Farbveränderungstest zum schnellen Nachweis von Salmonellen
Eine Gruppe von Chemikern an der University at Albany hat eine neue Methode zum schnellen Nachweis von Salmonellen entwickelt. Der Test besteht aus einem Papierstreifen, der sich bei Anwesenheit des Bakteriengenoms verfärbt und ein schnelles Screening auf Salmonellen in Lebensmitteln ermöglicht.
Im Gegensatz zu anderen Methoden, bei denen es Tage dauern kann, bis ein Ergebnis vorliegt, können mit diesem System Salmonellen in weniger als vier Stunden nachgewiesen werden. Es ist außerdem in der Lage, zwei gängige Salmonellenstämme zu identifizieren und zwischen ihnen zu unterscheiden, und kostet pro Test weniger als die derzeitigen Methoden. Die Arbeit wurde in der Zeitschrift Advanced Healthcare Materials veröffentlicht und war auf dem Titelblatt der Zeitschrift im September zu sehen.
"Salmonellen gehören zu den am häufigsten durch Lebensmittel übertragenen Krankheitserregern und sind daher weltweit ein Hauptproblem für die Lebensmittelsicherheit", sagte Mehmet Yigit, außerordentlicher Professor am Department of Chemistry der UAlbany und am RNA Institute, die beide zum College of Arts & Sciences gehören. "Kontaminationen treten auf, wenn Lebensmittel während der Produktion, Verarbeitung oder Handhabung mit tierischen Fäkalien in Berührung kommen. Produkte wie rohes oder unzureichend gegartes Fleisch, Geflügel, Eier, Meeresfrüchte und Frischwaren sind häufige Quellen. Auch verarbeitete Produkte wie Erdnussbutter oder Tiefkühlgerichte wurden mit Ausbrüchen in Verbindung gebracht.
"In dieser Studie demonstrieren wir eine neue Methode zum Nachweis von Salmonellen, die eine neuartige Kombination von molekularen Ansätzen verwendet, um eine Kontamination in einer Lebensmittelprobe anzuzeigen. Unsere Methode ist einfach, schnell und vielseitig und entspricht dem dringenden Bedarf an schnelleren, leichter zugänglichen Methoden zur Identifizierung von Krankheitserregern in Lebensmitteln. Wenn wir in der Lage sind, die Quelle eines Krankheitserregers schnell zu identifizieren und zu isolieren, können wir die Ausbreitung von Krankheiten eindämmen, die Risiken für gefährdete Bevölkerungsgruppen minimieren und Störungen in der gesamten Lebensmittelversorgungskette verringern."
Die durch den Verzehr von Salmonellen verursachte Salmonellose kann akute Magen-Darm-Beschwerden und Fieber auslösen. Während die Krankheit ohne Behandlung abklingen kann, können schwere Infektionen einen Krankenhausaufenthalt erforderlich machen, insbesondere bei kleinen Kindern, älteren Menschen oder Personen mit geschwächtem Immunsystem. Nach Angaben der U.S. Centers for Disease Control and Prevention treten in den USA jedes Jahr etwa 1,35 Millionen Fälle von Salmonellose und 420 damit verbundene Todesfälle auf.
Für Lebensmittelhändler und Restaurants ist die Überwachung auf Salmonellen sowohl ein gesundheitliches Gebot als auch eine geschäftliche Priorität. Ausbrüche sind teuer; sie können kostspielige Produktrückrufe, den Verlust des Verbrauchervertrauens und sogar rechtliche Verpflichtungen nach sich ziehen und den Betrieb stören, was langfristige finanzielle und rufschädigende Auswirkungen haben kann.
Präzise und erschwingliche Erkennung
Die Methode des Teams nutzt die CRISPR-Cas12a-Geneditierungstechnologie in Kombination mit der Rekombinase-Polymerase-Amplifikation (RPA) und einem molekularen Werkzeug, dem so genannten "Toehold-Schalter", um einen sichtbaren Farbwechsel auf einem Papierteststreifen auszulösen. Bei Vorhandensein von Salmonellen färbt sich der Streifen rot und signalisiert damit eine Kontamination. Färbt er sich gelb, ist die Probe sauber.
