Ученые создали недорогой глютен-детектор, который сочетает в себе тест-полоски для анализа на содержание глютена и камеру смартфона. Он выявляет скрытое содержание глютена в повседневных продуктах, от картофеля фри до салатов, и позволяет миллионам людей, соблюдающим безглютеновую диету, чувствовать себя спокойно.
Пшеничный хлеб на протяжении веков был неотъемлемой частью рациона человека. Однако сегодня считается, что глютен, основной белок пшеницы, может вызывать потенциально серьёзные пищевые реакции. Это означает, что людям, страдающим от непереносимости глютена, необходимо проверять продукты на его наличие. В недавней статье, опубликованной в Журнале сельскохозяйственной и пищевой химии, представлена недавно разработанная система обнаружения глютена, которая может произвести революцию в анализе продуктов питания.
Введение
Около 8 % детей и 13 % взрослых страдают пищевой аллергией, в основном на пшеницу, арахис и лесные орехи, молоко, яйца, сою, рыбу, кунжут и моллюсков. Только на лечение аллергии тратится около 25 миллиардов долларов. Для точного определения продуктов, содержащих аллергены, необходимы тесты, особенно с учётом того, что люди с пищевой аллергией чаще испытывают нехватку продовольствия.
К состояниям, связанным с употреблением пшеницы, относятся целиакия (аутоиммунное заболевание, а не классическая аллергия) и чувствительность к глютену, не связанная с целиакией. Иммунные реакции, связанные с глютеном, вызываются в первую очередь глиадином — компонентом этого пшеничного белка. Будучи практически нерастворимым, глиадин в присутствии глютенина выпадает в осадок и образует волокна, что повышает вероятность перекрестного загрязнения и затрудняет его обнаружение.
Несмотря на нормативные акты и законы, перекрёстное загрязнение и неправильная маркировка продуктов в ресторанах и продуктов массового производства — довольно распространённое явление. Пациенты с целиакией часто не могут безопасно питаться вне дома или имеют ограниченный выбор безопасных продуктов.
Анализ на глютен, основанный на иммуноферментном анализе (ИФА), поверхностном плазмонном резонансе (ППР) или электрохимических датчиках, как правило, является дорогостоящим и сложным. Это послужило поводом для проведения текущего исследования, целью которого была разработка надёжного и в то же время простого теста.
Новая система, получившая название LEO (латеральная флуоресценция, усиленная оптической визуализацией), сочетает в себе анализ латеральной флуоресценции и анализ изображений с помощью смартфона и технологии Интернета вещей.
Анализ бокового потока - это тесты, которые обнаруживают присутствие целевого вещества в образце жидкости. Они широко используются для обнаружения пестицидов, биохимических веществ, связанных с раком, и пищевых аллергенов. Однако они дают только качественные результаты и обладают посредственной точностью.
Эта инновационная тест-полоска нового поколения сочетает в себе конкурентный и сэндвич-методы обнаружения. Технология латерального анализа интегрирована с программным обеспечением для обработки изображений, которое измеряет содержание глютена в продуктах.
Зоны конкурентного и сэндвич-детектирования имеют разные пороговые значения чувствительности, что обеспечивает фиксированный диапазон обнаружения. Таким образом, тест включает в себя:
- Контрольная линия O для проверки правильности работы теста.
- Тест на содержание глютена, который выявляет 10 частей глютена на миллион с помощью конкурентного анализа.
- L-тест или тест-полоска с более низкой чувствительностью (обнаруживает пять частей на миллион) при сэндвич-анализе, но становится менее надёжным (эффект крючка) при концентрации 20 частей на миллион.
Комбинированный формат значительно повышает точность системы. Отсутствие линии O указывает на недействительность теста. При содержании глиадина менее 5 частей на миллион появляются линии O и E. При содержании глиадина от 5 до 10 частей на миллион появляются все три линии.
