[ad_1]
Haben Sie nach einer Versammlung schon einmal Magenschmerzen gehabt? Es ist wahrscheinlich, dass Sie an einer Lebensmittelvergiftung gelitten haben. Diese Krankheiten werden typischerweise durch den Verzehr von Nahrungsmitteln oder Getränken verursacht, die versehentlich mit Krankheitserregern wie Bakterien, Viren, Parasiten oder Pilzen kontaminiert sind. Da jedes Jahr weltweit jeder zehnte Mensch davon betroffen ist, stellen lebensmittelbedingte Krankheiten nach wie vor eine große Herausforderung für die Gesundheitssysteme dar.
Salmonellen sind Bakterien, die im Verdauungssystem warmblütiger Tiere wie Vögel und Säugetiere, einschließlich des Menschen, leben. „Es ist einer der häufigsten Lebensmittelverunreinigungen“, erklärt Tohid Didar, einer der Köpfe hinter Lab-in-a-Package. „Es verursacht eine Gastroenteritis mit Symptomen wie Durchfall, starken Bauchbeschwerden, Fieber und Erbrechen.“
Regierungen führen an verschiedenen Stellen der Lebensmittelproduktionskette Hygienekontrollen durch, um das Risiko lebensmittelbedingter Krankheiten zu verringern. Die Referenzmethode zum Nachweis von Krankheitserregern in Lebensmitteln ist die Kultur, die das Vorhandensein von Krankheitserregern überprüft, indem sie ihre Fähigkeit, unter optimalen Bedingungen zu wachsen, testet. Diese Methode ist jedoch mühsam und langsam (bei Bakterien kann es eine Woche dauern, bei Pilzen länger), da Probenentnahmen am Produktionsstandort, der Versand der Proben an das Labor und deren Analyse mit Spezialgeräten und geschultem Personal erforderlich sind.
Um diese Einschränkungen zu beseitigen, haben sich Associate Professor Tohid Didar und Kollegen von der McMaster University in Kanada ihren Bemühungen angeschlossen. Sie entwickelten ein intelligentes Gerät, das sie „Lab-in-a-Package“ nannten und das gefährliche Bakterienmengen schnell und ohne Öffnen der Verpackung erkennen kann.
In dieser Arbeit entwickelten sie einen Sensor speziell für Salmonellen Typhimurium (S. Typhimurium), eine Salmonellenart, die am häufigsten mit Hühner- und anderen Geflügelprodukten in Verbindung gebracht wird. Mit Lab-in-a-Package gelang dem Team die Entdeckung S. Typhimurium in kontaminiertem Huhn vor Ort, mit hoher Sensitivität und Spezifität und in Echtzeit.
Konzeption eines Lab-in-a-Package
Um den Versand von Proben ins Labor und die Kulturmethode zu vermeiden, haben Wissenschaftler mehrere Biosensorplattformen vor Ort für die Lebensmittelüberwachung entwickelt; Allerdings haben diese neueren Techniken jeweils ihre eigenen Einschränkungen.
Kultur und moderne Überwachungstechnologien verursachen erhebliche Lebensmittelverschwendung, da zur Probenentnahme Verpackungen geöffnet werden müssen. Um dieses Problem anzugehen, entwickelten die Wissenschaftler ein spezielles Tablett mit einem Fenster zur Erkennung von Krankheitserregern an der Unterseite, das in die Pakete integriert werden konnte. Die Schale dient nicht nur als Behälter, sondern transportiert auch die Flüssigkeiten vom Lebensmittel zum Sensor und entnimmt dabei das gesamte Produkt, ohne dass das Paket geöffnet werden muss. Durch die Integration des Sensors in die Box ist außerdem eine individuelle Kontrolle der Produkte gewährleistet, wodurch das Problem der schlechten Darstellung bei der Kontrolle nur weniger Chargenartikel gelöst wird.
Didar fügt hinzu: „Moderne Lebensmittelüberwachungstechnologien erfordern häufig ergänzende Reagenzien und müssen vor der Erkennung vorbehandelt werden […]“. Aber Reagenzien können andere Eigenschaften von Lebensmitteln verändern, die normalerweise kontrolliert werden, bevor sie den Verbraucher erreichen, wie etwa Geschmack, Geruch und Farbe. Um dies zu vermeiden, integrierte das Team die Reagenzien für den Nachweisschritt absorbiert in einer Membran über dem Sensor.
Auswahl der richtigen Komponenten
Um das Lab-in-a-Package zu schaffen, bauten die Wissenschaftler zunächst die Plattformteile einzeln auf. Da Hühner am häufigsten mit Salmonellenkontaminationen in Verbindung gebracht werden, verwendeten sie in diesen Experimenten Hühnerspülmittel, die Flüssigkeiten, die Hühner bei der Lagerung freisetzen.
