Rapido ed etichetta
Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 21413 (2022) Citare questo articolo
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In questo lavoro, dimostriamo lo sviluppo di un biosensore elettrochimico rapido e privo di etichetta per rilevare Listeria monocytogenes utilizzando un nuovo materiale nanobrush tiomero di risposta-stimolo. Le nanospazzole sono state sviluppate tramite co-deposizione simultanea in un unico passaggio di nanoplatino (Pt) e tiomeri alginati (ALG-tiomero). La piattaforma nanobrush ALG-tiomero/Pt ha aumentato significativamente la superficie elettroattiva media degli elettrodi di 7 volte e ha mantenuto le proprietà di attuazione (rigonfiamento osmotico stimolato dal pH) dell'alginato. Il comportamento dielettrico durante l'azionamento della spazzola è stato caratterizzato con sonde redox caricate positivamente, neutre e negativamente sopra e sotto il punto isoelettrico dell'alginato, indicando che la carica superficiale del tiomero ALG svolge un ruolo importante nell'acquisizione del segnale. La piattaforma ALG-tiomero è stata biofunzionalizzata con un aptamero selettivo per la proteina internalina A su Listeria per applicazioni di biosensing. Il caricamento dell'aptamero è stato ottimizzato e sono state studiate varie strategie di cattura cellulare (pennello esteso rispetto a collassato). La cattura cellulare massima si verifica quando il tiomero/aptamero ALG si trova nella conformazione estesa (pH > 3,5), seguita dalla misurazione dell'impedenza nella conformazione collassata (pH < 3,5). Basse concentrazioni di batteri (5 CFU mL−1) sono state rilevate da una matrice alimentare complessa (brodo di pollo) e i test di selettività contro altri batteri Gram-positivi (Staphylococcus aureus) indicano che l'affinità per l'aptamero è mantenuta, anche a questi valori di pH. Il nuovo materiale morbido ibrido è tra i più efficienti e veloci (17 minuti) fino ad oggi per il biosensing di L. monocytogenes e non richiede il pretrattamento del campione, costituendo una nuova promettente piattaforma di materiali per il rilevamento di piccole molecole o cellule.
La Listeria monocytogenes è un batterio virulento di origine alimentare ubiquitario nell'ambiente (suolo e acqua) che causa ogni anno centinaia di morti negli Stati Uniti1,2. Ogni anno vengono segnalati quasi 48 milioni di casi di malattie di origine alimentare, quasi il 19% delle quali sono dovute a infezione da Listeria monocytogenes, con un potenziale impatto economico negativo di 15 miliardi di dollari in termini di costi sanitari, perdita di produttività e perdita di vite umane3,4. Con sintomi quali dolore muscolare, nausea, diarrea, vomito e brividi1, la L. monocytogenes è tra i patogeni di origine alimentare più mortali, con un tasso di mortalità fino al 30% nei soggetti ad alto rischio5,6. È particolarmente pericoloso per le donne incinte, anche se generalmente guariscono, i loro bambini potrebbero non sopravvivere2.
Listeria monocytogenes è un patogeno difficile da monitorare negli ambienti di lavorazione alimentare a causa della sua capacità di proliferare in condizioni di basso contenuto di umidità, elevata salinità o alle temperature associate ai comuni frigoriferi/congelatori7. Una regola di tolleranza zero per L. monocytogenes negli alimenti pronti è stata implementata dalla Food and Drug Administration (FDA) statunitense, dal Dipartimento dell’Agricoltura degli Stati Uniti (USDA) e dall’Unione Europea (UE)1 insieme alla regola di tolleranza zero per la L. monocytogenes negli alimenti pronti. il crescente numero di richiami alimentari legati alla contaminazione da Listeria negli ultimi anni8 rafforza ulteriormente la necessità di metodi di rilevamento degli agenti patogeni in tempo reale in grado di identificare i prodotti alimentari contaminati prima che raggiungano il pubblico.
L'attuale stato dell'arte per la rilevazione della Listeria negli impianti di trasformazione alimentare, compresi i conteggi vitali totali (TVC), ELISA (test immunoassorbenti legati all'enzima) e PCR (reazione a catena della polimerasi), sono suscettibili di errori e letture errate, e richiedono strutture di laboratorio costose con personale altamente qualificato per essere completate9,10. I risultati dei test con questi metodi vengono notevolmente ritardati poiché richiedono due fasi di arricchimento consecutive (fino a 48 ore) per concentrare/amplificare i batteri prima di una fase di rilevamento qualitativo11, poiché questi metodi mancano di sensibilità [~ 100 CFU mL−1 limiti di rilevamento (LOD) ]12,13 e non sono in grado di rilevare direttamente bassi livelli di agenti patogeni in campioni complessi come terreni, brodo o tessuti omogeneizzati.