באמצעות ננו-חלקיקים מכסף וספקטרוסקופיה של ראמן נייד, החוקרים יצרו מבחן מהיר וחסכוני המזהה חיידקים מסוכנים בבקר תוך דקות ספורות-פריצת דרך שיכולה לחזק את תקני בטיחות המזון מבית המטבחיים לסופרמרקט.
זיהום חיידקי של בשר מהווה איום משמעותי על צרכני הבשר. הבדיקות הזמינות כיום עבור חיידקים אלה הם לרוב מסורבלים, והתוצאות מתעכבות. מאמר שפורסם לאחרונה בפורסם אוכלים מציג את השימוש בפיזור ראמאן משופר לפני השטח (SERS) בשילוב עם ספקטרוסקופיה ראמנית ניידת לבדיקה מהירה של בשר בקר לצמיחת חיידקים או לזיהום.
מָבוֹא
עם עליית ייצור המזון והמכירות ברחבי העולם, מחלת המזון הפכה לאיום על בריאות הציבור. בפרט בשר בקר הוא עשיר בחומרים מזינים, ומעודד צמיחת חיידקים.
כאשר בשר בקר מבושל היטב, הוא בדרך כלל הורג את החיידקים המזיקים ביותר. אך עם מזונות מוכנים לאכילה, הסיכון גבוה בהרבה מכיוון שאין צעד בישול לחיסול פתוגנים-מה שהגדיל גילוי מהיר ומדויק במיוחד. למרות שיש כמה שיטות בדיקה בחוץ, רבות לוקח זמן רב מדי לספק תוצאות או שאינן רגישות מספיק כדי לתפוס חיידקים ברמות נמוכות.
פיזור ראמאן – פיזור לא -אלסטי של אור על ידי מולקולות – יוצר דפוס אור ייחודי, המכונה לעתים קרובות טביעת אצבע ספקטרוסקופית, שניתן להשתמש בה כדי לזהות מולקולות ספציפיות. ספקטרוסקופיה של ראמן נעשה שימוש נרחב כדי למצוא את הריכוז והמבנה של מולקולות שנמצאות ברקמות ותאים חיים, כמו גם את האינטראקציות שלהם. בשילוב עם טכניקות עיבוד אחרות, זה יכול גם לעזור להבדיל בין ז'אנרים חיידקיים שונים.
עם זאת, הרגישות והרזולוציה הנמוכה שלו היו חסמים לאימוץ הנרחב שלה לגילוי וזיהוי חיידקים. SERS היא טכניקה שמטרתה לשפר את ההיבטים הללו.
SERS יכול להגביר אותות ראמן בשבע סדרי גודל. זה נעשה על ידי ספיגה ראשונה של החלקיקים על משטחי מתכת מחוספסים או מבני ננו – בדרך כלל זהב, כסף או נחושת.
בעוד שספקטרוסקופיה של SERS-RAMAN הראתה הבטחה בזיהוי ובסיווג של חיידקים, היא נבדקת לעתים קרובות באמצעות תרבויות חיידקים טהורות בתנאים מבוקרים. לעומת זאת, בדיקות מזון, במיוחד עם מוצרים כמו בקר, מציגה סביבה מורכבת בהרבה המהווה אתגרים נוספים.
על המחקר
המחקר הנוכחי בדק כיצד ניתן להשתמש ב- SERS, בשילוב ניתוח כימומטרי, כדי לאתר ארבעה פתוגנים נפוצים הנישאים במזון בבשר בקר. חלקיקי ננו -חלקיקים מכסף יציבים ומאוחסנים בקלות (AGNPs) הוכנו ומשמשים כמבנים ננו לחיבור חיידקים.
על ידי הבאת החיידקים למגע הדוק עם ה- AGNPs, ההתקנה יצרה תנאים אידיאליים עבור SERS. מרבית החיידקים דבקו בננו -חלקיקים, שיצרו אשכולות לאורך משטחי התא – ציפו אותם באופן יעיל ומשמשים כמצעי שיפור להגברת אות ראמן.
המחקר התמקד באיתור ארבעת הפתוגנים העיקריים הקשורים לבשר בקר:
- Escherichia coli (E. coli) O157: H7
- סלמונלה טיפימוריום (S. typhimurium)
- Staphylococcus aureus (S. aureus)
- ליסטריה מונוציטוגנים (L. monocytogenes)
החוקרים זיהו את התנאים האופטימליים לגילוי AGNPs. הם גם קובעים את גבולות הגילוי (LOD) לכל ארבעת הפתוגנים בדגימות בקר ובתרבות.
ממצאי לימוד
כל אחד מארבעת הפתוגנים ייצר דפוסים ספקטרליים מובחנים, עם משמרות ראמאן ייחודיות המשמשות כסמנים מזהים. לְדוּגמָה, א. קולי O157: H7 הראה עוצמה גבוהה יותר בגובה 1350 ס"מ-1בזמן S. Typhimurium ייצר אות דומיננטי בגובה 1520 ס"מ-1ו ההבדלים הספקטרליים הללו משקפים וריאציות במבנים ביוכימיים – כמו התנודות C – N המתיחות של חלבונים ב א. קולילעומת חתימות הקשורות לביו-פילם ב S. Typhimuriumו
מעניין, כמה פסגות שקודמו בעבר S. Typhimurium היווצרות ביופילם (בשעה 1330, 1030 ו- 875 ס"מ-1) לא נצפו, והדגישו את השונות בתכונות הספקטרליות על פני מחקרים שונים או בתנאים ניסיוניים.
