08.12.2022 - McMaster University

Lebensmittel-Dekontaminations-Spray setzt "Milliarden kleiner Soldaten" ein

Forscher machen sich bakterienfressende Viren zunutze, um eine wirksame neue Waffe gegen Kontamination und Infektion zu entwickeln

Forscher der McMaster University haben eine wirksame neue Waffe gegen bakterielle Kontaminationen und Infektionen entwickelt.

Sie haben eine Methode entwickelt, um Bakteriophagen - harmlose Viren, die Bakterien fressen - dazu zu bringen, sich miteinander zu verbinden und mikroskopisch kleine Kügelchen zu bilden. Diese Kügelchen können sicher auf Lebensmittel und andere Materialien aufgebracht werden, um sie von schädlichen Krankheitserregern wie E. coli 0157 zu befreien. Jedes Kügelchen hat einen Durchmesser von etwa 20 Mikrometern (ein Fünfzigstel eines Millimeters) und ist mit Millionen von Phagen beladen.

Das McMaster-Ingenieurteam, das hinter dieser Erfindung steht, hat unter der Leitung der Professoren Zeinab Hosseinidoust, Inhaber des kanadischen Forschungslehrstuhls für Bakteriophagen-Biotechnik, und Tohid Didar, Inhaber des kanadischen Forschungslehrstuhls für Nano-Biomaterialien, sowie des Doktoranden Lei Tian ein Spray entwickelt, das ausschließlich aus den Mikrokügelchen besteht.

Das sprühbare neue Superdesinfektionsmittel der Forscher ist lebensmittelecht und hochwirksam, wie sie in einem heute in der einflussreichen Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlichten Artikel beschreiben (der Link wird bei der Veröffentlichung aktiv) .

Der Doktorand und Vanier-Stipendiat Shadman Khan arbeitete mit Tian zusammen, um das antibakterielle Spray auf Lebensmitteln zu testen.

"Wenn wir es auf Lebensmittel sprühen, versammeln wir im Grunde Milliarden von Mini-Soldaten, um unsere Lebensmittel vor bakterieller Kontamination zu schützen", sagt Tian, der die Studie im Rahmen seiner Doktorarbeit leitete.

Die Forschungsarbeit baut auf denselben chemischen Verfahren auf, die das Labor von Hosseinidoust zuvor verwendet hatte, um Phagen dazu zu bringen, sich in ausreichender Menge miteinander zu verbinden, um ein Gel zu bilden.

"Sie verbinden sich miteinander wie mikroskopische Legosteine", sagt sie. "Diese organisierte natürliche Struktur macht sie viel haltbarer und einfacher zu verpacken, zu lagern und zu verwenden."

Vor der Einführung von Penicillin in den 1940er Jahren war die Forschung an Phagen-Desinfektionsmitteln und -Therapien sehr vielversprechend, aber das Interesse an der Entwicklung ihres Potenzials ließ nach, als Antibiotika auf Penicillinbasis auf den Markt kamen. Jetzt, da die antimikrobielle Resistenz die Wirksamkeit der vorhandenen Antibiotika untergräbt, ist das Interesse an der Phagenforschung wieder groß.

Wenn Phagen - die natürlicherweise im Körper und in der Umwelt vorkommen - mit den Zielbakterien in Kontakt kommen, vermehren sie sich und steigern so explosionsartig ihre antimikrobielle Wirkung.

"Es handelt sich um eine Kettenreaktion, die eine dynamische und kontinuierliche Reaktion hervorruft, die sogar stärker ist als die von Antibiotika", sagt Didar. "Kein anderes antibakterielles Produkt - nicht einmal Bleichmittel - hat die besonderen Eigenschaften von Phagen".

Ein weiterer großer Vorteil des Einsatzes von Phagen in der Landwirtschaft und der Lebensmittelproduktion besteht darin, dass sie sehr gezielt eingesetzt werden können, um schädliche Bakterienstämme zu beseitigen, ohne dabei nützliche Bakterien abzutöten, die den Geschmack, den Geruch und die Konsistenz von Lebensmitteln verbessern.

Das neue Phagen-Spray hat ein vielversprechendes Potenzial für eine kommerzielle Anwendung, so die Forscher, zumal Phagen bereits von der US Food and Drug Administration für die Verwendung in Lebensmitteln zugelassen wurden.

Die Forschungsarbeit zeigt, dass das sprühbare Material E. coli 0157 in Salat und Fleisch beseitigen kann, die häufig die Quelle von Krankheitsausbrüchen sind.

Den Forschern zufolge kann derselbe Ansatz ohne weiteres auch gegen andere Bakterien eingesetzt werden, die Lebensmittelvergiftungen verursachen, wie Salmonellen und Listerien - einzeln oder in Kombination.

Phagen-Sprays könnten bei der Lebensmittelverarbeitung, -verpackung und -reinigung und sogar bei der Behandlung von Bewässerungswasser und -geräten eingesetzt werden, um die Kontamination an der Quelle zu stoppen, so die Forscher.

Die Forschungsarbeit, die im Rahmen des Global Nexus for Pandemics and Biological Threats von McMaster durchgeführt wurde, kombiniert und erweitert die frühere Arbeit von Hosseinidousts Labor mit der Arbeit, die Didar und andere McMaster-Kollegen geleistet hatten, um mikroskopische Sensoren und Oberflächen zu entwickeln, die Krankheitserreger in Lebensmitteln erkennen und abwehren können.

Zu den Co-Autoren der Arbeit gehören auch Leon He, Kyle Jackson, Ahmed Saif und Zeqi Wan.

Als Nächstes plant die Gruppe, die vielversprechenden Anwendungen des neuen Materials in der Medizin zu testen, wo es z. B. zur Desinfektion von Wunden eingesetzt werden könnte. Medizinische Anwendungen brauchen mehr Zeit, um sich als sicher und wirksam zu erweisen, aber ein Produkt zur Desinfektion in der Lebensmittelverarbeitung könnte viel schneller auf den Markt kommen.

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