Los productos como la lechuga y la espinaca se analizan de forma rutinaria para detectar bacterias patógenas transmitidas por los alimentos, como salmonella, listeria monocytogenes y tipos patógenos de E. coli, en un esfuerzo por proteger a los consumidores de enfermedades.
por la Universidad de Delaware
Es posible que se realicen pruebas rápidas de los alimentos, pero aún lleva tiempo determinar quién está enfermo y de dónde se originó el producto contaminado. Eso es demasiado tarde para los muchos estadounidenses que ya comieron el producto. La solución actual, a menudo un retiro del mercado en varios estados, se convierte en el control de daños.
Los investigadores de la Universidad de Delaware quieren detectar estas bacterias antes de que alguien se enferme. Como se detalla en un artículo publicado en el Journal of Food Safety , la UD y la startup Biospection, con sede en Delaware, están a punto de acelerar mucho las pruebas. Los miembros de la facultad Harsh Bais y Kali Kniel, junto con el ex estudiante de posgrado Nick Johnson, se asociaron con Andy Ragone de Biospection para detectar patógenos transmitidos por los alimentos en tres a seis horas.
Microbiólogo de profesión, Kniel es un experto en patógenos cruzados como la salmonela, que salta alegremente a nuevos huéspedes como esa deliciosa lechuga fresca .
«Si bien la industria de productos agrícolas trabaja diligentemente para reducir los riesgos asociados con la contaminación microbiana , herramientas como esta tienen un potencial increíble para mejorar las estrategias de reducción de riesgos», dijo Kniel, profesor de seguridad alimentaria microbiana que trabaja regularmente con la industria y las agencias gubernamentales para reducir el riesgo de enfermedades transmitidas por los alimentos. enfermedad. «Colaboraciones como la nuestra entre académicos y empresas de biotecnología pueden mejorar la tecnología y afectar la seguridad alimentaria y la salud pública».
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Estos patógenos encuentran fácilmente su camino hacia las plantas, que desafortunadamente son anfitriones muy acogedores, anfitriones que no pueden decirle dónde están sus invitados.
Al igual que los humanos, las plantas usan mecanismos de defensa para combatir enfermedades. Pero algunos patógenos transmitidos por humanos aprendieron a abrir las puertas de entrada abierta de una planta llamadas estomas (poros en las hojas o el tallo) y se sienten como en casa.
«Debido a que estas bacterias no son verdaderos patógenos para las plantas, no se pueden ver físicamente los primeros signos de que la planta está bajo estrés», dijo Bais, profesor de biología vegetal de la UD. «La tecnología de Biospection nos permite decir, muy rápidamente, si el patógeno humano oportunista está presente en la planta».
Como físico químico que trabaja en Wilmington, Ragone conoció a Kniel y Bais a través de la comunidad científica de Delaware y el intercambio de equipos de laboratorio.
Los investigadores unieron su experiencia interdisciplinaria para reducir el riesgo de enfermedades transmitidas por los alimentos, una tarea con la que la industria y los investigadores académicos lucharon durante muchos años. ¿El resultado? El equipo creó una plataforma de imágenes multiespectrales para observar la respuesta de los centinelas de las plantas. Un objetivo es usar esta técnica directamente en un transportador, escaneando su lechuga antes de que se dirija a la tienda de comestibles.
Entonces, ¿cómo ves un síntoma que no puedes ver? La técnica de los investigadores escanea las hojas a través de imágenes multiespectrales y detección ultravioleta profunda cuando la planta atrae estos patógenos. Cuando los investigadores observaron bacterias benignas, observaron pocos cambios. Pero, con patógenos dañinos transmitidos por humanos, la prueba puede detectar diferencias en la planta bajo ataque.
«Usando la listeria como ejemplo, en tres a seis horas, vemos una fuerte caída de los pigmentos de clorofila», dijo Bais. «Esa es una fuerte señal de que la planta está respondiendo fisiológicamente, un marcador de bacterias inusuales».
La nueva técnica de imagen multiespectral no es invasiva y es ultrarrápida en comparación con las pruebas actuales, en las que un científico de laboratorio extrae una hoja, la muele, coloca las bacterias en placas y busca enfermedades. El método actual no está disponible comercialmente, pero Biospection recibió una subvención de Investigación de Innovación para Pequeñas Empresas de la Fundación Nacional de Ciencias en 2022 para desarrollarlo y comercializarlo como un sensor de imágenes en tiempo real para inspeccionar las plantas en busca de enfermedades y otros estreses.
«Harsh y Kali sin duda fueron fundamentales en las técnicas que desarrollamos con imágenes multiespectrales y el uso de fluorescencia ultravioleta profunda», dijo Ragone, fundador y director de tecnología de Biospection. «Construimos un instrumento portátil que podría comercializarse».
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La agricultura vertical es un sector agrícola que puede cosechar los beneficios de esta nueva tecnología. Usando menos agua y menos espacio, las granjas verticales son un paso vital hacia una agricultura más sostenible. Pero cuando se trata de enfermedades, estas granjas son tan vulnerables como la agricultura tradicional al aire libre. Una incidencia de E. coli significa que una granja vertical debe desechar una cosecha completa.
Biospection ya está trabajando con empresas agrícolas para integrar el sensor de imágenes en los estantes de las granjas verticales y, para las granjas al aire libre, en los drones de cultivo.
«Trabajando con UD, hemos sentado las bases científicas para crear mejores instrumentos», dijo Ragone. «Estamos trabajando en un instrumento que sea portátil, automatizado y que pueda dar una respuesta en cuestión de segundos».
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Para futuras investigaciones, Bais tiene el ojo puesto en determinar si esta tecnología puede diferenciar entre diferentes microbios.
«Si la respuesta centinela es diferente de un microbio a otro, eso nos da la identidad del microbio en función de la respuesta centinela de la planta. Todavía no hemos llegado allí, pero ese sería el logro final», dijo Bais. «En un centinela, entonces podrías diferenciar entre qué microbios benignos y dañinos hacen esto en términos de un centinela».
Más información: Nick Johnson et al, Detección de fluorescencia ultravioleta profunda con imágenes multiespectrales para detectar y monitorear patógenos transmitidos por los alimentos en la filosfera verde frondosa, Journal of Food Safety (2023). DOI: 10.1111/jfs.13056
