I ricercatori di ingegneria del Rensselaer Polytechnic Institute hanno sviluppato un nuovo metodo per uccidere i batteri patogeni mortali, compresa la listeria, nella manipolazione e imballaggio degli alimenti. Questa innovazione rappresenta un'alternativa all'uso di antibiotici o alla decontaminazione chimica nei sistemi di approvvigionamento alimentare.

Usando la natura come loro ispirazione, i ricercatori hanno attaccato con successo enzimi litici cellulari a nanoparticelle di silice sicure per gli alimenti, e ha creato un rivestimento con la capacità dimostrata di uccidere selettivamente la listeria, un pericoloso batterio di origine alimentare che causa circa 500 morti ogni anno negli Stati Uniti. Il rivestimento uccide la listeria al contatto, anche ad alte concentrazioni, in pochi minuti senza intaccare altri batteri. Gli enzimi litici possono anche essere attaccati alle nanoparticelle di amido comunemente usate negli imballaggi alimentari.

Questo nuovo metodo è modulare, e utilizzando diversi enzimi litici, potrebbe essere progettato per creare superfici che colpiscono selettivamente altri batteri mortali come l'antrace, disse Jonathan Dordick, vicepresidente per la ricerca e Howard P. Isermann Professor presso Rensselaer, che ha contribuito a condurre lo studio.

Questa ricerca, che combinava l'esperienza di ingegneri chimici e scienziati dei materiali, si è svolto presso il Rensselaer Center for Biotechnology and Interdisciplinary Studies e il Rensselaer Nanoscale Science and Engineering Center for the Directed Assembly of Nanostructures. A collaborare con Dordick c'erano i colleghi di Rensselaer Ravi Kane, il P.K. Lashmet Professore di Ingegneria Chimica e Biologica, e Linda Schadler, il Russell Sage Professor e preside associato per gli affari accademici per la Rensselaer School of Engineering.

"In questo studio, abbiamo identificato una nuova strategia per l'uccisione selettiva di specifici tipi di batteri. Rivestimenti o spray stabili a base di enzimi potrebbero essere utilizzati nelle infrastrutture di approvvigionamento alimentare, dall'attrezzatura per la raccolta all'imballaggio alla preparazione, per uccidere la listeria prima che qualcuno abbia la possibilità di ammalarsi. " Ha detto Kane. "La cosa più eccitante è che possiamo adattare questa tecnologia a tutti i diversi tipi di batteri nocivi o mortali".

I risultati dello studio sono dettagliati nel documento "Nanocompositi Listericidal basati su enzimi, " pubblicato oggi sulla rivista Rapporti scientifici dal gruppo editoriale Natura.

Questo studio più recente si basa sul successo del team di ricerca nel 2010 nella creazione di un rivestimento per uccidere i resistenti alla meticillina Staphylococcus aureus (MRSA), i batteri responsabili delle infezioni resistenti agli antibiotici. Mentre il rivestimento precedente era destinato all'uso su attrezzature chirurgiche e pareti ospedaliere, lo sviluppo di un rivestimento che uccide la listeria ha avuto l'ulteriore sfida di dover essere sicuro per gli alimenti.

Dordick e il team di ricerca hanno trovato la risposta negli enzimi litici. Virus che colpiscono i batteri, chiamati fagi, iniettare il loro materiale genetico in cellule sane. Il fago prende il sopravvento su una cellula sana, e in effetti trasforma la cellula ospite in una piccola fabbrica che crea più fagi. Verso la fine del suo ciclo di vita, il fago originale crea e rilascia enzimi litici, che si rompono e creano buchi nelle pareti cellulari dei batteri infetti. I fagi fabbricati sfuggono attraverso questi fori e continuano a infettare altre cellule sane.

La natura ha usato gli enzimi litici per liberarsi dalle cellule batteriche, Dordick ha detto, ei ricercatori hanno lavorato per anni per sfruttare gli stessi enzimi litici per irrompere in batteri come MRSA e listeria.

Per stabilizzare gli enzimi litici che uccidono la listeria, chiamato Ply500, i ricercatori li hanno attaccati alle nanoparticelle di silice approvate dalla Food and Drug Administration degli Stati Uniti per creare un film ultrasottile. I ricercatori hanno anche utilizzato la proteina legante il maltosio per attaccare Ply500 alle nanoparticelle di amido commestibili comunemente utilizzate negli imballaggi alimentari. Entrambe le formulazioni Ply500 sono state efficaci nell'uccidere entro 24 ore tutta la listeria a concentrazioni fino a 100, 000 batteri per millilitro, una concentrazione significativamente più alta di quella normalmente riscontrata in situazioni di contaminazione alimentare.

"L'amido è poco costoso, materiale commestibile spesso spruzzato nella confezione come strato di polvere sul prodotto a base di carne. Abbiamo sfruttato l'affinità naturale di una proteina legante il maltosio fusa a Ply500, e Ply500 biologicamente legato all'amido come non antibiotico, agente non chimico per ridurre la minaccia della listeria al nostro approvvigionamento alimentare, " ha detto Schadler.

Guardare avanti, il team di ricerca prevede di continuare a studiare nuovi metodi per sfruttare il potere degli enzimi litici per uccidere selettivamente i batteri nocivi.