При глиадине >10 и 20 частей на миллион сигнал линии E ослабевает, в то время как эффект зацепления влияет на линию L, оставляя видимыми линии O и L. Если видна только линия O, это указывает на то, что обе линии E и L исчезли из-за эффекта зацепления.
Эта портативная система может определить, содержит ли образец глиадин, менее чем за три минуты, поскольку она извлекает глиадин с помощью ионной жидкости. Более того, он сильно коррелирует с результатами ELISA с > 98% совпадением. Пределы его обнаружения в 5-10 частей на миллион значительно ниже порога в 20 частей на миллион, установленного Управлением по контролю за продуктами и лекарствами для таких тестов.
Результаты анализа LEO хорошо совпадали с результатами, полученными при обычном ИФА-тестировании, но заняли менее трех минут по сравнению с тремя часами для ИФА.
Тестовая система правильно определила и количественно оценила содержание глиадина в образце в диапазоне концентраций до 40 частей на миллион. Она показала высокую специфичность в отношении глютена даже при наличии молока, поскольку сигналы подавали только образцы, содержащие пшеницу. Степень извлечения глютена составила 100 % в тестах с рисовой лапшой, что свидетельствует об эффективной экстракции в контролируемых условиях. Интерфейс LEO в сочетании со смартфоном позволяет создать общую карту местных ресторанов, где подают безглютеновые блюда.
Реальные тесты блюд, предположительно не содержащих глютен, из меню ресторанов подтвердили высокую точность теста. Тестировались такие продукты, как бургеры, салаты с заправкой, пицца и пиво. Более 95 % продуктов без глютена содержали менее 20 частей глютена на миллион.
Картофель фри стал исключением: он подвергся значительному перекрёстному загрязнению из-за используемых фритюрниц. В салатах содержался глютен, вероятно, из-за перекрёстного загрязнения во время смешивания в мисках, в которых ранее лежали гренки, или, возможно, из-за заправки.
Кроме того, для сравнения коммерческих продуктов питания, таких как шоколад Ferrero или M&M’s, бейглы, картофельные чипсы Lay’s или печенье Lotus Biscoff Spread, использовались LEO и другой широко распространённый метод анализа на основе полосок. В отличие от LEO, для другого метода анализа на основе полосок требуется подготовленный образец, буфер, который нужно хранить в холодильнике, и больше времени.
Результаты были в высшей степени последовательными. Уровни глютена варьировались от 0 до > 20 частей на миллион. Уровни глиадина в некоторых продуктах были ниже порога обнаружения ELISA, но были зафиксированы LEO.
Связанное с ним приложение LEOMyFood загружает результаты тестов в облако. Результаты фиксируются с указанием даты и места проведения, ими можно делиться, создавая «пищевые карты», основанные на фактах.
Выводы
«Благодаря быстрым и точным результатам, а также удобному интерфейсу, LEO помогает людям с целиакией выбирать более безопасные продукты питания и подходит для личного, клинического, промышленного и нормативного использования». По сравнению с другими тестами на глютен, он снижает риск ложноотрицательных результатов из-за эффекта «крючка», стоит менее 10 долларов за тест и не требует дополнительного оборудования.
В будущем этот метод можно будет применять и для других распространённых пищевых аллергенов, что обеспечит безопасность пищевых продуктов и надёжность цепочки поставок. Исключение риска заражения может помочь людям с ограничениями в питании избежать случайного и потенциально опасного контакта с аллергенами.
Его адаптивность может позволить ему обнаруживать другие соединения, в том числе нуклеиновые кислоты и токсины. «Мы считаем, что портативный LEO может произвести революцию в анализе пищевых продуктов».
Ссылка на журнал:
- Чен, У., Смит, Дж. К., Смит, С. и др. (2025). Повышение эффективности обнаружения глиадина: полуколичественная система для анализа методом латерального потока с видимым кодом для получения быстрых и надёжных результатов. Журнал сельскохозяйственной и пищевой химии. doi: https://doi.org/10.1021/acs.jafc.5c07872. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jafc.5c07872
Чтобы написать отзыв нужно авторизоватся