Новые наночастицы сокращают время обнаружения вирусов в воде и еде с дней до часов

Платформа для выделения и обнаружения патогенов на основе gMNP (создано с помощью BioRender). Автор: Food Quality and Safety (2025). DOI: 10.1093/fqsafe/fyaf007

Ожидание — самая трудная часть. Особенно когда речь идет о тестировании воды или пищевых продуктов на загрязнение, которое в некоторых случаях может занимать дни или даже неделю, оставляя возможность того, что люди подверглись воздействию вредных веществ, не зная об этом.

Чтобы решить эту проблему, исследователи из Университета штата Мичиган разработали два инновационных метода тестирования на бактерии и вирусы в пище и воде, которые сокращают это время с дней до часов, предлагая результаты в реальном времени прямо на месте.

«Мы знаем, что это проблема, — говорит Эванджелин Алосилья, профессор кафедры биосистем и сельскохозяйственной инженерии инженерного колледжа. — Пляж закрыт сегодня, но как насчет людей, которые плавали до того, как пришли результаты тестов?»

Алосилья и ее команда разработали магнитные наночастицы с гликановым покрытием, которые тоньше ширины человеческого волоса, для удаления и идентификации микробных загрязнителей из пищи и воды.

Исследование было опубликовано в журнале Food Safety and Quality.

Гликан — это сахар, который присоединяется к белкам, находящимся на поверхности вирусов и бактерий. Как только наночастицы прилипают к бактериям, магнит используется для отделения частиц и бактерий от образца. Затем загрязнитель легко удаляется.

После удаления загрязнителя следующий шаг — идентификация типа бактерии с помощью биосенсора, который может обнаруживать живые организмы. Биосенсор использует золотые наночастицы, которые внедряются в ДНК бактерий, если присутствует конкретный искомый ген.

Если золотые наночастицы выглядят красными, целевой ген присутствует. Если же они меняют цвет с красного на синий, это означает, что наночастицы сгруппировались, а целевой ген отсутствует.

(A) TEM-микрофотография синтезированных gMNP и (B) результаты Zetasizer для характеристики размера частиц gMNP. Автор: Food Quality and Safety (2025). DOI: 10.1093/fqsafe/fyaf007

Этот метод тестирования занимает около 40 минут, что означает, что пользователь может идентифицировать бактерии в воде за два-четыре часа вместо одного-двух дней. Например, сальмонелла, кампилобактер и кишечная палочка передаются через загрязненную воду и являются наиболее частыми причинами болезней пищевого происхождения в США и во всем мире.

Биосенсорная технология на основе наночастиц Алосильи может изолировать эти пищевые и водные бактерии менее чем за 30 минут, извлечь ДНК за 20 минут и обнаружить целевой ген за 40 минут, экономя время и деньги.

Благодаря технологии магнитных наночастиц с гликановым покрытием для тестирования образца требуется лишь небольшое количество наночастиц. Например, для тестирования одного литра воды или 25 граммов пищи требуется всего один миллилитр таких наночастиц.

Алосилья надеется, что эти недорогие технологии — стоимостью 10–50 центов (8–40 рублей) за тест для магнитных наночастиц с гликановым покрытием и менее 2 долларов (160 рублей) за тест для метода с золотыми наночастицами — однажды будут использоваться по всему миру для проверки качества воды и улучшения безопасности пищевых продуктов.

«Я страстно желаю помочь населению с ограниченными ресурсами, которое нуждается в помощи больше всего, потому что оно наиболее уязвимо к загрязненной воде, пище и окружающей среде, — сказала Алосилья. — Часто в этих сообществах отсутствует медицинская инфраструктура и есть ненадежные источники питания. Биосенсор на основе наночастиц отвечает потребностям, поскольку он использует простой магнит, требует минимального питания, прост в эксплуатации и не нуждается в холодном хранении».

Недавно Алосилья и ее команда начали тестировать эту интегрированную биосенсорную технологию от пробы до результата в полевых условиях для обнаружения инфекционных и устойчивых к противомикробным препаратам организмов, которую можно использовать в медицинских клиниках и отделениях неотложной помощи.

«Мы не хотим, чтобы больные люди долго ждали результатов диагностики, прежде чем им будет назначено лечение, — сказала Алосилья. — Мы хотим, чтобы они могли получить лечение как можно скорее, потому что ранняя диагностика и лечение критически важны для скорейшего выздоровления и выживания».

Дополнительная информация: Saad Asadullah Sharief et al, Magnetic extraction for rapid assessment of low-level Escherichia coli and Salmonella contamination in complex food matrices, Food Quality and Safety (2025). DOI: 10.1093/fqsafe/fyaf007

Источник: Michigan State University