Die jüngsten Ausbrüche lebensmittelbedingter Krankheiten und neue Schätzungen des Center for Disease Control and Prevention (CDC) zu lebensmittelbedingten Krankheiten könnten möglicherweise der Anstoß gewesen sein, der die jüngste Verabschiedung des Lebensmittelsicherheitsgesetzes S.510 vorangetrieben hat. Als Teil dieser Gesetzgebung wird die FDA aufgefordert, neue Produktsicherheitsvorschriften für Erzeuger von Obst und Gemüse mit dem höchsten Risiko zu schaffen. Dieses verstärkte Gefühl der Dringlichkeit für sichere Lebensmittel veranlasst Lebensmittelerzeuger und -verarbeiter, ihre Möglichkeiten zum Testen von Lebensmitteln an der Quelle oder auf dem Feld neu zu bewerten.
BESTEHENDE PRÜFTECHNOLOGIEN
Züchter und Verarbeiter haben in der Vergangenheit eine von drei Methoden verwendet, um auf Bakterien zu testen: Adenosintriphosphat (ATP)-Reinheitsüberwachungssysteme, Kulturtests und Polymerase-Kettenreaktionstests (PCR).
Adenosintriphosphat-Reinheitsüberwachungssysteme testen auf das Molekül ATP, das in allen organischen Materialien vorkommt. ATP-Assays messen das ATP aus tierischen und pflanzlichen Zellen sowie lebenden oder toten Bakterien, Hefen oder Schimmelpilzen. Dieser Assay kann auf nicht-organischen Oberflächen zur Bestimmung der Sauberkeit verwendet werden und erfordert, dass 10,000 bis 100,000 Bakterien vorhanden sind, um genügend ATP zu produzieren, um zu einem positiven Nachweis von Bakterien zu führen.
Ein Kulturtest ist ein Labortest, der bestimmt, welche Bakterien oder Hefen in einer bestimmten Probe vorhanden sein können. Kulturassays erfordern, dass die Probe für eine festgelegte Zeit, typischerweise 24 bis 48 Stunden, inkubiert wird, um Bakterien die Möglichkeit zu geben, zu wachsen und ihr Vorhandensein zu bestimmen. Dazu muss die Probe an ein Labor geschickt werden.
PCR ist ein Assay, der DNA verwendet, um auf verschiedene Bakterien und Krankheitserreger zu testen. Der Prozess amplifiziert ein Stück DNA, das Tausende bis Millionen von Kopien erzeugt. Es ist sehr genau und dauert zwischen 12 und 26 Stunden.
ANGEHÖRIGE PROBLEME
Die bestehenden Technologien haben Nachteile, die sie für die Zwecke der Lebensmittelhersteller unwirksam machen, und unwirksame Tests können zu Lebensmittelverunreinigungen, Krankheiten, Einnahmeverlusten und vielem mehr führen.
ATP-Assays testen auf das Vorhandensein des Moleküls ATP, das in allen organischen Materialien vorhanden ist. Das bedeutet, dass ein positiver ATP-Test nur bestätigt, dass organisches Material vorhanden ist – nicht unbedingt Bakterien. Dieser Assay ist eigentlich ein Test auf Sauberkeit oder darauf, dass eine Oberfläche frei von lebendem oder totem organischem Material ist. Da es auf organisches Material testet, kann es nicht für Lebensmittel verwendet werden, da Lebensmittel biologisch sind. Darüber hinaus kann der ATP-Assay keinen Biofilm nachweisen, der ein klebriges Nebenprodukt von Organismen ist, das lebende Bakterien verbergen kann. Ein weiteres Problem bei ATP-Tests besteht darin, genügend ATP zu produzieren, um einen positiven Test zu erstellen. Die Bakterien müssten mindestens 10,000 Bakterien umfassen.
Kulturassays sind im Allgemeinen ziemlich genau, aber das Verfahren erfordert, dass die Bakterien 24 Stunden bis 48 Stunden lang inkubiert werden, um das Vorhandensein von Bakterien zu bestätigen. Das heißt, die Probe wird für diese Inkubationszeit an ein Labor geschickt und ein geschulter Techniker liest den Test ab. Die Notwendigkeit von Laborarbeiten erhöht die Kosten für den Endverbraucher und die zusätzliche Zeit erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass kontaminierte Lebensmittel durch den Prozess rutschen.
PCR-Assays sind zwar ebenfalls sehr genau, erfordern aber, dass der Hersteller die Probe an ein Labor schickt, wo ein geschulter Techniker teure Geräte verwendet, um den Test zu verarbeiten. Der Test selbst besteht aus mehreren komplizierten Schritten und erhöht die Kosten, die an den Lebensmittelhersteller weitergegeben werden. PCR-Assays erfordern eine Anreicherungsphase, die zwischen 8 und 20 Stunden dauert, plus 1 bis 4 Stunden für den eigentlichen Test. Die zusätzlichen Schritte und die Zeit erhöhen die Kosten und die Wahrscheinlichkeit, dass Lebensmittelkontaminationen unbemerkt bleiben.
