Модернизированные бактериофаги могут находить и отделять бактерии от пищи и воды

Вирусы, называемые бактериофагами или просто фагами, нападают на бактерии, чтобы заразить их. Путем уточнения ДНК бактериофагов и их декомпозиции с помощью магнитных наночастиц, исследователи создали инструмент, который может заставить бактерии проявить себя. Эти изменения могут повысить чувствительность и скорость обнаружения бактерий в загрязненной пище или воде, сообщают исследователи на ежегодной встрече Американского химического общества.

Конкурирующие технологии для обнаружения бактерий используют антитела, продукт иммунного ответа. Но они очень дороги и эффективны при определенной температуре и диапазоне pH. Напротив, фаги «существуют повсюду», что делает их потенциально более широко полезными в качестве охотников за бактериями, сказал ученый Сэм Нуген, который возглавляет команду, разрабатывающую бактериофаги в Университете Корнелла.

Фаги идентифицируют и захватывают бактерии, используя белки на своих хвостовых волокнах, которые образуют прочную связь с соединениями на поверхности бактериальных клеток. Чтобы заразить клетку, фаг вводит в нее свой генетический материал. Он захватывает клетку, заставляя ее производить фаговые клоны.

Исследователи запрограммировали фаги для маркировки бактерий E. coli (кишечной палочки). Инженерные фаги команды ученых содержали дополнительную ДНК, которая говорила бактериям о том, чтобы сделать легко обнаруживаемый фермент. Когда инфекция приводила к разрыву бактериальных клеток и высвобождению новых фагов, химическая реакция с участием фермента вызывала измеримый сигнал: свет, цвет или электрический ток. Например, фаги подвергли воздействию бактерии кишечной палочки в молоке и апельсиновом соке, превратив жидкости в красные и розовые.

Исследователи также создали фаги с наночастицами: с магнитным железом и кобальтом. Как только фаги прикреплялись к бактериям, исследователи могли использовать магнит для обнаружения бактерий до того, как бактерии разорвутся и объявят о своем присутствии.

Это позволило ученым обнаружить очень низкие концентрации бактерий: менее 10 клеток E. coli в половине стакана воды. Обычные методы выращивают бактерии в колонии, чтобы найти их, и это может занять до двух дней. Но, используя фагов, Нуген и его коллеги просто пропустили этот шаг и обнаружили клетки в течение нескольких часов.

Кроме того, фаги заражают только бактерии, которые могут воспроизводиться, позволяя исследователям различать живые клетки и клетки убитые антибиотиками, теплом или хлором.

Фаги также могут оказаться полезными для крови человека. Там, фаги обеспечили бы способ найти резистентные бактерии, оставшиеся в живых после курса антибиотиков.

Следующая задача: настроить бактериофаги так, чтобы они нападали на заданные бактерии. В природе фаги добывают определенные виды. Но в пище может быть полезно обнаружить нескольких обычных возбудителей, таких как кишечная палочка, сальмонелла и листерия.