Czujnik z żywej komórki

Naukowcy z Uniwersytetu Purdue stworzyli nową technologię, która umożliwia jednoczesne badanie tysięcy próbek pożywienia lub wody w poszukiwaniu groźnych dla człowieka mikroorganizmów. Donoszą oni, że badanie takie można wykonać w czasie zaledwie jednej do dwóch godzin.

Technologia opiera się na wykorzystaniu żywych komórek ssaczych, które w momencie uszkodzenia wydzielają do pożywki chemiczne "sygnały stresu". Sam pomiar jest dokonywany przez aparaturę optyczną podłączoną do komputera.

Arun Bhunia, główny autor wynalazku, tłumaczy: Do zapewnienia biobezpieczeństwa i bezpieczeństwa żywności bardzo potrzebny jest szybki i wiarygodny test. Bardzo ważne jest to, że nasza technologia umożliwia zbadanie próbki w poszukiwaniu wielu patogenów jednocześnie, a także określenie ich ilości w badanej próbce. Dzięki temu możemy ocenić stopień zagrożenia patogenami zawartymi w badanym materiale oraz podjąć decyzję, jakie środki należy podjąć, aby zminimalizować ryzyko infekcji.

Sercem układu zwanego biosensorem są komórki zawieszone w trójwymiarowej "sieci" stworzonej przez włókna kolagenowe, umieszczone na płytkach laboratoryjnych. Tak przygotowany zestaw jest gotowy do działania - wystarczy dodać do pożywki odpowiednią ilość badanego pożywienia lub wody, a następnie poczekać na reakcję komórek w odpowiedzi na ewentualną obecność mikroorganizmów.

Test umożliwia nie tylko wykrycie bakterii, ale także pozwala odróżnić patogeny żywe od martwych. Dzięki temu zmniejszony został odsetek "fałszywych alarmów" (zwanych fachowo "wynikami fałszywie pozytywnymi"), pojawiających się często w podobnych testach poprzedniej generacji. Kolejną zaletą stworzonego sensora jest jego mobilność i uniwersalność. Przygotowaną płytkę można bowiem zabrać ze sobą np. do zakładu produkcji żywności i pobrać próbki bezpośrednio na nią. W takiej sytuacji komórki "analizują" próbkę już w czasie podróży powrotnej do laboratorium, dzięki czemu odczyt wyników jest znacznie szybszy.

Mechanizm działania sensora jest bardzo prosty. W odpowiedzi na obecność patogenu (najczęściej jest to bakteria), komórki produkują i wydzielają specjalny enzym - alkaliczną fosfatazę. Jest to naturalny sygnał, wysyłany do otaczających komórek w odpowiedzi na uszkodzenie błony komórkowej. Po określonym czasie do pożywki należy dodać specjalny związek, który pod wpływem enzymu wybarwia się na żółto. W następnym etapie wystarczy prosta analiza barwy pożywki. Pozwala ona stwierdzić, jaka ilość enzymu została wydzielona przez komórki, co daje przybliżoną informację o stężeniu bakterii w próbce. Aby zwiększyć czułość analiz, wyselekcjonowano komórki o podwyższonej produkcji alkalicznej fosfatazy. Autorzy technologii sugerują jednak, że w podobny sposób można zastosować także inne enzymy, które umożliwiłyby wykrywanie innych rodzajów mikroorganizmów.

Obecnie najtrudniejszym zadaniem stojącym przed badaczami jest przedłużenie czasu życia komórek zawieszonych w kolagenowej sieci. Teraz są one bowiem w stanie przeżyć zaledwie 4-6 dni. To za mało - aby test mógł znaleźć powszechne zastosowanie, komórki powinny być w stanie przeżyć co najmniej dwa tygodnie. Stawka jest jednak wysoka, gdyż o stworzenie podobnego biologicznego "urządzenia" stara się obecnie wiele uczelni i firm na całym świecie.

biosensor żywe komórki ssacze mikroorganizm Arun Bhunia alkaliczna fosfataza