, um auf Kontamination zu testen.“
Derzeit sendet die Lebensmittelindustrie Proben von Produkten an spezialisierte Labors, die die Proben auf Kontamination testen. Dieser Prozess kann drei Tage bis zwei Wochen dauern, was bedeutet, dass Produkte, die Listerien enthalten, es in die Regale der Lebensmittelgeschäfte schaffen können, bevor das Problem erkannt wird.
„Unser Ansatz wird es Lebensmittelherstellern ermöglichen, Rückrufe zu vermeiden und bakterielle Kontamination innerhalb von Minuten auf ihren Produktionslinien zu finden. Diese Fähigkeit wird auch Leben retten und verhindern, dass kontaminierte Produkte in die Regale der Supermärkte gelangen“, sagte Zolti.
Oder Zolti et al., Electrochemical Biosensor for Rapid Detection of Listeria monocytogenes, Zeitschrift der Electrochemical Society (2022). DOI: 10.1149/1945-7111/ac7a63