Биосенсор из светящихся бактерий предупредит о порче вина

Исследователи создали живой биосенсор из бактерий, который начинает светиться при обнаружении уксусной кислоты — основного химического сигнала о начале порчи вина. Он работает в реальном времени, даже в условиях высокого содержания алкоголя, что позволяет виноделам выявлять проблемы на ранней стадии, до того как пострадают вкус и качество продукта. Этот подход может стать более простой и дешёвой альтернативой лабораторным тестам и укрепить контроль качества во многих отраслях, основанных на ферментации.

Исследование возглавляла аспирантка Еврейского университета в Иерусалиме Юлия Мельник-Кеслер под руководством профессора Яэль Хельман в сотрудничестве с профессором Одедом Шосеевым. Результаты опубликованы в журнале Microbial Biotechnology.

Как уксусная кислота влияет на качество вина

Порча вина часто вызвана накоплением уксусной кислоты, соединения, ответственного за уксусный запах и кислый вкус. Как только уровень уксусной кислоты повышается, процесс ферментации может остановиться, и вино станет непригодным для питья.

Современные методы измерения уксусной кислоты основаны на лабораторных методиках, таких как газовая или жидкостная хроматография, которые дороги, медленны и требуют отбора жидких проб. Эти ограничения затрудняют для виноделен мониторинг ферментации в реальном времени и своевременную реакцию.

Разработка и принцип работы биосенсора

Чтобы решить эту проблему, команда профессора Хельман создала живой биосенсор из генетически модифицированных бактерий, которые светятся в ответ на уксусную кислоту. Система использует естественный бактериальный регулятор YwbIR, изначально обнаруженный в Bacillus subtilis. В биосенсоре он активирует ген, производящий свет, при обнаружении уксусной кислоты. Когда кислота присутствует, биосенсор испускает измеримый люминесцентный сигнал, позволяя точно определить количество соединения.

В лабораторных тестах биосенсор показал сильную и линейную реакцию на уровни уксусной кислоты от 0 до 1 грамма на литр. Этот диапазон критически важен для виноделов, так как порча обычно начинается при достижении уровня примерно 0,7 грамма на литр. При таких концентрациях сигнал увеличивался в пять-восемь раз, давая чёткое предупреждение задолго до того, как вино станет непригодным.

Эффективность и более широкое применение

Одним из важнейших прорывов является то, что сенсор работает не только в жидкости, но и в воздухе над вином. Это означает, что он может обнаруживать летучую уксусную кислоту в газовом пространстве бутылки или ферментационного танка, не открывая его. В тестах с коммерческими красными и белыми винами биосенсор успешно отличал нормальное вино от вина, искусственно испорченного добавлением уксусной кислоты, производя чёткое увеличение светового сигнала в течение двух часов.

В отличие от многих электронных или оптических сенсоров, новый биосенсор остаётся надёжным даже в условиях высокого содержания алкоголя. Он точно функционировал в винах с содержанием алкоголя до 14,5%, что обычно мешает работе традиционных систем детекции.

Помимо виноделия, исследователи полагают, что технология может иметь гораздо более широкое применение. Уксусная кислота является важным индикатором во многих отраслях, основанных на ферментации, включая производство продуктов питания и биотоплива. Она также становится биомаркером для определённых заболеваний, а это значит, что будущие версии биосенсора потенциально можно адаптировать для неинвазивной медицинской диагностики, например, анализа дыхания.

«Эта система позволяет нам обнаруживать уксусную кислоту в реальном времени без сложного оборудования или обработки проб, — сказала доктор Хельман. — Она открывает путь к доступному мониторингу качества ферментации прямо на месте и, в будущем, может даже поддержать медицинскую диагностику на основе летучих биомаркеров».

Источник: Hebrew University of Jerusalem