ENZYMTESTS
Seit den frühen 1950er Jahren untersuchen und verwenden Mikrobiologen Enzyme zum Nachweis von Bakterien. Viele stellten die Verwendung von Enzymmethoden ein und wechselten in den 1970er und 1980er Jahren zu Antigen/Antikörper- oder Nucleic Acid Amplification Testing (NAAT)-Technologien. Seit dieser Zeit hat jedoch fortgesetzte Enzymforschung zur Entdeckung spezifischer bakterieller Enzyme geführt, die mit vielen verschiedenen Mikroorganismen assoziiert sind. Diese Informationen haben zur Entwicklung von proprietären Substraten geführt, die spezifische Enzyme, die von spezifischen Bakterien abgegeben werden, identifizieren und mit ihnen verknüpfen können. Mit dieser neuen Information wurden Tests entwickelt, um die proprietären Substrate zu nutzen, die, wenn sie durch ein Enzym hydrolysiert werden, eine Fluoreszenz erzeugen, die entweder von einem Fluorometer oder durch Zugabe eines Reagenz zur Erzeugung einer kolorometrischen Reaktion abgelesen werden kann.
Andere diagnostische Systeme müssen die Bakterienzelle selbst finden, indem sie die Probe in Kulturen züchten oder DNA unter Verwendung eines PCR/NAAT-Systems replizieren. Diese Verfahren benötigen in den meisten Fällen mehr als einen Tag, um Ergebnisse ab dem Zeitpunkt der Probenentnahme zu erhalten, und sie erfordern geschulte Labortechniker und teure Ausrüstung. Unter Verwendung einer Enzym-Nachweismethode können Bakterien Tausende von Molekülen eines Enzyms produzieren, was die Wahrscheinlichkeit und die Zeit erhöht, dass sie viel schneller nachgewiesen werden als alle anderen Nachweismethoden.
KITS ZUM NACHWEIS VON BAKTERIELLEN ENZYMEN
Mit dieser Methodik können Nachweiskits für bakterielle Enzyme, die entweder als manuelle Tupferkits oder als digitale tragbare Fluorometerkits erhältlich sind, im Feld verwendet werden, um Oberflächen und Lebensmittel auf Gesamtorganismen, gramnegative Bakterien (Enterobacteriaceae) zu testen. Die Tests bestätigen das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Bakterien über normalen Hintergrundwerten mit Ergebnissen vor Ort in 20 Minuten. Die Tests sind einfach durchzuführen, erfordern keine zusätzliche Ausrüstung und erkennen auch Bakterien, die sich im Biofilm verstecken. Die Genauigkeit beträgt im Vergleich zu herkömmlichen Methoden mehr als 98 Prozent, wenn mehr als 1,000 Organismen pro Teststreifen vorhanden sind. Die Kits dienen als Screening-Tool zur Suche nach „Hot Spots“, die ein nicht akzeptables Maß an bakterieller Kontamination aufweisen. Da sie kostengünstig, schnell und einfach zu verwenden sind, können häufigere Überwachungen und Tests durchgeführt werden.
VORTEILE
Assays zum Nachweis von Enzymbakterien haben viele Vorteile gegenüber Standardkultur-, ATP- und PCR-Assays, einschließlich schnellerer Geschwindigkeit, Benutzerfreundlichkeit, höherer Genauigkeit, geringeren Kosten und der Fähigkeit, Biofilm nachzuweisen. Enzymassays liefern Ergebnisse in nur 20 Minuten von Probe zu Ergebnis, und die Ergebnisse sind vor Ort oder vor Ort verfügbar, da die Proben nicht an ein Labor geschickt werden müssen. Kultur- oder PCR-Assays verwenden spezielle Geräte und geschulte Techniker, wo dies bei Assays nicht der Fall ist, was sie zu einem effektiven, kostengünstigen Screening-Tool für Lebensmittelerzeuger und -verarbeiter macht.
FAZIT
Gegenwärtige Kultur-, ATP- und PCR-Assays sind teuer, langsam und umständlich. Die Verwendung des Enzymnachweises zur Identifizierung von Bakterien im Feld bietet eine genaue, schnelle und kostengünstige Möglichkeit, auf gefährliche Mengen an bakterieller Kontamination zu screenen. Ein kostengünstiges Screening-Tool bedeutet, dass Benutzer häufiger testen können, wodurch die Erfolgsrate beim Auffangen von bakterieller Kontamination erheblich erhöht wird, bevor sie ihren Weg zum Verbraucher findet.