Des chercheurs en ingénierie du Rensselaer Polytechnic Institute ont développé une nouvelle méthode pour tuer les bactéries pathogènes mortelles, dont la listeria, dans la manipulation et l'emballage des aliments. Cette innovation représente une alternative à l'utilisation d'antibiotiques ou de décontamination chimique dans les systèmes d'approvisionnement alimentaire.

Utilisant la nature comme source d'inspiration, les chercheurs ont réussi à associer des enzymes de lyse cellulaire à des nanoparticules de silice sans danger pour les aliments, et a créé un revêtement avec la capacité démontrée de tuer sélectivement la listeria, une bactérie d'origine alimentaire dangereuse qui cause environ 500 décès chaque année aux États-Unis. Le revêtement tue la listeria au contact, même à des concentrations élevées, en quelques minutes sans affecter les autres bactéries. Les enzymes lytiques peuvent également être attachées aux nanoparticules d'amidon couramment utilisées dans les emballages alimentaires.

Cette nouvelle méthode est modulaire, et en utilisant différentes enzymes lytiques, pourrait être conçu pour créer des surfaces qui ciblent sélectivement d'autres bactéries mortelles telles que l'anthrax, dit Jonathan Dordick, vice-président pour la recherche et professeur Howard P. Isermann à Rensselaer, qui a aidé à diriger l'étude.

Cette recherche, qui combine l'expertise d'ingénieurs chimistes et de scientifiques des matériaux, a eu lieu au Rensselaer Center for Biotechnology and Interdisciplinaire Studies et au Rensselaer Nanoscale Science and Engineering Center for the Directed Assembly of Nanostructures. Collaborer avec Dordick étaient des collègues de Rensselaer Ravi Kane, le P.K. Professeur Lashmet de génie chimique et biologique, et Linda Schadler, le professeur Russell Sage et doyen associé pour les affaires académiques de la Rensselaer School of Engineering.

"Dans cette étude, nous avons identifié une nouvelle stratégie pour tuer sélectivement des types spécifiques de bactéries. Des revêtements ou des sprays stables à base d'enzymes pourraient être utilisés dans les infrastructures d'approvisionnement alimentaire - de l'équipement de cueillette à l'emballage en passant par la préparation - pour tuer la listeria avant que quiconque n'ait la chance d'en tomber malade, ", a déclaré Kane. "Ce qui est le plus excitant, c'est que nous pouvons adapter cette technologie à tous les types de bactéries nocives ou mortelles."

Les résultats de l'étude sont détaillés dans l'article "Enzyme-based Listericide Nanocomposites, " publié aujourd'hui dans la revue Rapports scientifiques du groupe d'édition Nature.

Cette étude la plus récente s'appuie sur le succès de l'équipe de recherche en 2010 de créer un revêtement pour tuer les résistants à la méthicilline Staphylococcus aureus (SARM), les bactéries responsables des infections résistantes aux antibiotiques. Alors que le revêtement précédent était destiné à être utilisé sur le matériel chirurgical et les murs des hôpitaux, le développement d'un revêtement tuant la listeria présentait le défi supplémentaire de devoir être sans danger pour les aliments.

Dordick et l'équipe de recherche ont trouvé leur réponse dans les enzymes lytiques. Les virus qui affectent les bactéries, appelés phages, injecter leur matériel génétique dans des cellules saines. Le phage s'empare d'une cellule saine, et transforme en effet la cellule hôte en une petite usine qui crée plus de phages. Vers la fin de son cycle de vie, le phage d'origine crée et libère des enzymes lytiques, qui se décomposent et font des trous dans les parois cellulaires des bactéries infectées. Les phages fabriqués s'échappent par ces trous et infectent d'autres cellules saines.

La nature a utilisé des enzymes lytiques pour sortir des cellules bactériennes, Dordick a dit, et les chercheurs ont travaillé pendant des années pour exploiter les mêmes enzymes lytiques pour se transformer en bactéries telles que le SARM et la listeria.

Pour stabiliser les enzymes lytiques tueuses de listeria, appelé Ply500, les chercheurs les ont attachés à des nanoparticules de silice approuvées par la Food and Drug Administration des États-Unis pour créer un film ultra-mince. Les chercheurs ont également utilisé la protéine de liaison du maltose pour attacher le Ply500 aux nanoparticules d'amidon comestibles couramment utilisées dans les emballages alimentaires. Les deux formulations Ply500 ont été efficaces pour tuer en 24 heures toutes les listeria à des concentrations aussi élevées que 100, 000 bactéries par millilitre—une concentration significativement plus élevée que celle que l'on trouve normalement dans les situations de contamination des aliments.

"L'amidon est un produit bon marché, matière comestible souvent pulvérisée dans l'emballage sous forme de couche de poudre sur le produit carné. Nous avons profité de l'affinité naturelle d'une protéine liant le maltose fusionnée à Ply500, et Ply500 biologiquement lié à l'amidon en tant que non-antibiotique, agent non chimique pour réduire la menace de listeria pour notre approvisionnement alimentaire, " a déclaré Schadler.

Avoir hâte de, l'équipe de recherche prévoit de continuer à étudier de nouvelles méthodes pour exploiter le pouvoir des enzymes lytiques pour tuer sélectivement les bactéries nocives.