El patógeno transmitido por los alimentos Escherichia coli O157 causa aproximadamente 73, 000 enfermedades y 60 muertes cada año en los Estados Unidos. Mejores pruebas de seguridad podrían ayudar a evitar algunas de las enfermedades causadas por esta cepa de E. coli y otras bacterias dañinas. según los investigadores del MIT que han ideado una posible nueva solución.

La nueva prueba MIT se basa en un nuevo tipo de gota de líquido que puede unirse a proteínas bacterianas. Esta interacción, que se puede detectar a simple vista o con un teléfono inteligente, podría ofrecer una alternativa mucho más rápida y económica a las pruebas de seguridad alimentaria existentes.

"Es una nueva forma de realizar la detección, "dice Timothy Swager, el profesor de química John D. MacArthur en el MIT y el autor principal del estudio. "Lo que tenemos aquí es algo que puede ser enormemente más barato, con bajos costos de entrada ".

Qifan Zhang, un estudiante graduado del MIT, es el autor principal del artículo, que aparece en la revista Ciencia Central ACS . Otros autores son Suchol Savagatrup, un postdoctorado del MIT; Peter Seeberger, director del Instituto Max Planck de Coloides e Interfaces en Alemania; y Paulina Kaplonek, estudiante de posgrado en el Instituto Max Planck.

Detectando bacterias

Hace dos años, El laboratorio de Swager desarrolló una forma de producir fácilmente gotitas complejas, incluidas gotitas llamadas emulsiones de Janus. Estas gotitas de Janus constan de dos hemisferios de igual tamaño, uno hecho de un fluorocarburo y otro hecho de un hidrocarburo. El fluorocarburo es más denso que el hidrocarburo, así que cuando las gotas se asientan en una superficie, la mitad de fluorocarbono siempre está en la parte inferior.

Los investigadores decidieron explorar el uso de estas gotas como sensores debido a sus propiedades ópticas únicas. En su estado natural, las gotas de Janus son transparentes cuando se ven desde arriba, pero parecen opacos si se miran de lado, debido a la forma en que la luz se dobla a medida que viaja a través de las gotas.

Para convertir las gotas en sensores, los investigadores diseñaron una molécula de surfactante que contiene azúcar manosa para autoensamblarse en la interfaz hidrocarburo-agua, que constituye la mitad superior de la superficie de la gota. Estas moléculas pueden unirse a una proteína llamada lectina, que se encuentra en la superficie de algunas cepas de E. coli. Cuando E. coli está presente, las gotitas se adhieren a las proteínas y se agrupan. Esto hace que las partículas pierdan el equilibrio, para que la luz que los golpea se esparza en muchas direcciones, y las gotitas se vuelven opacas cuando se ven desde arriba.

"Estamos utilizando el reconocimiento molecular nativo que utilizan estos patógenos. Se reconocen entre sí con estos esquemas débiles de unión de carbohidratos-lectina". Swager dice. "Aprovechamos la multivalencia de las gotas para aumentar la afinidad de unión, y esto es algo muy diferente a lo que están usando otros sensores ".

Para demostrar cómo se pueden utilizar estas gotas para la detección, los investigadores los colocaron en una placa de Petri encima de un código QR que se puede escanear con un teléfono inteligente. Cuando E. coli está presente, las gotas se agrupan y el código QR no se puede leer.

Chad Mirkin, profesor de química en la Universidad Northwestern y director del Instituto Internacional de Nanotecnología, describió las partículas como "una nueva y poderosa clase de ensayos".

"Son elegantemente simples pero se basan en nuevos enfoques inteligentes para hacer y manipular emulsiones, "dice Mirkin, que no participó en la investigación. "Esta demostración de prueba de concepto para detectar patógenos transmitidos por los alimentos es convincente, ya que constituyen una clase importante de analitos que define una necesidad insatisfecha en la comunidad de biosensores ".

Mas rapido y economico

Las pruebas de seguridad alimentaria actuales a menudo implican colocar muestras de alimentos en un plato de cultivo para ver si se forman colonias de bacterias dañinas. pero ese proceso lleva de dos a tres días. Las técnicas más rápidas basadas en la amplificación del ADN bacteriano o las interacciones anticuerpo-bacteria son costosas y requieren instrumentos especiales.

El equipo del MIT espera adaptar su nueva tecnología en arreglos de pozos pequeños, cada uno contiene gotitas personalizadas para detectar un patógeno diferente y vinculadas a un código QR diferente. Esto podría permitir Detección económica de contaminación utilizando solo un teléfono inteligente.

"La gran ventaja de nuestro dispositivo es que no necesita instrumentos especializados ni capacitación técnica para hacer esto, "Dice Zhang." Eso puede permitir que las personas de la fábrica, antes de enviar la comida, para escanearlo y probarlo para asegurarse de que sea seguro ".

Los investigadores ahora están trabajando para optimizar la preparación de las muestras de alimentos para que puedan colocarse en los pozos con las gotas. También planean crear gotas personalizadas con azúcares más complejos que se unirían a diferentes proteínas bacterianas. En este papel, los investigadores utilizaron un azúcar que se une a un tipo no patógeno de E. coli, pero esperan poder adaptar el sensor a otras cepas de E. coli y otras bacterias dañinas.

"Podrías imaginarte haciendo gotitas realmente selectivas para atrapar diferentes bacterias, en función del azúcar que les ponemos, "Dice Savagatrup.

Los investigadores también están tratando de mejorar la sensibilidad del sensor, que actualmente es similar a las técnicas existentes pero tiene el potencial de ser mucho mayor, ellos creen. Esperan lanzar una empresa para comercializar la tecnología dentro del próximo año y medio.

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.