Самый экономичный способ убить бактерии, вызывающие распространенные заболевания пищевого происхождения, в основном вызываемые Salmonella enterica, - это нагревание, но механизмы, убивающие сальмонеллу при более низких температурах, до сих пор не были полностью изучены, по словам команды ученых. исследователей.
Бактерии могут выработать способы справиться с тепловым шоком, поэтому важно получить полное представление о том, как тепло убивает их, говорят исследователи.
Используя электрические датчики на основе капель, которые она разработала во время учебы в докторантуре Университета Пердью, Аида Эбрахими, доцент кафедры электротехники Пенсильванского университета, определила, что умеренный тепловой стресс при температуре около 120 градусов по Фаренгейту повреждает клеточную стенку бактерий без разрывая их.
«У нас была гипотеза, что бактерия Salmonella может погибнуть из-за утечки клеточной стенки», - сказал Эбрахими. «Если их нагреть, липиды, из которых состоит клеточная стенка, начнут вибрировать. По мере того, как клеточная стенка ослабевает, небольшие молекулы могут просачиваться наружу. Поскольку эти маленькие молекулы в основном ионные, мы ожидали изменения электропроводности».
Чтобы доказать свою гипотезу, команда разработала датчик, чувствительный к изменениям электропроводности питательной среды. По мере того как клеточная стенка бактерий теряла целостность, заряженные молекулы выбрасывались из клеток в раствор, содержащий бактерии, и, следовательно, электрическая проводимость раствора изменялась..
Исследователи провели несколько экспериментов с использованием как диких, так и термостойких бактерий сальмонеллы и сопоставили электрические результаты с измерением флуоресценции и стандартными протоколами микробиологии. Модифицированным бактериям требовалось больше энергии, чтобы сделать клеточные мембраны достаточно проницаемыми для утечки небольших молекул. Команда также изучила время нагрева и метод нагрева, либо более медленное нарастание тепла, либо внезапный импульс тепла, и обнаружила, что импульсный нагрев более эффективен для уничтожения бактерий.
Авторы статьи, опубликованной в текущем выпуске журнала Biophysical Journal, затем разработали аналитическую модель на основе своих экспериментов, которая коррелирует повреждение мембран, утечку цитоплазмы и гибель клеток. Благодаря лучшему пониманию механизмов гибели бактерий при повышенных температурах эти результаты могут потенциально улучшить стратегии безопасности пищевых продуктов и предоставить более эффективные способы дезактивации бактерий с использованием более короткой продолжительности нагревания при более низких температурах..
«Мы знаем, как высокие температуры убивают бактерии», - сказал Эбрахими. «Но мы хотели выяснить, почему сальмонелла погибает при более низких температурах. Использование более низких температур имеет свои преимущества, такие как экономия энергии и сохранение лучшего питательного качества, по сравнению с пищей, нагретой до высоких температур. Но что более важно, бактерии могут вырабатывать устойчивость к тепловому шоку, поэтому важно знать, как они реагируют на тепловой шок».
Соавторами Эбрахими по статье «Анализ термической стабильности клеточной мембраны сальмонеллы с использованием мультиплексного измерения импеданса во времени» являются Лазло Чонка и Мухаммед Алам, Университет Пердью.
Национальный научный фонд и Bilsland Fellowship Award поддержали эту работу.