O patógeno de origem alimentar Escherichia coli O157 causa cerca de 73, 000 doenças e 60 mortes todos os anos nos Estados Unidos. Melhores testes de segurança podem ajudar a evitar algumas das doenças causadas por esta cepa de E. coli e outras bactérias prejudiciais, de acordo com pesquisadores do MIT que descobriram uma possível nova solução.

O novo teste MIT é baseado em um novo tipo de gota líquida que pode se ligar a proteínas bacterianas. Esta interação, que pode ser detectado a olho nu ou smartphone, poderia oferecer uma alternativa muito mais rápida e barata aos testes de segurança alimentar existentes.

"É uma maneira totalmente nova de detectar, "diz Timothy Swager, o John D. MacArthur Professor de Química no MIT e o autor sênior do estudo. "O que temos aqui é algo que pode ser muito mais barato, com baixos custos de entrada. "

Qifan Zhang, um estudante de pós-graduação do MIT, é o autor principal do artigo, que aparece no jornal ACS Central Science . Outros autores são Suchol Savagatrup, um pós-doutorado no MIT; Peter Seeberger, diretor do Instituto Max Planck de Colóides e Interfaces na Alemanha; e Paulina Kaplonek, um estudante de graduação no Instituto Max Planck.

Detecção de bactérias

Dois anos atrás, O laboratório de Swager desenvolveu uma maneira de facilmente fazer gotículas complexas, incluindo gotículas chamadas de emulsões de Janus. Essas gotículas de Janus consistem em dois hemisférios de tamanhos iguais, um feito de um fluorocarbono e outro feito de um hidrocarboneto. O fluorocarbono é mais denso do que o hidrocarboneto, então, quando as gotas ficam em uma superfície, a metade do fluorocarbono está sempre na parte inferior.

Os pesquisadores decidiram explorar o uso dessas gotículas como sensores por causa de suas propriedades ópticas únicas. Em seu estado natural, as gotas de Janus são transparentes quando vistas de cima, mas eles parecem opacos se vistos de lado, por causa da maneira como a luz se curva ao passar pelas gotículas.

Para transformar as gotas em sensores, os pesquisadores projetaram uma molécula de surfactante contendo açúcar manose para se automontar na interface hidrocarboneto-água, que constitui a metade superior da superfície da gota. Essas moléculas podem se ligar a uma proteína chamada lectina, que é encontrada na superfície de algumas cepas de E. coli. Quando E. coli está presente, as gotículas se ligam às proteínas e se aglomeram. Isso desequilibra as partículas, para que a luz que atinge eles se espalhe em muitas direções, e as gotas tornam-se opacas quando vistas de cima.

"Estamos usando o reconhecimento molecular nativo que esses patógenos usam. Eles se reconhecem com esses esquemas fracos de ligação de carboidrato-lectina." Swager diz. "Aproveitamos a multivalência das gotículas para aumentar a afinidade de ligação, e isso é algo muito diferente do que outros sensores estão usando. "

Para demonstrar como essas gotículas podem ser usadas para detecção, os pesquisadores os colocaram em uma placa de Petri sobre um código QR que pode ser lido com um smartphone. Quando E. coli está presente, as gotas se aglomeram e o código QR não pode ser lido.

Chad Mirkin, professor de química da Northwestern University e diretor do International Institute for Nanotechnology, descreveu as partículas como "uma nova classe poderosa de ensaios".

"Eles são elegantemente simples, mas contam com novas abordagens inteligentes para fazer e manipular emulsões, "diz Mirkin, que não participou da pesquisa. "Esta demonstração de prova de conceito na detecção de patógenos de origem alimentar é convincente, visto que constituem uma classe importante de analitos que define uma necessidade não atendida na comunidade de biossensores. "

Mais rápido e mais barato

Os testes atuais de segurança alimentar frequentemente envolvem colocar amostras de alimentos em um prato de cultura para ver se colônias de bactérias nocivas se formam, mas esse processo leva de dois a três dias. Técnicas mais rápidas baseadas na amplificação de DNA bacteriano ou interações anticorpo-bactéria são caras e requerem instrumentos especiais.

A equipe do MIT espera adaptar sua nova tecnologia em conjuntos de pequenos poços, cada um contendo gotículas personalizadas para detectar um patógeno diferente e vinculado a um código QR diferente. Isso pode permitir rápido, detecção barata de contaminação usando apenas um smartphone.

"A grande vantagem do nosso dispositivo é que você não precisa de instrumentos especializados e treinamento técnico para fazer isso, "Diz Zhang." Isso pode capacitar as pessoas da fábrica, antes de enviar a comida, para digitalizar e testar para ter certeza de que é seguro. "

Os pesquisadores agora estão trabalhando na otimização da preparação de amostras de alimentos para que possam ser colocadas nos poços com as gotas. Eles também planejam criar gotículas personalizadas com açúcares mais complexos que se ligariam a diferentes proteínas bacterianas. Nesse artigo, os pesquisadores usaram um açúcar que se liga a um tipo não patogênico de E. coli, mas eles esperam poder adaptar o sensor a outras cepas de E. coli e outras bactérias nocivas.

"Você pode imaginar a produção de gotículas realmente seletivas para capturar bactérias diferentes, com base no açúcar que colocamos neles, "Savagatrup diz.

Os pesquisadores também estão tentando melhorar a sensibilidade do sensor, que atualmente é semelhante às técnicas existentes, mas tem potencial para ser muito maior, eles acreditam. Eles esperam lançar uma empresa para comercializar a tecnologia dentro de um ano e meio.

Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.