Forskare vid Queen's University Belfast har utvecklat ett mycket innovativt nytt enzymbiomarkörtest som har potential att indikera sjukdomar och bakteriell kontaminering vilket sparar tid, pengar och möjligen liv.

Testet, utvecklad av forskare vid Institute for Global Food Security at Queen's, kan upptäcka enzymmarkörer för sjukdomar som kallas proteaser hos människor, djur och livsmedelsprodukter.

Proteaser är avgörande för tillväxt av mikroorganismer och är ansvariga för utvecklingen av många sjukdomar.

Nivåer av proteaser kan vara mycket förhöjda i urinen hos patienter med diabetisk njursjukdom, eller på ställena för infekterade sår. Liknande, hos kor, en förhöjning av proteaser i mjölken kan avslöja sjukdomar som bovin mastit, en typ av bröstkörtelinfektion. I mat, proteaser som produceras av bakterier som är förorenade i kött och mejeriprodukter kan leda till härskning, samt minskad hållbarhet och kvalitet.

Nuvarande proteasdetektionsmetoder är dyra, tidskrävande och är inte alltid effektiva. Forskare vid Queen's Institute for Global Food Security har utvecklat en nanosensor som har resulterat i känsliga, snabb och kostnadseffektiv proteasdetektering i mjölk och urin.

Dr Claire McVey, Queens forskare och medförfattare till studien publicerad i ledande tidskrift Nanoforskning , förklarar:"Inte bara är testet billigt att producera, men den kan användas var som helst och är inte beroende av laboratorieförhållanden. Att eliminera behovet av att utföra tester i en laboratoriemiljö är livsförändrande. Förutom att vara kostnadseffektiv, det innebär snabbare diagnos."

Den guld-nanopartikelbaserade nanosensorn som utarbetats av Queens forskare indikerar när proteaser är närvarande genom en synlig färgförändringsreaktion. Guldnanopartiklar är välkända för sin förmåga att påskynda oxidationen av en kemikalie som kallas tetrametylbensidin (TMB), synligt genom en livlig blåfärgad formation.

När kasein (en molekyl som finns i mjölk) tillsätts till guldnanopartiklar, den omger nanopartiklarna och fungerar som en skyddande ytbarriär. När TMB introduceras, kaseinet förhindrar oxidationsreaktionen vilket innebär att det inte sker någon eller endast en liten färgförändring.

Där proteaser finns, de "äter" den skyddande kaseinbarriären, exponerar ytan på guldnanopartiklarna. I det här fallet, när TMB läggs till, proteaserna har tagit bort kaseinet vilket innebär att oxidation sker snabbt och orsakar en snabb färgförändring.

Dr Cuong Cao, den ledande akademikern i studien:"När vi lägger till TMB till de kaseintäckta guldnanopartiklarna, vi kan se praktiskt taget omedelbart om proteaser är närvarande genom att lösningen blir blå eller inte. Normalt tar sådana tester mycket längre tid."

Genom att använda detta tillvägagångssätt, proteaser kan detekteras inom 90 minuter utan behov av komplicerad eller dyr laboratorieutrustning.

Dessutom, "ingredienserna" för att göra nanosensorn är lättillgängliga och billiga. Guldnanopartiklar kan produceras i överflöd, med liten begränsning av lagringskraven, vilket gör det till ett hållbart och billigt ämne.

Tillvägagångssättet som utvecklats av drottningens forskare testades på mjölk och urin men kunde anpassas för ett antal andra tillämpningar.

Dr. Cao förklarar:"Att använda andra molekyler än kasein för att belägga ytan har potential att upptäcka andra typer av enzymbiomarkörer. Till exempel, beläggning av nanopartiklarna med lipider kan detektera lipasenzymet, som kan hjälpa till att diagnostisera sjukdomar som pankreatit.

"Efter fullständig validering av detta test, vi skulle vilja utforska hur vi kan utöka applikationen för att upptäcka en mängd andra sjukdomar eller förorenade livsmedel. Detta nya tillvägagångssätt kommer att möjliggöra identifiering av enzymbiomarkörer vid vårdpunkten. Det kan förändra landskapet för hur enzymbiomarkörer detekteras och diagnostiseras, påverkar inte bara livsmedelssäkerheten, utan om diagnos av enzymrelaterade sjukdomar bland djur och människor. Det potentiella utrymmet för detta test är enormt."

Professor Elliott, grundare av Institute for Global Food Security och en medutredare i studien kommenterade:"Förmågan att snabbt diagnostisera sjukdom eller kontaminering kan ha en enorm inverkan på hur allvarliga problem kan hanteras. Den ultralåga kostnaden för systemet kommer att hjälpa till att minska kostnaderna för testning och kan förändra mängden tester som utförs i utvecklingsvärlden."