יתרון מרכזי בשיטה הוא בכך שהיא לא דורשת שום שלבי העשרה או הפרדה, מה שהופך אותה למהירה יותר וחסכונית יותר מגישות מסורתיות רבות.
עֲבוּר ש. אוורוסעוצמת האות עלתה במהירות 1330 ס"מ−1 באופן תלוי מינון, ככל הנראה בגלל "מצב הנשימה של טבעת פנילאלנין"-רטט שהתגלה בדרך כלל על ידי ספקטרוסקופיה של ראמן. ה- LOD עבור מין זה היה נמוך מכפי שדווח בעבר, אולי בגלל וריאציות מתודולוגיות.
השיטה הנוכחית חסכונית ויעילה יותר מאשר טכניקות קודמות; עם זאת, זה אינו דורש לכידת חיידקים.
לבסוף, עבור L. monocytogenes, עוצמת האות הייתה גבוהה יותר בגובה 1325 ס"מ−1 באופן תלוי מינון, ככל הנראה בגלל רטט העיוות של CH של שומנים או חלבונים בתאי החיידקים. שוב, זה מהדהד ספרות קודמת אך בשיטה מדויקת יותר.
שיעורי התאוששות הפתוגן מדגימות בקר נעו בין ~ 91 %ל- 110 %, עם ממוצע של 99.47 %, והדגימו כי שיטת SERS יעילה אפילו במטריצות מזון מורכבות. הטכניקה התגלתה כ 4-23 CFU/ml של חיידקים בבקר.
עם זאת, ה- LOD עבור א. קולי O157: H7 ו- S. Typhimurium היה גבוה יותר מאשר עם כמה שיטות מבוססות ננו-חלקיקים זהב או זהב. עם זאת, יעילות הפיזור הגבוהה של ראמן של AGNPs עדיין הניבה תוצאות חזקות. נוכחות של שומנים, חלבונים ופיגמנטים בבקר עלולה להפריע לעוצמת האות של הראמן, מה שמצביע על צורך בשכלול נוסף להפחתת השפעות המטריצה.
ראוי לציין שלמרות ש- SERS מבוסס AGNP יכול לאתר ולהבדיל בין חיידקים, הוא אינו מספק מידע על פעילות חיידקית או נגיף-קריטי הן להערכת בטיחות המזון.
באמצעות ניתוח מפלה לינארי (LDA) על הנתונים הספקטרליים, החוקרים השיגו דיוק גילוי כולל של 92-97%. כל ארבעת הפתוגנים זוהו כראוי עם 100 % דיוק – למעט S. typhimurium, שהיה לו שיעור גילוי נכון של 95 %.
זה מדגים את יכולתה של השיטה להבחין בין פתוגנים שונים ולאתר אוכלוסיות חיידקים מעורבים, מה שהופך אותה למתאימה יותר לבדיקות בעולם האמיתי מאשר גישות המבוססות אך ורק על תרבויות טהורות.
השלכות מעשיות
מחקר זה מציג שיטה מהירה וניידת לגילוי פתוגנים מרובים הנישאים במזון בבקר. מחקר עתידי אמור להרחיב את הגילוי למינים חיידקים אחרים ולחזק את דיוק המודל במדגמי מינים מעורבים.
עבור חקלאים, שיטה זו מציעה דרך לאתר במהירות זיהום פתוגן של בשרם ולשלוט בהפיץ שלה כדי לשמור ולשפר את בריאות בעלי החיים שלהם ואת יעילות החווה שלהם. יתר על כן, אמצעים כאלה מקדמים את בטיחות המזון ובונים אמון צרכנים.
מפעלי עיבוד בשר כפופים לתקני בטיחות מזון ותקנים רגולטוריים. לפיכך, בדיקה זו עשויה להגביר את יעילות הייצור ולמלא עיכובים הקשורים לבדיקה תוך הבטחת בטיחות המזון ושמירה על המוניטין והתחרותיות של המפעל.
השפעות דומות צפויות על נקודות מכירות בקר, כולל חוטות וסופרמרקטים, ועל משפחות ועסקי קייטרינג.
מַסְקָנָה
מחקר זה מדגים את הפוטנציאל של SERS בשילוב עם ספקטרוסקופיה של ראמן נייד ככלי רב עוצמה לגילוי מהיר של חיידקים פתוגניים במוצרי בשר.
מחקרים עתידיים צריכים למטרת אופטימיזציה של תנאי הגילוי עוד יותר, להסביר את ההשפעה של מטריצות מזון מורכבות ולתעדף את השימוש בדגימות בעולם האמיתי. יש גם צורך לפתח מערכות ניידות וידידותיות למשתמש יותר. בנוסף, בחינת מאפייני החיידקים, כגון כדאיות וירוליות, תהיה חשובה, ככל הנראה באמצעות שילוב עם שיטות גילוי משלימות.
התייחסות ליומן
Zuo, H., Sun, Y., Huang, M., et al. (2025). איתור מהיר של חיידקים פתוגניים הנישאים במזון בבשר בקר באמצעות ספקטרוסקופיה של ראמן משופרת. אוכליםו doi: https://doi.org/10.3390/foods14193434.
