Salmonellentests könnten bald viel effizienter werden

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Wenn die meisten von uns in den Supermarkt gehen und einen Karton Eier oder eine Packung Hühnchen holen, gehen wir wahrscheinlich davon aus, dass uns diese Produkte nicht krank machen – solange sie richtig gekocht sind.

Das stimmt größtenteils, aber die Lebensmittelversorgungskette ist nicht perfekt und es kommt manchmal zu Kontaminationen.

Jedes Jahr untersucht die Regierung der Vereinigten Staaten viele Ausbrüche von lebensmittelbedingten Krankheiten, die auf Keime wie Salmonellen, Listerien, E. coli und andere zurückzuführen sind. Die Centers for Disease Control and Prevention schätzen, dass jährlich 48 Millionen Menschen dadurch erkranken.

Von den Erkrankten werden 128.000 ins Krankenhaus eingeliefert und 3.000 sterben. Salmonellen gehören zu den Hauptverursachern und werden häufig mit Eiern oder Hühnern in Verbindung gebracht.

Die Geflügelindustrie verarbeitet jährlich etwa 10 Milliarden Hühner und sucht seit Jahren nach einer besseren Möglichkeit, die Bakterien nachzuweisen, sagte Jim Dickson, Professor an der Abteilung für Tierwissenschaften der Iowa State University.

„Die Menschen sind ständig auf der Suche nach besseren Methoden zur Probenentnahme, besseren Möglichkeiten zum Testen und schnelleren Ergebnissen“, sagte er. „Je schneller ein Verarbeiter Ergebnisse erhält, desto schneller kann er darauf reagieren.“

Die Art und Weise, wie Hühner derzeit auf Krankheitserreger getestet werden, ist effektiv und es gibt relativ wenige Hinweise auf eine Kontamination.

Der Lebensmittelsicherheits- und Inspektionsdienst des US-Landwirtschaftsministeriums (USDA) führt Tests auf die Bakterien durch, und auch große Geflügelverarbeiter testen ihre Hühner normalerweise jeden Tag, sagte Dickson. Aber Testlabore befinden sich oft außerhalb des Standorts und die Vorbereitung einer Probe für die Analyse kann ein oder zwei Tage dauern.

„Das ist eines der frustrierenden Dinge in der Mikrobiologie“, sagte er. „Realistisch gesehen reden wir in den meisten Fällen von drei Tagen. Bis die Ergebnisse zurückkommen, ist das Produkt verschwunden. Es wurde bereits versendet.“

Die meisten Hühner tragen irgendeine Form von Salmonellen in sich, und das CDC schätzt, dass sie in jeder 25. Packung rohem Hühnchen enthalten ist. Bei richtiger Zubereitung stellt das normalerweise kein Problem dar, aber das Risiko steigt, wenn das Geflügel eine höhere Salmonellenbelastung aufweist.

Als Reaktion auf diese Herausforderung erhielt ein Forscherteam zunächst 750.000 US-Dollar vom Convergence Accelerator der National Science Foundation, um Wege zu finden, das Vorhandensein von Salmonellen in der gesamten Hühnerlieferkette schneller zu erkennen.

„Wir wollen einfach eine sichere Lebensmittelversorgung für alle gewährleisten“, sagte Kate Trout, eine der Hauptforscherinnen des Projekts. „(Einschließlich) ländlicher Gemeinden, Gemeinden mit niedrigem Einkommen, in denen wir jetzt eine höhere Rate an Salmonelleninfektionen haben, aber wir kennen die Grundursachen dafür wirklich nicht.“

Die Forschung umfasst die Entwicklung von Biosensoren, wie sie in einem Labor der Universität von Missouri verwendet werden, die die Zeit zum Nachweis kleiner Salmonellenkonzentrationen erheblich verkürzen.

Doktorandin Mai Abuhelwa demonstrierte eines, das einen Laser und Glasfaserkabel verwendet.

