Los investigadores de ingeniería del Instituto Politécnico Rensselaer han desarrollado un nuevo método para matar bacterias patógenas mortales, incluida la listeria, en manipulación y envasado de alimentos. Esta innovación representa una alternativa al uso de antibióticos o descontaminación química en los sistemas de suministro de alimentos.

Usando la naturaleza como inspiración, los investigadores unieron con éxito enzimas líticas celulares a nanopartículas de sílice aptas para alimentos, y creó un recubrimiento con la capacidad demostrada de matar selectivamente la listeria, una peligrosa bacteria transmitida por los alimentos que causa aproximadamente 500 muertes cada año en los Estados Unidos. El recubrimiento mata la listeria al contacto, incluso a altas concentraciones, dentro de unos minutos sin afectar a otras bacterias. Las enzimas líticas también se pueden unir a nanopartículas de almidón comúnmente utilizadas en el envasado de alimentos.

Este nuevo método es modular, y mediante el uso de diferentes enzimas líticas, podría diseñarse para crear superficies que se dirijan selectivamente a otras bacterias mortales como el ántrax, dijo Jonathan Dordick, vicepresidente de investigación y profesor Howard P. Isermann en Rensselaer, que ayudó a dirigir el estudio.

Esta investigación, que combinó la experiencia de ingenieros químicos y científicos de materiales, tuvo lugar en el Centro Rensselaer de Biotecnología y Estudios Interdisciplinarios y el Centro Rensselaer de Ciencia e Ingeniería a Nanoescala para el Montaje Dirigido de Nanoestructuras. Colaborando con Dordick estaban los colegas de Rensselaer Ravi Kane, el P.K. Profesor Lashmet de Ingeniería Química y Biológica, y Linda Schadler, el profesor Russell Sage y decano asociado de asuntos académicos de la Escuela de Ingeniería Rensselaer.

"En este estudio, hemos identificado una nueva estrategia para matar selectivamente tipos específicos de bacterias. Los aerosoles o recubrimientos estables a base de enzimas podrían usarse en la infraestructura de suministro de alimentos, desde el equipo de recolección hasta el empaque y la preparación, para matar la listeria antes de que alguien tenga la oportunidad de enfermarse. ", Dijo Kane." Lo más emocionante es que podemos adaptar esta tecnología para todos los diferentes tipos de bacterias dañinas o mortales ".

Los resultados del estudio se detallan en el artículo "Nanocomposites listericidas basados ​​en enzimas, "publicado hoy en la revista Informes científicos del Nature Publishing Group.

Este estudio más reciente se basa en el éxito del equipo de investigación en 2010 al crear un recubrimiento para matar resistentes a la meticilina. Staphylococcus aureus (MRSA), la bacteria responsable de las infecciones resistentes a los antibióticos. Si bien el revestimiento anterior estaba destinado a su uso en equipos quirúrgicos y paredes de hospitales, el desarrollo de un recubrimiento que mata la listeria tuvo el desafío adicional de tener que ser seguro para los alimentos.

Dordick y el equipo de investigación encontraron su respuesta en las enzimas líticas. Virus que afectan a las bacterias llamados fagos, inyectar su material genético en células sanas. El fago se apodera de una célula sana, y de hecho transforma la célula huésped en una pequeña fábrica que crea más fagos. Cerca del final de su ciclo de vida, el fago original crea y libera enzimas líticas, que se descomponen y hacen agujeros en las paredes celulares de las bacterias infectadas. Los fagos fabricados escapan a través de estos agujeros y continúan infectando otras células sanas.

La naturaleza usó enzimas líticas para romper las células bacterianas, Dordick dijo:y los investigadores trabajaron durante años para aprovechar las mismas enzimas líticas para romper bacterias como MRSA y listeria.

Para estabilizar las enzimas líticas que matan la listeria, llamado Ply500, los investigadores los adjuntaron a nanopartículas de sílice aprobadas por la Administración de Alimentos y Medicamentos de EE. UU. para crear una película ultrafina. Los investigadores también utilizaron la proteína de unión a maltosa para unir Ply500 a nanopartículas de almidón comestible que se utilizan comúnmente en el envasado de alimentos. Ambas formulaciones de Ply500 fueron efectivas para matar en 24 horas toda la listeria en concentraciones tan altas como 100, 000 bacterias por mililitro, una concentración significativamente más alta que la que se encuentra normalmente en situaciones de contaminación de alimentos.

"El almidón es económico, material comestible a menudo rociado en el envase como una capa de polvo sobre el producto cárnico. Aprovechamos la afinidad natural de una proteína de unión a maltosa fusionada con Ply500, y Ply500 unido biológicamente al almidón como no antibiótico, agente no químico para reducir la amenaza de la listeria a nuestro suministro de alimentos, "Dijo Schadler.

Viendo hacia adelante, el equipo de investigación planea continuar investigando nuevos métodos para aprovechar el poder de las enzimas líticas para matar selectivamente las bacterias dañinas.