Een kerstboom zie je pas echt goed als je er lampjes in hangt. Zoiets moet ook werken als je ziekmakende bacteriën versiert met reflectoren, moeten deze onderzoekers hebben gedacht.
Een bacterie is een eencellig organisme en is meestal slechts enkele micrometers lang. Na een monstername in bijvoorbeeld een voedselproductiefaciliteit kweek je bacteriën daarom op, zodat een klompje cellen ontstaat dat beter te detecteren is, met een microscoop of het blote oog. In de tijd die dit kost, soms meer dan twee dagen, kan de bacterie in de fabriek doorgroeien en schade aanrichten.
Wetenschappers van de Osaka Metropolitan University in Japan ontwikkelden een procedure waarmee je de uitslag binnen een uur in handen kunt hebben. De truc? Ze kleden de bacteriën aan met piepkleine reflectoren, zodat je ze veel beter kunt zien als je er licht op schijnt. Ideaal voor voedselfabrikanten om snel en efficiënt de voedselveiligheid te verbeteren, zeggen de wetenschappers in hun artikel dat medio 2022 werd gepubliceerd in wetenschappelijk tijdschrift Analytical Chemistry.
Unieke versiering
Om te begrijpen hoe de methode werkt, moeten we de reflectoren van dichtbij bekijken. De basis bestaat uit piepkleine deeltjes goud, zilver of koper. Probleem: als deze nanodeeltjes samenklonteren, verandert de kleur van het licht dat ze reflecteren. Daarom combineerden de onderzoekers de metalen nanodeeltjes met polyaniline, een veelgebruikt geleidend molecuul. Het resultaat is een zogenoemde nanohybride structuur (NH) die altijd oplicht in dezelfde kleur. Een NH met goud als metaal, herken je als wit gereflecteerd licht. Gebruik je zilver, dan zie je een rode kleur. En een koperen NH reflecteert blauw licht. De volgende stap is om de reflectoren, of labels, te matchen met bepaalde bacteriën. De onderzoekers kozen voor bacteriesoorten die voedselvergiftiging veroorzaken. De match werd gemaakt door antilichamen aan de NH’s te koppelen. Een antilichaam is een eiwit dat fuctioneert als unieke sleutel die alleen past in een specifiek ‘sleutelgat’, ofwel receptor, op de celwand van de bacterie. En die receptoren verschillen per bacteriesoort. En dus koppelde het onderzoeksteam de NH met goud aan Escherichia coli O26, te herkennen aan wit gereflecteerd licht. Een ander E. colitype, namelijk O157, werd gematcht met zilveren NH’s (rood licht) en tot slot kozen de wetenschappers ervoor om Staphylococcus aureus te binden aan koperNH’s, met blauw licht tot gevolg.
In de spotlights
Dan is het tijd om de bacteriën in de spotlights te zetten. Dat gebeurt met donkerveldmicroscopie. De achtergrond van het microscoopmonster is daarbij donker gemaakt, waardoor je het gereflecteerde licht goed kunt zien. Omdat de cellen fel oplichten, kun je een enkele bacterie al herkennen, zie de afbeelding hiernaast. Opkweken hoeft dus niet meer, wat wel nodig is bij bijvoorbeeld de veelgebruikte lateral flow test. Daarbij spelen metalen nanodeeltjes ook een rol, maar omdat de intensiteit van het label laag is, heb je veel labels, en dus bacteriën, nodig om de analyse te kunnen doen.
Om de methode te testen, voegden de onderzoekers de drie bacteriën toe aan monsters van rottend vlees, waarin natuurlijk allerlei andere organismen rondzwerven. Het team kon alle drie de toegevoegde bacteriestammen identificeren dankzij de labels. En omdat je het antilichaam kunt aanpassen op basis van de bacterie die je zoekt, kun je met deze methode allerlei bacterietypes opsporen.
Professor Shiigi, die het onderzoek leidde, zegt in een persbericht van de universiteit: “Ons doel is om nieuwe detectie en testmethoden aan te tonen middels de ontwikkeling van unieke nanobiomaterialen. Met deze ontwikkeling hopen we niet alleen bij te dragen aan voedselveiligheid, maar ook aan een veilige en welvarende maatschappij wat betreft stabiele aanvoer en controle van voeding, medicijnen en gezondheid.”
Referenties:
upc-osaka.ac.jp/new-univ/en-research/news/20220829/
Artikel: Tanabe, S., Itagaki, S., Matsui, K., Nishii, S., Yamamoto, Y., Sadanaga, Y., & Shiigi, H. (2022). Simultaneous Optical Detection of Multiple Bacterial Species Using Nanometer-Scaled Metal–Organic Hybrids. Analytical Chemistry, 94(31), 10984–10990. https://doi.org/10.1021/acs. analchem.2c01188