Представьте себе день, когда фермер может стоять в поле, проводить портативным устройством над помидором и немедленно обнаруживать патогены, потенциально спасая жизни и миллиарды долларов.
Этот день может быть не за горами, благодаря исследованиям, проводимым Алабамская сельскохозяйственная экспериментальная станция в Обернском университете.
Как один из 11 университетов, получивших гранты Министерство сельского хозяйства США Чтобы провести исследования в области нанотехнологий, ученые из Оберна работают над улучшением мониторинга патогенов по всей цепочке поставок продуктов питания путем создания удобной для пользователя системы, которая может одновременно, точно, экономично и быстро обнаруживать несколько патогенов пищевого происхождения.
Секретарь Министерства сельского хозяйства США Том Вилсак недавно объявил об инвестициях в размере более 5.2 млн долларов на национальном уровне для поддержки исследований по повышению безопасности пищевых продуктов, расширению использования возобновляемых видов топлива, повышению урожайности сельскохозяйственных культур и борьбе с сельскохозяйственными вредителями. Награды были вручены через Инициатива по исследованиям в области сельского хозяйства и пищевых продуктов, ведущая национальная конкурентоспособная, рецензируемая программа грантов для фундаментальных и прикладных сельскохозяйственных наук.
Исследования Оберна уникальны тем, что для достижения своих целей они используют биологические, а не искусственные нанотехнологии. Сан-Джин Су, доцент кафедры биологических наук Оберна.
Су также является членом Центр обнаружения и безопасности пищевых продуктов Обернского университета, и он благодарит его директора, Брайана Чина, профессора материаловедения, за разработку биосенсорной технологии, которая является основой для исследования.
«Это инновация доктора Чина, и он нанял таких людей, как я, бактериального генетика, чтобы помочь объединить эти технологии в биосенсор на основе частиц, который можно использовать для обнаружения пищевых патогенов», — говорит Сух.
По оценкам, до 48 миллионов американцев ежегодно заболевают из-за пищевых патогенов и токсинов, что приводит к экономическому бремени почти в 80 миллиардов долларов. Эти оценки не учитывают затраты пищевой промышленности, в том числе снижение доверия потребителей, убытки, связанные с отзывом продукции, или судебные разбирательства.
Поскольку вспышки пищевых патогенов и случаи отзыва зараженных пищевых продуктов стали более частыми, стало очевидным, что необходимы более совершенные системы обнаружения патогенов для выявления зараженных пищевых продуктов до того, как они будут употреблены населением.
«Всякий раз, когда пища заражена, FDA, CDC или другим лабораториям обычно требуется несколько дней или недель, чтобы подтвердить наличие патогенов», — говорит Сух. «Наша технология может сделать это менее чем за 10 минут.
«В настоящее время всякий раз, когда происходит вспышка пищевого патогена, им приходится брать зараженную пищу и выращивать из нее бактерии, что требует от нескольких часов до нескольких дней. Затем они увидят, соответствует ли это образцу подозреваемого патогена. Мы изолируем зонды, специфичные для этого патогена. Если он связывается с зондом, мы знаем, что присутствует конкретный патоген».
В дополнение к продолжительности времени, необходимому для получения результатов, современные системы обнаружения пищевых патогенов требуют дорогостоящих инструментов и обширного обучения персонала.
«Два самых популярных метода обнаружения патогенов, кроме традиционного метода культивирования, требуют серьезной подготовки», — говорит Сух. «Наш метод потребует минимальной подготовки. Мы предполагаем, что каждый фермер будет иметь эту возможность, перерабатывающие предприятия будут иметь эту возможность, бакалейные лавки и рестораны будут иметь эту возможность. Даже потребители смогут использовать эту технологию».
Биосенсор будет представлять собой портативный монитор, который в конечном итоге будет обнаруживать присутствие пищевого патогена на расстоянии до 10 сантиметров от устройства.
«Это позволит проверять безопасность продуктов от фермы до стола», — говорит Сух. «Детектор будет стоить менее 500 долларов и в конечном итоге может спасти миллиарды долларов и множество жизней».
Целью исследования Су является разработка системы, которая позволит одновременно идентифицировать несколько патогенов пищевого происхождения в режиме реального времени, включая Salmonella enterica, Escherichia coli и Listeria monocytogenes.
«Раньше у нас продемонстрировали эффективность наших биосенсоров для точного и быстрого обнаружения отдельных патогенов», — говорит Сух. «В этом исследовании мы разработаем мультиплексную систему, способную обнаруживать присутствие нескольких распространенных бактериальных патогенов пищевого происхождения.
«По мере того, как мы улучшаем нашу систему в будущих исследованиях, ее можно расширить, включив в нее вирусы и токсины, чтобы она стала комплексной системой обнаружения любых пищевых патогенов для повышения общественной безопасности».
Команда исследователей Оберна сотрудничает с учеными из других университетов, чтобы использовать эту технологию и, надеюсь, получить одобрение FDA для широкого использования в будущем.
- Пол Холлис, Обернский университет
Источник: Сельскохозяйственный колледж Обернского университета.
