01.09.2022 - Osaka Metropolitan University

Weiße, rote und blaue Signale warnen Sie vor gefährlichen Keimen!

Eine einfache, schnelle Methode zur gleichzeitigen Identifizierung mehrerer Bakterien im Zusammenhang mit Lebensmittelvergiftungen

Wissenschaftler der Osaka Metropolitan University haben eine einfache, schnelle Methode zur gleichzeitigen Identifizierung mehrerer Bakterienarten für Lebensmittelvergiftungen entwickelt, die auf Farbunterschieden im Streulicht von nanometergroßen organischen Metall-Nanohybrid-Strukturen (nanohybrid structures, NHs) basiert, die über Antikörper an diese Bakterien binden. Diese Methode ist ein vielversprechendes Instrument für den schnellen Nachweis von Bakterien bei der Lebensmittelherstellung und damit zur Verbesserung der Lebensmittelsicherheit. Die Ergebnisse wurden in der Zeitschrift Analytical Chemistry veröffentlicht.

Nach Angaben der Weltgesundheitsorganisation (WHO) erkranken jedes Jahr weltweit 600 Millionen Menschen an Lebensmittelvergiftungen - fast einer von zehn Menschen -, von denen 420.000 sterben. Bakterientests werden zum Nachweis von Lebensmittelvergiftungsbakterien in Lebensmittelherstellungsbetrieben durchgeführt, doch dauert es mehr als 48 Stunden, bis Ergebnisse vorliegen, da die Bakterien in einem Inkubationsprozess, der sogenannten Kultivierung, gezüchtet werden müssen. Daher besteht nach wie vor ein Bedarf an schnellen Testmethoden, um Unfälle mit Lebensmittelvergiftungen zu vermeiden.

Das Forscherteam unter der Leitung von Professor Hiroshi Shiigi von der Graduate School of Engineering der Osaka Metropolitan University nutzte die optischen Eigenschaften von organischen Metall-NHs - Verbundwerkstoffe, die aus Polyanilinpartikeln bestehen, in denen eine große Anzahl von Metall-Nanopartikeln eingekapselt ist - zur schnellen und gleichzeitigen Identifizierung von Bakterien, die Lebensmittelvergiftungen hervorrufen, wie enterohämorrhagische Escherichia coli(E. coli O26 und E. coli O157) und Staphylococcus aureus.

Das Team stellte zunächst fest, dass organische Metall-NHs ein stärkeres Streulicht erzeugen als Metall-Nanopartikel derselben Größe. Da das Streulicht dieser NHs in der Luft über einen langen Zeitraum stabil ist, wird erwartet, dass sie als stabile und hochempfindliche Markierungsmaterialien fungieren. Außerdem zeigte sich, dass diese NHs je nach Metallelement der Nanopartikel (Gold, Silber und Kupfer) unterschiedliche Farben des Streulichts (weiß, rot und blau) aufweisen.

Anschließend schleuste das Team Antikörper, die spezifisch an E. coli O26, E. coli O157 und S. aureus binden, in die organischen Metall-NHs ein und verwendete diese NHs als Marker, um die Bindungseigenschaften der Antikörper-konjugierten NHs an bestimmte Bakterienarten zu bewerten. Das Ergebnis war, dass E. coli O26, E. coli O157 und S. aureus unter dem Mikroskop als weißes, rotes bzw. blaues Streulicht zu sehen waren. Darüber hinaus gelang es dem Team, bei der Zugabe vorbestimmter Mengen von E. coli O26, E. coli O157 und S. aureus zu Gammelfleischproben, die verschiedene Bakterienarten enthielten, mithilfe dieser Markierungen jede zugegebene Bakterienart gleichzeitig zu identifizieren.

Mit dieser Methode können verschiedene Arten von Bakterien identifiziert werden, indem man die einzuführenden Antikörper ändert. Da die Bakterien nicht gezüchtet werden müssen, können sie innerhalb einer Stunde nachgewiesen werden, was sie als neue Testmethode noch praktischer macht.

Professor Shiigi kommentierte: "Unser Ziel ist es, durch die Entwicklung einzigartiger Nano-Biomaterialien neue Nachweisprinzipien und Testmethoden zu entwickeln. Wir hoffen, mit dieser Entwicklung nicht nur zur Lebensmittelsicherheit beizutragen, sondern auch zur Bildung einer sicheren und wohlhabenden Gesellschaft, was die stabile Versorgung und Qualitätskontrolle von funktionellen Lebensmitteln, die medizinische Versorgung, die Arzneimittelforschung und die öffentliche Gesundheit betrifft."

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