Istraživači Univerziteta Purdue uvode novu tehnologiju biosenzora u poljoprivrednu industriju inspirisanu napretkom postignutim tokom pandemije COVID-19.
Sistem je dao 100% tačne rezultate u roku od sat vremena od prikupljanja uzoraka na terenu na komercijalnoj farmi svežih proizvoda.
„Pristup koji smo zauzeli je korišćenje fekalnog indikatora nazvanog Bacteroidales kao markera rizika“, rekao je Mohit Verma iz Purduea, vanredni profesor poljoprivrednog i biološkog inženjerstva. Verma i njegov tim od devet postdoktorskih istraživača, diplomskih i studenata na osnovnim studijama objavili su svoje nalaze u časopisu Biosenzori i bioelektronika. Krishi, startap kompanija u kojoj Verma služi kao glavni tehnološki direktor, licencira tehnologiju preko Kancelarije za komercijalizaciju tehnologije Purdue Innovates.
„Cilj je bio da se proceni koji bi rizici mogli biti prisutni u operacijama sa svežim proizvodima od obližnjih operacija sa životinjama ili drugih divljih životinja“, rekao je Verma. Obično se to radi merenjem patogena. Ako su patogeni prisutni na usevu, on se odbacuje. Ali otkrivanje patogena na niskom nivou, u skladu sa regulatornim zahtevima koji regulišu proizvode sa kratkim rokom trajanja, predstavlja izazove.
Tehnologija koju Verma koristi naziva se izotermno pojačanje posredovano petljom (LAMP). Tim ga je implementirao na inovativne uređaje na papiru za brze rezultate za poljoprivrednu upotrebu. Prethodno je Vermin tim razvio ove testove za respiratorne bolesti goveda i COVID-19.
„Prema našim saznanjima, ovaj rad predstavlja prvu demonstraciju prenosive platforme za testiranje LAMP primenjene na farmi svežih proizvoda“, napisali su koautori u svom članku u časopisu.
Novi rad takođe precizira prethodne rezultate objavljene u časopisu Food Microbiologi od strane glavnog autora Jiangshan Vang-a, koji je ove godine doktorirao na Purdueu iz poljoprivrednog i biološkog inženjerstva, Verma i njihovi saradnici.
Bacteroidales je fekalni organizam koji se nalazi kod svinja, živine i goveda. Većina patogena koji se prenose hranom povezani sa svežim proizvodima, uključujući E. coli i salmonelu, potiču iz creva.
Tim Purdue je testirao sistem na komercijalnoj farmi salate u Salinasu, Kalifornija, i na polju pored Purdue Animal Sciences Research and Education Center u Vest Lafaiette, Indiana. Mikrobni uzorci su sakupljeni sa plastičnih zastavica koje su bile postavljene širom područja testiranja.
Male zastavice napravljene od plastičnih ploča sakupljale su uzorke bioaerosola nedelju dana u Verminim eksperimentima. Eksperimenti su upoređivali testiranje na terenu i u laboratoriji. Sve zastavice su donete u laboratoriju za kvantitativno testiranje lančane reakcije polimeraze. „To vam omogućava da izmerite Bacteriodales, a samim tim i nivo fekalne kontaminacije“, rekao je Verma.
Ali sa novim kompletom za analizu, koji se sastoji od dozatora, uređaja na papiru i uređaja za grejanje, uzgajivači mogu da sprovedu ceo proces na terenu. Nakon što su obrisali zastavicu za prikupljanje, u nju stavljaju dozator za kapljice koji je prethodno napunjen tečnošću za doziranje određene zapremine.
Tečnost se dozira u papirne uređaje koji sadrže jedinjenja potrebna za otkrivanje DNK u uzorcima. Papirni uređaj zatim ide u uređaj za grejanje. Sat kasnije, uređaj otkriva koliko je Bacteriodales prisutan. Test pruža kvantitativne rezultate testova koji potvrđuju ono za šta uzgajivači, nakon vizuelnog pregleda, često intuitivno sumnjaju da se dešava na njihovim poljima.
Rezultati terenskog ispitivanja su se 100% slagali sa laboratorijskim rezultatima. Oni su uključivali uzorke koji su uključivali veoma niske ili veoma visoke koncentracije kontaminacije. Izazov je dobiti punu varijaciju nivoa kontaminacije u terenskom testiranju, ali to je deo tekućeg rada, primetio je Verma.
Terenskim testovima nedostajali su uzorci koji sadrže srednji opseg kontaminacije, što bi dovelo do većine neslaganja. Ipak, test može otkriti samo tri kopije Bacteroidales DNK po kvadratnom centimetru. Verma procenjuje da bi testovi koji uključuju čitav spektar kontaminacije postigli saglasnost sa laboratorijskim ispitivanjem od preko 90%.
Nizak nivo Bacteroidales ukazuje na lokaciju niskog rizika. Visok nivo signalizira potrebu da se preduzmu mere predostrožnosti. Visok nivo kontaminacije bio bi 1.000 kopija DNK po kvadratnom centimetru pronađenih na testnoj ploči, pri čemu bi jedna kopija odgovarala jednoj ćeliji iz bilo koje široke klase bakterija. Niski nivoi bi bili 10 kopija po kvadratnom centimetru.
„Najveće ograničenje je što još uvek ne znamo šta ovi brojevi znače“, rekao je Verma. „Šta je sa između? Gde da postavimo prag? To je deo tekućeg rada“, rekao je on.
Glavni autori Vang i Simerdeep Kaur, dr. student na Odseku za poljoprivredno i biološko inženjerstvo, razvio testove i uređaje na papiru i izvršio terensko ispitivanje. Koautori u Veldon School of Biomedical Engineering i Elmore Famili School of Electrical and Computer Engineering razvili su uređaj za grejanje. Drugi koautori su pomogli u pripremama za testiranje na terenu i optimizaciji uređaja.
Rad pokazuje sposobnost Verma grupe da od razvoja nečeg novog u laboratoriji pređe na testiranje na terenu. „To ne može svako, a definitivno ne možete sami. Na to ukazuje spisak autora koji vidite“, rekao je Verma.