„Ich injiziere einfach meine Probe und warte ein paar Minuten“, sagte sie und deutete auf einen Computerbildschirm mit einer Grafik darauf. „Wir können das Signal einlesen: diesen Punkt, diesen Punkt und diesen Punkt.“

Die molekularen Bestandteile von Salmonellen erzeugen in der Grafik eine bestimmte Art von Peak, sagte Mahmoud Almasri, Abuhelwas Berater und leitender Hauptforscher dieser Forschung.

„Wenn Sie einen anderen Peak sehen, wissen Sie, dass Sie keine Salmonellen nachweisen“, sagte er.

Almasri fügte hinzu, dass sie auch zwei weitere Sensoren entwickeln, darunter einen, der die spezifische Art von Salmonellen in einer Probe erkennen kann.

„Es gibt vielleicht 2.500 verschiedene Arten von Salmonellen“, sagte Almasri. „Aber nicht alle davon sind in Geflügel.“

Dieser Grad an Granularität würde über den aktuellen Industriestandard hinausgehen, der nur Salmonellen im Allgemeinen erkennt, sagte Kantha Channaiah, Assistenzprofessorin für Lebensmittelwissenschaft an der University of Missouri.

„Dies wird eine wichtige Rolle dabei spielen, viele Ressourcen und Zeit zu sparen“, sagte er. „Für die Industrie und für kommerzielle Hersteller ist Zeit Geld.“

Darüber hinaus kann die zugrunde liegende Wissenschaft hinter den separaten Sensoren auch auf andere Bakterien wie Listerien, E. coli oder Staphylokokken wirken, sagte Channaiah. „Wir können dieses Prinzip und Konzept anwenden und den Anwendungsbereich dieser Technologie auf andere Krankheitserreger ausweiten“, sagte er.

Diese Sensoren sind noch nicht für den Einsatz in einem Hühnerverarbeitungsbetrieb bereit, aber die Idee hinter der Forschung besteht darin, Tests auf Salmonellen überall in der Hühnerlieferkette zu ermöglichen.

Doch zunächst müssen die Forscher entscheiden, welche der neuen Biosensoren an bestimmten Stellen der Produktionskette am besten funktionieren.

„Mit der Entwicklung des Biosensors ist die Frage noch nicht erledigt. Das ist nicht genug“, sagte Haitao Li, ein weiterer leitender Forscher und Leiter der Abteilung für Supply Chain Analytics an der University of Missouri-St. Louis.

Li entwickelt ein mathematisches Programmiermodell, um zu entscheiden, welche Sensoren seiner Kollegen für die Anforderungen eines bestimmten Unternehmens am besten geeignet sind. Das Modell könne auch dabei helfen, vorherzusagen, wo die Sensoren an Knotenpunkten in der riesigen Geflügellieferkette platziert werden sollten, sagte er.

Ein Knoten kann eine Einrichtung wie eine Farm oder einen Prozess wie Transport oder Lagerung darstellen, sagte Li. Und es kann sehr granular sein, wie verschiedene Schritte bei der Hühnerverarbeitung.

„Bei jeder Operation“, sagte er. „Zum Beispiel das Waschen des Kadavers, das Enthäuten, das Zerlegen.“

„Es wäre eine Möglichkeit, Hühnchen über seine Zeit im Verarbeiter hinaus noch viele Male zu testen, wo man anschließend davon ausgeht, dass es auf dem LKW zum Lebensmittelgeschäft, im Lebensmittelgeschäft und danach richtig kalt bleibt“, sagte Tim Safranski, Professor an der Tierwissenschaftliches Forschungszentrum der University of Missouri.

