Ученые из Еврейского университета в Иерусалиме создали биосенсор для определения испорченного вина. Метод основан на генетически модифицированных бактериях E. coli, или кишечной палочки, которые светятся при контакте с уксусной кислотой — что и называют главным признаком порчи напитка. Чем ярче свечение, тем сильнее потенциальный вред вина.
Новая технология обещает стать дешевой альтернативой традиционным методам контроля качества. Чтобы провести стандартный анализ, потребовалось бы купить газовый хроматограф стоимостью десятки тысяч долларов, нанять обученный персонал и заложить время на обработку проб. В бактериальном же тесте можно использовать простые лабораторные материалы ценой в несколько долларов и получать результаты за два часа.
Как вообще додумались до ноу-хау? Исследователи взяли гены от Bacillus subtilis, которая умеет распознавать уксусную кислоту, и встроили их в E. coli вместе с генами глубоководных бактерий, способных к биолюминесценции, иначе свечению. Когда молекулы уксусной кислоты попадают на рецептор, активируется генетический переключатель и клетки начинают сиять ярче.
В ходе испытаний метод доказал свою жизнеспособность. При росте концентрации от нуля до критических 0,7−1,0 г/л свечение усиливалось пропорционально. Микроорганизмы, контактировавшие с испорченными образцами, светились в 5−8 раз ярче обычного. Главное — биодатчик игнорировал другие кислоты, которых полно в вине: муравьиную, масляную, молочную и пропионовую.
Уксусная кислота идеально подходит к бактериальному рецептору как ключ к замку, образуя несколько химических связей. Остальные кислоты либо не влезают в то же место, либо цепляются за белковую структуру неправильно. Включается молекулярное распознавание — система знает, что искать.
Настоящее вино гораздо сложнее лабораторных растворов. Напиток содержит 12−15% этанола, который убивает многие микроорганизмы, плюс здесь есть сахара, танины и десятки летучих соединений. Команда проверила разработку на коммерческих образцах — красном Cabernet Sauvignon крепостью 14,5% и белом Chardonnay с 12,5%. Сначала измерили природный уровень ацетата, затем довели его концентрацию в напитке до опасной.
Вместо того чтобы помещать клетки прямо в жидкость, ученые выбрали более простой способ. Они поставили одну чашку Петри над другой. В верхней крышке находились капли с бактериями, а в нижней — образцы вина. Бактерии чувствовали только пары, которые поднимались от напитка. Через два часа клетки над испорченным вином светились примерно в два раза ярче, чем над нормальным, и камера хорошо зафиксировала эту разницу.
Для визуализации применялась люминометрическая установка с охлаждаемой CCD-камерой, способной регистрировать слабое свечение при экспозиции 30−60 с. Интенсивность измерялась в условных единицах люминесценции на квадратный мм колонии. Пороговое значение для определения порчи составило превышение базового сигнала в 2,5 раза.
Метод с анализом паров позволяет проверять бродильные чаны, не открывая их. Обычно для пробы приходится откупоривать кран, а это риск занести загрязнение и пустить внутрь кислород. Если следить лишь за воздухом над жидкостью, этих проблем можно избежать. Такие датчики можно встроить прямо в крышки емкостей и автоматически фиксировать данные каждые несколько часов.
Подход подходит и для других ферментированных продуктов. В пиве избыток уксусной кислоты говорит о заражении. В комбуче она нужна для вкуса, но в малом количестве. Производители сидра сталкиваются с теми же рисками, что и остальные. Кстати, даже врачи заметили связь между уровнем уксусной кислоты при выдохе и некоторыми нарушениями обмена веществ, но для медицины эта идея пока не получила развития.
Пока команда работает над повышением надежности метода для реальных виноделен. Закрепление клеток в альгинатных гелях или нитроцеллюлозных мембранах продлит срок хранения до нескольких недель при температуре 4 . Подключение автоматических систем отбора проб даст возможность непрерывно мониторить состояние напитка. Тонкая настройка генетических цепей позволит регулировать чувствительность под разные задачи — от винодельческих 0,7 г/л до пивоваренных 0,2 г/л.
Ранее мы писали о том, что на Дальнем Востоке открыли новый род морских бактерий.
