Гель из бактериофагов можно использовать для деконтаминации продуктов питания

Группа ученых из Канады разработала микрогели на основе бактериофагов для безопасной и эффективной антибактериальной обработки пищевых продуктов. Гель образуется за счет связывания бактериофагов между собой при помощи связующих молекул, что позволяет производить его в больших объемах с минимальными затратами. Микрогель на основе бактериофагов M13 и HER262 уничтожал 99,94% бактерий при опрыскивании зараженных E. coli продуктов питания.

Изображение:
Эффективность микрогелей проверяли на салате и мясе.

Credit:
McMaster University | Пресс-релиз

Бактериофаги — естественные хищники бактерий, контролирующие их популяцию в природе. Для бактериофагов характера высокая специализация, вплоть до специфичности к одному конкретному штамму бактерий. Это позволяет использовать их в качестве антимикробных препаратов без риска нарушения популяций бактерий-комменсалов. Бактериофагами потенциально можно обрабатывать продукты питания, так как они не нарушают вкусовых и питательных свойств еды и безопасны для человека. Однако подобное использование бактериофагов до сих пор не распространено из-за сложности их доставки и стабилизации. Группа ученых из Канады представила метод изготовления микрогелей на основе бактериофагов, который не нарушает их биоактивности и позволяет производить большие объемы без использования дорогостоящего оборудования.

В качестве основы ученые выбрали бактериофаг M13, специфичный к Escherichia coli. К раствору, содержащему M13, добавляли малые молекулы глутарового альдегида (GA), который связывает между собой бактериофаги за счет присоединения к аминогруппам на их поверхности. Так как GA склонен к самополимеризации и другим побочным реакциям, ученые также протестировали в качестве связующей молекулы 1-этил-3-(3-диметиламинопропил)карбодиимид (EDC). Реакция с EDC протекает в две фазы и позволяет напрямую связывать карбоксильные и аминогруппы на поверхности фагов. Сам EDC при этом преобразуется в изомочевину, которая легко удаляется при помощи воды.

Для формирования микрогелей ученые использовали пористый полимер. На поверхности полимера конденсировали паттерн из водяных капель, которые испарялись после затвердевания полимера, оставляя регулярные сферические микропоры. Раствор, содержащий M13 и связующие молекулы, вносили в микропоры на поверхности формы и инкубировали во влажной камере. При использовании EDC смесь приобретала гелевую структуру за 12 часов, при использовании GA — за 24 часа. Ученые также протестировали создание гибридных микрогелей, содержащих бактериофаги и протеины. Для этого в раствор кроме GA добавляли бычий сывороточный альбумин (BSA). BSA обеспечивал связывание избыточных GA, а также уменьшил время формирования геля до 30 минут.

После извлечения из формы микрогели имели сферическую форму и диаметр около 25 нм. По оценкам ученых, каждый микрогель содержит более 7×105 бактериофагов. Ученые показали, что количество полученных микрогелей соответствовало 37–49% от количества микропор на форме. Это соответствует 3,5×104 микрогелей на каждый квадратный сантиметр формы.

Исследование гелей с использованием электронной микроскопии показало высокоорганизованную нитевидную структуру геля, вероятно, обусловленную вытянутой формой M13. Добавление BSA приводило к более хаотичной структуре, по всей видимости, за счет снижения времени гелеобразования. Ученые также показали, что в зависимости от используемой связующей молекулы меняется уровень автофлуоресценции гелей.

Ожидаемо, полученные микрогели не продемонстрировали высокой антибактериальной активности — M13 является относительно низкоэффективным бактериофагом и был выбран в основном из-за формы, позволяющей использовать его в качестве «строительного материала». Ученые изначально рассчитывали на потенциал полученных микрогелей в качестве системы, несущей различные активные вещества, такие как антитела или более активные бактериофаги.

Ученые успешно интегрировали в структуру геля бактериофаг HER262. Полученные гибридные микрогели показали антибактериальную эффективность против E. coli O157:H7 — штамма, устойчивого к широкому спектру антибактериальных препаратов. Мигрогели образовывали зону лизиса на твердой среде и целиком уничтожали (при низкой концентрации бактерий) или же препятствовали росту (при высокой концентрации) бактерий в жидкой среде.

Наконец, ученые проверили эффективность микрогелей на продуктах питания. Листья салата и кусочки мяса сначала контаминировали E. coli O157:H7, затем опрыскивали микрогелями, содержащими HER262, и инкубировали при комнатной температуре под пленкой в течении девяти часов. После инкубации образцы центрифугировали в жидкой среде для изоляции живых бактерий. На образцах салата обработка микрогелями снижала численность бактерий до уровня, слишком низкого, чтобы его зарегистрировать. На образцах мяса микрогели уничтожали 99,94% бактерий. При этом визуальных различий между образцами не наблюдалось.

Таким образом, ученые представили концепт микрогелей на основе бактериофагов, который прост и дешев в производстве и имеет высокий уровень стабильности. По мнению авторов, использование подобных микрогелей в упаковках продуктов, для опрыскивания в продуктовых магазинах или для обработки в домашних условиях может значительно снизить уровень заболеваемости, связанной с пищевыми отравлениями, без побочных эффектов для человека.

Внутривенное введение бактериофагов безопасно при инфекционных эндокардитах

Источник:

Tian L., et al. Self-assembling nanofibrous bacteriophage microgels as sprayable antimicrobials targeting multidrug-resistant bacteria. // Nature Communications 13, 7158, published December 05, 2022. DOI: 10.1038/s41467-022-34803-7

Добавить в избранное