Dieser Ansatz ist nicht nur schnell und empfindlich, sondern auch hochspezifisch. Der Test kann bis zu 100 Genomkopien von Salmonellenbakterien nachweisen und zwischen zwei gängigen Serotypen unterscheiden: S. Typhimurium und S. Enteritidis. Die Identifizierung des Bakterienstamms kann helfen, den Ursprung eines Ausbruchs zu ermitteln und den optimalen klinischen Ansatz zur Behandlung einer Infektion zu bestimmen.
"Eine Stärke unseres Systems ist seine Fähigkeit, falsch-positive Ergebnisse zu minimieren", sagte Yigit. "Andere Ansätze, die auf Nanopartikeln basierende oder instrumentelle Techniken verwenden, können oft nicht zwischen den Erregern unterscheiden, was die praktische Wirksamkeit vor Ort verringert.
"Unsere Methode bietet auch Kosteneinsparungen. Durch die Verwendung winziger Papierscheiben als Nachweismedium anstelle eines Fläschchens mit Reaktionslösung wird eine viel geringere Menge an Testlösung benötigt, um ein Ergebnis zu erzielen. Dadurch ist unsere Methode pro Test etwa 20 Mal kostengünstiger."
Ein tragbares, anpassungsfähiges Testkit
Im Gegensatz zu herkömmlichen Methoden ist bei diesem Test keine umfangreiche Laborausrüstung oder Umrüstung auf verschiedene Bakterienstämme erforderlich, so dass er in einer Vielzahl von Umgebungen eingesetzt werden kann, z. B. in landwirtschaftlichen Betrieben, Lebensmittelverarbeitungsbetrieben, Vertriebseinrichtungen oder Restaurants.
"Mit der weiteren Entwicklung wollen wir diese Technologie in ein tragbares, benutzerfreundliches Kit umwandeln, das in der Lebensmittelversorgungskette weithin eingesetzt werden kann", sagte die Hauptautorin Mahera Kachwala, die an dem Projekt arbeitete, während sie zusammen mit Yigit an der UAlbany promovierte. "Jeder, der mit Lebensmitteln zu tun hat, kann diesen Test leicht in die täglichen Abläufe vor Ort integrieren, so dass ein Salmonellenausbruch gestoppt werden kann, bevor er sich ausbreitet. Er könnte auch ein nützliches Instrument für Restaurantangestellte und Gesundheitsinspektoren werden, um sicherzustellen, dass die routinemäßigen Hygieneprotokolle effektiv angewandt werden und die Kunden sichere, qualitativ hochwertige Lebensmittel erhalten."
Der Aufbau des Systems ist außerdem äußerst anpassungsfähig. Durch Änderung eines einzigen RNA-Elements kann es so programmiert werden, dass es auch andere Krankheitserreger erkennt, die für lebensmittelbedingte Krankheiten verantwortlich sind. So erforscht das Team beispielsweise Möglichkeiten, seine Plattform zum Testen auf weitere Arten von Salmonellen, Campylobacter und Shiga-Toxin-produzierenden E. coli (STEC) zu verwenden, die zusammen jedes Jahr für Millionen von Krankenhausaufenthalten und Milliarden an Kosten für die Lebensmittelproduktion verantwortlich sind.
"Unsere Methode demonstriert die Leistungsfähigkeit der synthetischen Biologie bei der Entwicklung flexibler Werkzeuge für den Nachweis von Krankheitserregern", so Yigit. "Durch die Zusammenarbeit mit Experten für Nanotechnologie und Mikrobiologie freuen wir uns, diese innovative Technologie einer tragbaren, verbraucherfreundlichen Anwendung näher zu bringen."
Hinweis: Dieser Artikel wurde mit einem Computersystem ohne menschlichen Eingriff übersetzt. LUMITOS bietet diese automatischen Übersetzungen an, um eine größere Bandbreite an aktuellen Nachrichten zu präsentieren. Da dieser Artikel mit automatischer Übersetzung übersetzt wurde, ist es möglich, dass er Fehler im Vokabular, in der Syntax oder in der Grammatik enthält. Den ursprünglichen Artikel in Englisch finden Sie hier.
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