Ingenjörsforskare vid Rensselaer Polytechnic Institute har utvecklat en ny metod för att döda dödliga patogena bakterier, inklusive listeria, inom livsmedelshantering och förpackning. Denna innovation representerar ett alternativ till användning av antibiotika eller kemisk dekontaminering i livsmedelsförsörjningssystem.

Använda naturen som inspiration, forskarna fäste framgångsrikt celllytiska enzymer till matsäkra kiseldioxid nanopartiklar, och skapade en beläggning med den demonstrerade förmågan att selektivt döda listeria - en farlig livsmedelsburna bakterie som orsakar uppskattningsvis 500 dödsfall varje år i USA. Beläggningen dödar listeria vid kontakt, även vid höga koncentrationer, inom några minuter utan att påverka andra bakterier. De lytiska enzymerna kan också fästas till stärkelse -nanopartiklar som vanligen används i livsmedelsförpackningar.

Denna nya metod är modulär, och genom att använda olika lytiska enzymer, kan konstrueras för att skapa ytor som selektivt riktar sig mot andra dödliga bakterier som mjältbrand, sa Jonathan Dordick, vice president för forskning och Howard P. Isermann -professorn vid Rensselaer, som hjälpte till att leda studien.

Denna forskning, som kombinerade expertis från kemiska ingenjörer och materialvetare, ägde rum i Rensselaer Center for Biotechnology and Interdisciplinary Studies och Rensselaer Nanoscale Science and Engineering Center for the Directed Assembly of Nanostructures. I samarbete med Dordick var Rensselaer -kollegorna Ravi Kane, P.K. Lashmet professor i kemisk och biologisk teknik, och Linda Schadler, Russell Sage Professor och docent för akademiska frågor vid Rensselaer School of Engineering.

"I den här studien, Vi har identifierat en ny strategi för att selektivt döda specifika typer av bakterier. Stabila enzymbaserade beläggningar eller sprayer kan användas i livsmedelsförsörjningsinfrastrukturen-från plockutrustning till förpackning till beredning-för att döda listeria innan någon har chans att bli sjuk av det, "Kane sa." Det mest spännande är att vi kan anpassa denna teknik för alla olika typer av skadliga eller dödliga bakterier. "

Resultaten av studien beskrivs i artikeln "Enzymbaserade listericidala nanokompositer, "publiceras idag i tidningen Vetenskapliga rapporter från Nature Publishing Group.

Denna senaste studie bygger på forskargruppens framgångar 2010 med att skapa en beläggning för att döda meticillinresistent Staphylococcus aureus (MRSA), bakterierna som är ansvariga för antibiotikaresistenta infektioner. Medan den tidigare beläggningen var avsedd att användas på kirurgisk utrustning och sjukhusväggar, utvecklingen av en listeria-dödande beläggning hade den extra utmaningen att behöva vara livsmedelssäker.

Dordick och forskargruppen fann sitt svar i lytiska enzymer. Virus som påverkar bakterier, kallas fager, injicera sitt genetiska material i friska celler. Fagen tar över en frisk cell, och i själva verket förvandlar värdcellen till en liten fabrik som skapar fler fager. Nära slutet av sin livscykel, den ursprungliga fagen skapar och frigör lytiska enzymer, som bryts ner och gör hål i cellväggarna hos de infekterade bakterierna. De tillverkade fagerna flyr genom dessa hål och infekterar andra friska celler.

Naturen använde lytiska enzymer för att bryta sig ur bakterieceller, Dordick sa:och forskarna arbetade i åratal för att utnyttja samma lytiska enzymer för att bryta in i bakterier som MRSA och listeria.

För att stabilisera de listeria-dödande lytiska enzymerna, kallas Ply500, forskarna bifogade dem till amerikanska Food and Drug Administration-godkända kiseldioxid nanopartiklar för att skapa en ultratunn film. Forskarna använde också maltosbindande protein för att fästa Ply500 till ätliga stärkelse -nanopartiklar som vanligtvis används i livsmedelsförpackningar. Båda Ply500 -formuleringarna var effektiva för att döda alla listeria inom 24 timmar vid så höga koncentrationer som 100, 000 bakterier per milliliter - en betydligt högre koncentration än normalt i livsmedelsföroreningar.

"Stärkelse är en billig, ätbart material sprutas ofta i förpackningen som ett pulverlager på köttprodukten. Vi utnyttjade den naturliga affiniteten hos ett maltosbindande protein smält till Ply500, och biologiskt bunden Ply500 till stärkelse som ett icke-antibiotikum, icke-kemiskt medel för att minska hotet om listeria mot vår livsmedelsförsörjning, "Sa Schadler.

Ser fram emot, forskargruppen planerar att fortsätta undersöka nya metoder för att utnyttja förmågan hos lytiska enzymer att selektivt döda skadliga bakterier.