Nieuwe nanodeeltjesmethoden versnellen de detectie van virussen in voedsel en water

Wachten is het moeilijkste deel. Vooral in het geval van testen op water- of voedselverontreiniging, die in sommige gevallen dagen of zelfs een week kunnen duren voor de resultaten, waardoor de mogelijkheid achterblijft dat mensen onbewust zijn blootgesteld.

Om dit probleem aan te pakken, hebben onderzoekers van Michigan State University twee innovatieve methoden ontwikkeld om te testen op bacteriën en virussen in voedsel en water die deze keer van dagen tot uren vermindert en realtime resultaten in het veld biedt.

“We weten dat het een probleem is,” zei Evangelyn Alocilja, professor aan de afdeling Biosystemen en Agricultural Engineering aan het College of Engineering. “Het strand is vandaag gesloten, maar hoe zit het met de mensen die gingen zwemmen voordat de testresultaten terugkwamen?”

Alocilja en haar team hebben met glycan gecoate magnetische nanodeeltjes ontwikkeld die dunner zijn dan de breedte van een menselijk haar om microbiële verontreinigingen uit voedsel en water te verwijderen en te identificeren.

Het onderzoek werd gepubliceerd in het tijdschrift Voedselveiligheid en kwaliteit.

Glycan is een suiker die zich hecht aan de eiwitten die op het oppervlak van virussen en bacteriën leven. Zodra de nanodeeltjes aan de bacteriën blijven plakken, wordt een magneet gebruikt om de deeltjes en bacteriën van het monster te scheiden. Vervolgens wordt de verontreiniging gemakkelijk verwijderd.

Zodra de verontreiniging is verwijderd, identificeert de volgende stap wat voor soort bacteriën het is door een biologische sensor of biosensor te gebruiken die levende wezens kan detecteren. De biosensor gebruikt gouden nanodeeltjes die zich in het DNA van de bacteriën insluiten als het specifieke gen dat ze zoeken aanwezig is.

Als de gouden nanodeeltjes rood lijken, is het doelgen aanwezig. Als de gouden nanodeeltjes veranderen van rood naar blauw, betekent dit dat de nanodeeltjes een klomp hebben gevormd en het doelgen afwezig is.

Deze testmethode duurt ongeveer 40 minuten, wat betekent dat de gebruiker in twee tot vier uur bacteriën in het water kan identificeren in plaats van één tot twee dagen. Salmonella, Campylobacter en E. coli worden bijvoorbeeld overgedragen door verontreinigd water en zijn de meest voorkomende oorzaken van door voedsel overgedragen ziekten in de VS en wereldwijd.

Alocilja’s op nanodeeltjes gebaseerde biosensor-technologie kan deze door voedsel overgedragen en watergedragen bacteriën in minder dan 30 minuten isoleren, het DNA in 20 minuten extraheren en het doelgen in 40 minuten detecteren, waardoor tijd en geld wordt bespaard.

Slechts een kleine hoeveelheid nanodeeltjes is nodig om het monster te testen dankzij de met glycan gecoate magnetische nanodeeltjestechnologie. Om bijvoorbeeld één liter water of 25 gram voedsel te testen, is slechts één milliliter met glycan gecoate magnetische nanodeeltjes nodig.

Alocilja hoopt dat deze goedkope technologieën-het verkrijgen van 10 tot 50 cent per test voor de met glycan gecoate magnetische nanodeeltjes en minder dan $ 2 per test voor de gouden nanodeeltjesmethode-op een dag worden gebruikt om de waterkwaliteit te testen en te worden gebruikt om de voedselveiligheid te verbeteren.

“Ik ben gepassioneerd over het helpen van hulpbronnen die beperkte bevolking het meest nodig hebben omdat ze het meest kwetsbaar zijn voor vervuild water, voedsel en het milieu,” zei Alocilja.

“Vaak missen deze gemeenschappen medische infrastructuren en hebben ze onbetrouwbare stroombronnen. De op nanodeeltjes gebaseerde biosensor voldoet aan de behoefte omdat het een eenvoudige magneet gebruikt, minimaal vermogen vereist, is gemakkelijk te bedienen en vereist geen koude opslag.”

Onlangs hebben Alocilja en haar team deze geïntegreerde op nanodeeltjes gebaseerde monster-naar-resulti biosensor-technologie in het veld getest om infectieuze en antimicrobiële resistente organismen te detecteren, die kunnen worden gebruikt in gezondheidsklinieken en spoedeisende hulp.

“We willen niet dat zieke mensen lang wachten op diagnostische resultaten voordat ze kunnen worden behandeld,” zei Alocilja.

“We willen dat ze zo snel mogelijk kunnen worden behandeld, omdat vroege diagnose en behandeling van cruciaal belang zijn voor vroeg herstel en overleving.”