По словам исследователей, бактерии могут разработать способы справиться с тепловым шоком, поэтому важно получить полное представление о том, как тепло их убивает.Используя электрические датчики на основе капель, которые она разработала, докторант Университета Пердью Аида Эбрахими, доцент кафедры электротехники Пенсильванского университета, определила, что умеренный тепловой стресс при температуре около 120 градусов по Фаренгейту повреждает клеточную стенку бактерий, не разрушая их.«У нас была гипотеза, что бактерия Salmonella может погибнуть из-за утечки через клеточную стенку», — сказал Эбрахими. «Если вы их нагреете, липиды, из которых состоит клеточная стенка, будут вибрировать. Когда клеточная стенка ослабевает, это может позволить маленьким молекулам просачиваться наружу.
Поскольку эти маленькие молекулы в основном ионные, мы ожидали изменения электрической проводимости».Чтобы доказать свою гипотезу, команда разработала датчик, чувствительный к изменениям электропроводности питательной среды.
Поскольку клеточная стенка бактерий теряла целостность, заряженные молекулы выбрасывались из клеток в раствор, содержащий бактерии, и, как следствие, электрическая проводимость раствора изменялась.Исследователи провели множество экспериментов с использованием как дикого типа, так и термостойких бактерий Salmonella и сопоставили электрические результаты с измерением флуоресценции и стандартными протоколами микробиологии. Модифицированным бактериям требовалось больше энергии, чтобы сделать клеточные мембраны достаточно проницаемыми для утечки небольших молекул.
Команда также изучила время нагрева и метод нагрева, будь то более медленное нарастание тепла или внезапный импульс тепла, и обнаружила, что импульсное тепло более эффективно при уничтожении бактерий.Затем авторы статьи, появившейся в текущем выпуске Biophysical Journal, разработали аналитическую модель, основанную на своих экспериментах, которая коррелировала повреждение мембраны, утечку цитоплазмы и гибель клеток. Благодаря лучшему пониманию механизмов гибели бактерий при повышенных температурах эти результаты могут потенциально улучшить стратегии безопасности пищевых продуктов и предоставить более эффективные способы дезактивации бактерий с использованием более короткой продолжительности нагревания при более низких температурах.
«Мы знаем, как высокие температуры убивают бактерии», — сказал Эбрахими. «Но мы хотели выяснить, почему сальмонелла погибает при более низких температурах. У использования более низких температур есть преимущества, такие как экономия энергии и сохранение лучшего питательного качества, по сравнению с пищей, нагретой до высоких температур. Но что более важно, бактерии могут развить устойчивость к теплу. шок, поэтому важно знать, как они реагируют на тепловой шок ».Соавторами Эбрахими по статье «Анализ термической стабильности клеточной мембраны сальмонеллы с помощью измерения импеданса с мультиплексированием во времени» являются Лазло Чонка и Мухаммад Алам из Университета Пердью.
Эту работу поддержали Национальный научный фонд и стипендия Билсланда.