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인간의 소화불량 원인에서 소 유방염의 주범이 되기까지, 황색포도상구균(S. aureus)은 유제품 제조업체와 소비자에게 주요 문제의 배후에 있습니다. 이것은 박테리아가 일반 위생 절차를 통해 쉽게 박멸할 수 없는 포도상구균 장독소를 생성하기 때문입니다. 더욱이 S. aureus는 저온살균 및 열 처리에서 살아남을 수 있어 유제품에 존재하는 것이 특히 문제가 됩니다.
이제 연구자들은 우유 미생물군에 부정적인 영향을 미치지 않으면서 유제품에서 S. 아우레우스를 결합, 분리 및 제거하는 방법을 발견했다고 주장합니다. 그들의 해결책? 나노기술.
나노로보틱스란?
나노기술은 오늘날 기술 분야에서 가장 빠르게 성장하는 분야 중 하나입니다. 2021년부터 2030년까지 CAGR 36.4percent로 성장하고 이번 10년 말까지 336억 3000만 달러의 가치에 도달할 것으로 예상됩니다.
나노로봇(줄여서 나노봇)은 크기가 1~100나노미터인 미세한 유기체입니다. 그들은 화학 연료 또는 빛, 초음파 또는 자기장과 같은 에너지원에 의해 구동될 수 있으며 혈관을 통해 특정 질병 부위에 약물을 전달하거나 액체에서 특정 병원균을 분리하는 것과 같은 특정 작업을 수행합니다.
박테리아 추출
후자의 옵션은 프라하 화학 기술 대학의 과학자 집단이 S. 아우레우스를 로드, 운송 및 분리하기 위해 선택한 것입니다. 그들은 면역글로불린 함유 항체가 탑재된 MagRobots라는 자기 추진 나노봇을 설계했습니다. S. aureus는 면역글로불린 결합 단백질을 생산하기 때문에 연구원들은 이 방법이 액체에서 제거하기 위해 MagRobots의 표면에 부착할 유해 박테리아를 효과적으로 식별할 수 있기를 희망했습니다.
실험 중에 과학자들은 S. aureus 박테리아가 나노 로봇을 움직이는 데 도움이 되는 자기장을 끈 후에도 분해되지 않는 사슬로 분리되어 있음을 관찰했습니다. 그런 다음 영구 자석을 사용하여 박테리아를 제거했습니다.
나노봇이 자연적으로 발생하는 다른 유형의 박테리아를 유인하지 않는다는 것을 증명하기 위해 연구원들은 S. 아우레우스와 함께 면역글로불린 결합 단백질을 생산하지 않는 박테리아인 대장균을 포함하는 혼합물로 MagRobots를 출시했습니다. 후자만 나노봇의 표면에 부착됩니다. 이 선택성은 또한 Lactobacillus rhamnosus(L. rhamnosus)와 Enterobacter cloacae(E. cloacae)를 사용하여 나노기술로 ‘처리 전과 후의 생존 가능한 박테리아 수에 유의미한 차이가 없음’으로 테스트되었습니다.
“분명히, 대장균 콜로니의 수는 처리되지 않은… 및 처리된 박테리아 현탁액에서 유사하다는 것을 알 수 있습니다.”종이가 읽힌다. “그러나 S. aureus 콜로니의 수는 MagRobots로 처리하고 로봇이 영구 자석을 사용하여 후속 검색을 할 때 상당히 감소했습니다. E. coli와 S. aureus의 박테리아 수를 MagRobots로 처리하기 전과 후에 정량화하여 동일한 결과가 관찰되었습니다.”.
그들의 기술이 우유 샘플에서 S. 아우레우스를 얼마나 효율적으로 제거하는지 테스트하기 위해 과학자들은 저온 살균된 우유 샘플에 박테리아를 첨가하여 우유에 존재하는 S. 아우레우스의 약 83percent가 분리되었음을 발견했습니다.
“[T]이 결과는 우리 시스템이 우유를 저온 살균한 후 남아있는 S. aureus를 성공적으로 제거할 수 있음을 나타냅니다.”연구원들은 연구에서 결론을 내렸다. “또한, 자기 로봇을 기반으로 하는 이 연료가 필요 없는 제거 시스템은 S. aureus 박테리아에 특화되어 있으며 천연 우유 미생물에 영향을 미치거나 연료 촉매 작용으로 인한 독성 화합물을 추가하지 않습니다. 우리가 아는 한, 마이크로로봇 기술을 사용하기 전에 유사한 결과가 발표된 적이 없습니다.”.
확장성
이 연구에 따르면 이 방법은 식품 산업에서 사용하기 위해 규모를 확장할 수 있으며 면역글로불린 결합 단백질을 생성하는 다른 박테리아를 제거하는 데 적합합니다.
또한 실험에 사용된 나노봇에는 두 개의 항체(염소에서 생성된 항토끼 IgG와 토끼 혈청에서 생성된 IgG)가 탑재되어 있으며 시중에서 판매되는 항S보다 저렴하다고 합니다. 아우레우스 항체.
MagRobot은 산화철과 폴리머를 기반으로 하기 때문에 로봇을 추진하는 데 사용되는 모터 비용도 ‘매우 낮을’ 수 있습니다. “또한 이러한 MagRobot은 우유 생산 공장 내에서 접근하기 어려운 장소에 들어가 무선으로 작동할 수 있다는 점에 유의해야 합니다. 마지막으로 이 모터는 박테리아를 제거하고 특별히 격리할 수 있습니다. .S. 아우레우스. 후속 결정 및 정량화를 위해,”연구는 결론을 내린다.
원천:
우유에서 병원체 분리를 위한 군집하는 자기 마이크로로봇
카르멘 C. 마요르가-마르티네즈, 마르케타 카스토랄로바, 야로슬라프 젤렌카, 토마스 럼, 마틴 푸메라
2022년 12월 7일 게시됨
https://doi.org/10.1002/smll.202205047.
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