Zunächst entwarfen sie Tabletts mit unterschiedlichen Seitenneigungen (45°, 60° und 90°), um zu testen, welches Hühnerfleisch am besten zum Sensorfenster geleitet werden kann. Sie entschieden sich für die um 45° seitlich geneigte Wanne für die Plattform, da sie fanden, dass sie die Flüssigkeiten im Sensorfenster schneller und effizienter lokalisierte.
Das Team prüfte mehrere Kandidatenmaterialien für die Membran, darunter Baumwolle, Zellulose und Polyester. Nach einer gründlichen Bewertung entschieden sie sich für die Baumwollmembranen, da sie eine bessere Porosität als die anderen Kandidaten aufwiesen und in Flüssigkeitsabsorptions- und Retentionstests gut abschnitten – entscheidende Eigenschaften, um die Diffusion der Reagenzien in das Lebensmittel zu verhindern.
Um den Sensor zu bauen für S. Typhimurium verwendete das Team ein RNA-Molekül, das von einem Enzym dieses Bakteriums spezifisch erkannt und gespalten wird. An der RNA-Spaltstelle befindet sich ein Molekülpaar namens Fluorophor und Quencher. „Vor dem Kontakt mit dem Enzym befindet sich die RNA in ihrem Zustand vor der Spaltung, in dem das Quencher-Molekül das helle Fluoreszenzsignal des Fluorophors maskiert“, erklärt Didar. “In Anwesenheit von S. Typhimurium, das Enzym, spaltet das RNA-Molekül, wodurch sich das Quencher-Molekül vom Fluorophor trennt. Dies ermöglicht das helle Fluoreszenzsignal des Fluorophors, das anzeigt S. Es ist eine Typhimurium-Kontamination aufgetreten.“
Proof-of-Concept-Tests
Verzehrfertige Produkte sind aufgrund ihrer längeren Produktionskette besonders anfällig für Kontaminationsereignisse. Daher validierten die Wissenschaftler das Lab-in-a-Package mit gekochtem Hühnchen.
Um die Empfindlichkeit von „Lab-in-a-Package“ zu untersuchen, kontaminierten die Wissenschaftler verzehrfertiges Hühnchen mit Hühnerfleisch, das wachsende Mengen davon enthielt S. Typhimurium. Die Plattform erkannte nur 1000 Bakterien pro Milliliter und reagierte positiv auf die Bakterienkonzentration, was bedeutet, dass eine höhere Menge an Mikroorganismen zu einer helleren Fluoreszenz führt. Diese Reaktion übertrifft die Anforderungen aktueller Kontrollmethoden, die nur nach einer positiven oder negativen Antwort suchen.
Eine Biosensorplattform darf nur auf den Mikroorganismus reagieren, für den sie entwickelt wurde, eine Eigenschaft, die als Spezifität bezeichnet wird. Die Ergebnisse des „Lab-in-a-Package“ bei der Spezifitätsprüfung waren beeindruckend: Es konnte nachgewiesen werden S. Typhimurium in Hühnerstücken, kontaminiert mit einer Mischung dieses Bakteriums mit anderen häufigen lebensmittelbedingten Bakterien. Darüber hinaus reagierte es nicht auf eine Kontamination mit der Mischung, die nur die Nichtzielbakterien enthielt.
Aufgrund mangelnder Hygiene am Arbeitsplatz und in den Küchenutensilien kann es in jeder Phase der Lebensmittelkette zu einer Lebensmittelkontamination kommen. Um die Leistung des Lab-in-a-Package bei verschiedenen Kontaminationsquellen zu bewerten, testete das Team es mit Hühnchenstücken, die mit einem kontaminierten Messer, Handschuh oder einer kontaminierten Oberfläche in Kontakt gekommen waren. Bei allen Kontaminationsmethoden wird das Lab-in-a-Package effektiv erkannt S. Typhimurium.
Im Supermarkt gekaufte Produkte können aufgrund von Schwankungen der Umgebungsbedingungen bei der Lagerung weniger Bakterien enthalten als künstliche Verunreinigungen im Labor. Didar erkennt daher, dass für eine realistischere Anwendung von Lab-in-a-Package die Bewertung von Produkten erforderlich ist, die direkt im Supermarkt erworben wurden.
Er bleibt jedoch optimistisch, was den Umfang dieses intelligenten Pakets angeht. „Wir glauben, dass die Technologie schnell auf die Kommerzialisierung zusteuert. „Unsere Verpackungsplattform stellt ein Plug-and-Play-System dar, das von anderen Wissenschaftlern für eine effiziente In-Package-Überwachung verpackter Produkte mithilfe von von ihnen entwickelten Sensoren genutzt werden kann, ohne dass nur geringe Änderungen erforderlich sind.“
Referenz: Akansha Prasad und Shadman Khan et al., Fortschrittliche In-situ-Lebensmittelüberwachung durch ein intelligentes Lab-in-a-Package-System, demonstriert durch den Nachweis von Salmonellen in ganzen Hühnern, Fortgeschrittene Materialien (2023). DOI: doi.org/10.1002/adma.202302641.
Feature-Bild von Anna Hill An Unsplash
[ad_2]
Source link
