Stellen Sie sich einen Tag vor, an dem ein Landwirt auf einem Feld stehen, ein Handgerät über eine Tomate schwenken und Krankheitserreger sofort erkennen kann, was möglicherweise Leben und Milliarden von Dollar rettet.
Dieser Tag ist vielleicht nicht mehr weit entfernt, dank der Forschung, die von der durchgeführt wird Alabama Agricultural Experiment Station an der Auburn University.
Als eine von 11 Universitäten, die Stipendien der US Department of Agriculture Um Nanotechnologieforschung zu betreiben, arbeiten Auburn-Wissenschaftler daran, die Überwachung von Krankheitserregern in der gesamten Lebensmittelversorgungskette zu verbessern, indem sie ein benutzerfreundliches System schaffen, das mehrere lebensmittelbedingte Krankheitserreger gleichzeitig, genau, kostengünstig und schnell erkennen kann.
USDA-Sekretär Tom Vilsack kündigte kürzlich eine Investition von mehr als 5.2 Millionen US-Dollar auf nationaler Ebene an, um die Forschung zur Verbesserung der Lebensmittelsicherheit, zur Verbesserung erneuerbarer Kraftstoffe, zur Steigerung der Ernteerträge und zur Bekämpfung landwirtschaftlicher Schädlinge zu unterstützen. Die Verleihung erfolgte durch die Landwirtschafts- und Lebensmittelforschungsinitiative, das landesweit führende wettbewerbsfähige, von Experten begutachtete Stipendienprogramm für grundlegende und angewandte Agrarwissenschaften.
Auburns Forschung ist insofern einzigartig, als sie biologische statt menschengemachte Nanotechnologie einsetzt, um ihre Ziele zu erreichen, sagt er Sang-Jin Suh, außerordentlicher Professor in Auburns Abteilung für biologische Wissenschaften.
Suh ist auch Mitglied der Erkennungs- und Lebensmittelsicherheitszentrum der Auburn University, und er schreibt seinem Direktor Bryan Chin, einem Professor für Materialtechnik, die Entwicklung der Biosensortechnologie zu, die die Grundlage für die Forschung bildet.
„Dies ist Dr. Chins Innovation, und er hat Leute wie mich – einen Bakteriengenetiker – rekrutiert, um dabei zu helfen, diese Technologien zu einem partikelbasierten Biosensor zu kombinieren, der zum Nachweis von Lebensmittelpathogenen verwendet werden kann“, sagt Suh.
Schätzungen zufolge erkranken jährlich bis zu 48 Millionen Amerikaner an durch Lebensmittel übertragenen Krankheitserregern und Toxinen, was zu einer wirtschaftlichen Belastung von fast 80 Milliarden US-Dollar führt. Diese Schätzungen berücksichtigen nicht die Kosten für die Lebensmittelindustrie, einschließlich verringertes Verbrauchervertrauen, Rückrufverluste oder Rechtsstreitigkeiten.
Da Ausbrüche lebensmittelbedingter Krankheitserreger und Rückrufe kontaminierter Lebensmittel immer häufiger wurden, wurde deutlich, dass bessere Krankheitserreger-Erkennungssysteme erforderlich sind, um kontaminierte Lebensmittel zu identifizieren, bevor sie von der Öffentlichkeit verzehrt werden.
„Wenn Lebensmittel kontaminiert sind, dauert es normalerweise Tage oder Wochen, bis die FDA, die CDC oder andere Labore das Vorhandensein von Krankheitserregern bestätigen“, sagt Suh. „Unsere Technologie schafft das in weniger als 10 Minuten.
„Gegenwärtig müssen sie bei jedem Ausbruch von lebensmittelbedingten Krankheitserregern kontaminierte Lebensmittel nehmen und daraus Bakterien züchten, was einige Stunden bis einige Tage in Anspruch nimmt. Dann werden sie sehen, ob es zum Muster eines vermuteten Erregers passt. Wir isolieren die für diesen Erreger spezifischen Sonden. Wenn es an die Sonde bindet, wissen wir, dass der jeweilige Erreger vorhanden ist.“
Zusätzlich zu der Zeitdauer, die für die Ergebnisse erforderlich ist, erfordern derzeitige Systeme zum Nachweis von Lebensmittelpathogenen teure Instrumente und eine umfassende Schulung des Personals.
„Die beiden beliebtesten Methoden zum Nachweis von Krankheitserregern erfordern neben der traditionellen Kultivierungsmethode eine umfassende Schulung“, sagt Suh. „Unsere Methode erfordert ein Minimum an Schulung. Wir stellen uns vor, dass jeder Landwirt diese Fähigkeit haben wird, Verarbeitungsbetriebe werden diese Fähigkeit haben und Lebensmittelhändler und Restaurants werden diese Fähigkeit haben. Sogar Verbraucher werden diese Technologie nutzen können.“
Der Biosensor wird ein tragbarer Monitor sein, der schließlich das Vorhandensein eines Lebensmittelpathogens in einer Entfernung von bis zu 10 Zentimetern vom Gerät erkennen wird.
„Dies ermöglicht Sicherheitskontrollen für Lebensmittel vom Bauernhof bis zum Tisch“, sagt Suh. „Der Detektor würde weniger als 500 Dollar kosten und könnte schließlich Milliarden von Dollar und viele Leben retten.“
Ein Ziel von Suhs Forschung ist die Entwicklung eines Systems, das die gleichzeitige Identifizierung mehrerer lebensmittelbedingter Krankheitserreger in Echtzeit ermöglicht, darunter Salmonella enterica, Escherichia coli und Listeria monocytogenes.
„Wir haben früher die Wirksamkeit unserer Biosensoren demonstriert für den genauen und schnellen Nachweis einzelner Krankheitserreger“, sagt Suh. „In dieser Studie werden wir ein Multiplex-System entwickeln, das in der Lage ist, das Vorhandensein mehrerer häufiger lebensmittelbedingter bakterieller Krankheitserreger nachzuweisen.
„Wenn wir unser System in zukünftigen Studien verbessern, kann es um Viren und Toxine erweitert werden, um ein umfassendes Nachweissystem für alle lebensmittelbedingten Krankheitserreger zu werden, um die öffentliche Sicherheit zu verbessern.“
Das Forscherteam von Auburn arbeitet mit Wissenschaftlern an anderen Universitäten zusammen, um diese Technologie zu nutzen und hoffentlich die FDA-Zulassung für den breiten Einsatz in der Zukunft zu erhalten.
- Paul Hollis, Universität Auburn
Quelle: Auburn University College of Agriculture