„Wenn die Kühlkette eingehalten wird, bleibt es sicher. Wenn es anschließend richtig gekocht wird, bleibt es sicher“, sagte er. „Aber es gibt unterwegs viele Gelegenheiten, bei denen die Dinge möglicherweise nicht richtig funktionieren.“

Mit Sensoren an mehr Punkten könnten Forscher laut Li beginnen, Salmonellenkontaminationen entlang der gesamten Lieferkette in Echtzeit zu erkennen. Er fügte hinzu, dass sie planen, die Testdaten mit anderen, etwa zu Bevölkerung, Gesundheit und Geographie, in ein Softwaresystem zu integrieren, das das Risiko der Bakterien visualisieren und vorhersagen kann.

„Wenn wir das Ausmaß des Kontaminationsrisikos kennen, könnten wir den Versand einiger Waren beschleunigen oder ihre Lagerzeit verkürzen“, sagte er. „Wir könnten einen Rückruf veranlassen oder einen Teil des Produkts je nach Marktnachfrage oder dem Bedarf verschiedener Bevölkerungsgruppen neu vertreiben.“

Und wenn eine Kontamination frühzeitig oder an mehreren Stellen entlang der Kette erkannt wird, könnten weniger Menschen krank werden und so Geld gespart werden. Die Forscher berufen sich auf die Statistik, dass Krankheiten durch Salmonelleninfektion im Jahr 2018 allein in den USA mehr als 10 Milliarden US-Dollar kosteten.

Diese Sensoren müssen jedoch einfach zu bedienen und kostengünstig sein, wenn die Unternehmen, die Hühnerfleisch verarbeiten, versenden oder vertreiben, sich beteiligen wollen. Die NSF hatte bei der Vergabe der Fördermittel dieselben Prioritäten.

Dennoch gefällt Carlton Adams die Idee.

„Es könnte möglicherweise bahnbrechend für uns sein“, sagte er. „Erstens hätten wir im Vorfeld bessere Informationen.“

Adams ist der Chief Operating Officer von Operation Food Search, einer Lebensmittelbank in St. Louis.

An den meisten Wochentagen stehen vor dem Lager der Organisation Autos und Lastwagen Schlange, um Kisten mit Lebensmitteln zu beladen, die an bedürftige Menschen in Missouri und Illinois gehen.

Für ihn sei es wichtig, dass die Lebensmittel, die sie an Lebensmittelausgabestellen und andere örtliche Agenturen verteilen, von hoher Qualität, nährstoffreich und zuverlässig für die Menschen sind, die darauf angewiesen sind, sagte Adams.

„Diese Vorstellung, dass man es nicht verdient, gutes Essen zu haben, weil man nicht wie im Kapitalismus klargekommen ist, ist verrückt“, sagte er. „Die Folgewirkungen kontaminierter Lebensmittel in einer Nachbarschaft sind wirklich besorgniserregend.“

Kontamination kann ganze Familien krank machen, fügte Adams hinzu, und Kinder von der Schule oder Erwachsene von der Arbeit abhalten.

Außerdem könnten die Sensoren dazu beitragen, dass Operation Food Search weniger Lebensmittel wegwirft, falls in ihrer Einrichtung in St. Louis etwas schief geht, sagte Adams.

"Dinge passieren. Wenn wir einen Stromausfall haben, der Generator nicht anspringt und wir für eine gewisse Zeit keinen Kühlraum mehr haben, landen die Lebensmittel auf der Mülldeponie“, sagte er. „Das sind viel weniger Lebensmittel, die an die Gemeinschaft verteilt werden.“

Diese neue Testtechnologie ist vielversprechend, doch bis zur Marktreife werden noch Jahre vergehen. Das Forschungsteam reicht einen Vorschlag für die nächste Finanzierungsphase der NSF ein, der später in diesem Jahr geprüft werden soll, und holt Feedback von potenziellen Investoren, Programmmanagern und Forschern anderer Förderagenturen ein.

In der Zwischenzeit, so Adams, werde seine Lebensmittelbank für die Sensoren und Software bereit sein, sobald diese verfügbar sind.

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