Die Lieferkette, die Fleisch weltweit auf den Markt bringt, ist hochkomplex und meist sehr effizient. Aber wenn Störungen in einem Teil der Welt zu Transportverzögerungen über einen Ozean und einen Kontinent hinweg führen können, wird der Fleischverderb zu einem sehr realen Risiko für Lebensmittelhersteller, -verkäufer und -verbraucher. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Lebensmittelkontrollprotokolle lasch sind.
Um die Lebensmittelsicherheit zu verbessern, hat eine Gruppe von Concordia-Forschern eine neue, kostengünstige, zuverlässige und verbraucherfreundliche Technologie entwickelt, die das Vorhandensein des Toxins Putrescin in Rindfleisch identifiziert. Wie der Name schon sagt, ist Putrescin für die schädlichen Gerüche von faulendem Fleisch verantwortlich und kann, wenn es in großen Dosen konsumiert wird, Kopfschmerzen, Erbrechen, Durchfall und Herzklopfen verursachen. Es wurde auch mit einem höheren Darmkrebsrisiko in Verbindung gebracht.
In der Fachzeitschrift Applied Bio Materials erklären die Forscher, wie sie den papierbasierten synthetischen Biosensor anhand eines in der Natur vorkommenden Proteins entwickelt haben.
„Die Herstellung eines schnellen, benutzerfreundlichen Biosensors, mit dem Menschen die Qualität der von ihnen verzehrten Lebensmittel überprüfen können, ist ermächtigend“, sagt die Hauptautorin Alaa Selim, MSc 22, die derzeit ihren Ph.D. an der Organisation für Impfstoffe und Infektionskrankheiten der Universität von Saskatchewan. „Wir wollten ein Gerät herstellen, das jeder benutzen kann, das wegwerfbar ist und keine giftigen Materialien enthält.“
Zu ihren Co-Autoren gehören ihr ehemaliger Ph.D. Studentenkollegen am Shih Microfluidics Lab, James Perry, Mohamed Nasr und Jay Pimprikar, sowie Steve Shih, außerordentlicher Professor für Elektrotechnik und Computertechnik.
Die Ergebnisse verbessern sich mit der Zeit
Die Technik hinter dem Sensor beruht auf zellfreier Proteinsynthese, bei der ein Protein mithilfe der biologischen Maschinerie einer Zelle hergestellt wird, ohne die lebende Zelle tatsächlich zu verwenden. Die Forscher fanden heraus, dass das Putrescin-Repressorprotein PuuR, das in E.coli-Bakterien vorkommt, verwendet werden könnte, um das Vorhandensein von Putrescin anzuzeigen.
In einem Labortest wurde Putrescin dem zellfreien System hinzugefügt, das den Repressor in einer Lösung produzierte, und auf ein Papiergerät gelegt, um zu sehen, ob die Forscher das Vorhandensein von Putrescin unter UV-Licht visuell sehen konnten. Nach einer Stunde stellten die Forscher fest, dass der Biosensor das Vorhandensein von Putrescin erkannte; Nach vier Stunden waren sie zuversichtlich, dass ihre Messwerte sehr genau waren.
Dann testeten sie echte Fleischproben. Kleine Rindfleischstücke, die in einem Gefrierschrank, in einem Kühlschrank und bei Raumtemperatur aufbewahrt wurden, wurden verglichen, um zu sehen, wie viel Putrescin sich über mehrere Tage angesammelt hat.
Wie erwartet hatten die Proben aus dem Gefrierschrank und dem Kühlschrank sehr niedrige Putrescinwerte, während die bei Raumtemperatur aufbewahrten ziemlich hohe Werte aufwiesen – genug, um jeden, der es essen könnte, krank zu machen. Sie verglichen die Ergebnisse ihres Biosensors mit denen einer High-Tech-Chromatographie, die in der Lebensmittelkontrolle verwendet wird, und stellten fest, dass ihre Ergebnisse etwas korrelierten.
Eine grundlegende Technologie
Obwohl eine voll funktionsfähige, kommerziell erhältliche Version des Biosensors in absehbarer Zeit nicht verfügbar sein wird, sind die Forscher hinsichtlich seines Potenzials optimistisch.
„Wir glauben, dass unsere Arbeit ein erster Schritt zur Verwendung von Sensoren in der Fleischzubereitungsindustrie ist“, sagt Shih, der Forschungslehrstuhl für Mikrofluidik für biologische und chemische Analysen der Concordia University. „Darüber hinaus glauben wir, dass diese Art der Sensorik auch für andere Bereiche wie Umweltproben von Schwermetallkontaminationen und Krebs- und Krankheitsdiagnostik verwendet werden kann.“
Für Selim ist das Wichtigste für einen Verbraucher seine Gesundheit und die Gesundheit seiner Familie. „Ich möchte, dass jeder, unabhängig von seinem technologischen Hintergrund, dies nutzen kann, egal ob es sich um einen College-Studenten, eine vielbeschäftigte Mutter oder Menschen handelt, die in der Restaurantbranche arbeiten.“
Mehr Informationen:
Alaa S. Selim et al, Ein synthetischer Biosensor zum Nachweis von Putrescin in Rindfleischproben, ACS Applied Bio Materials (2022). DOI: 10.1021/acsabm.2c00824