[בתמונה: יוליה מלניק קסלר. באדיבות המצולמת]

כמעט כל תעשיית המזון והמשקאות נשענת על ניטור איכות מתמשך. בתהליכי תסיסה, באחסון ובשרשרת האספקה, סטייה קטנה בתהליך עלולה להוביל לפגיעה בטעם, בארומה ולעיתים גם לבטיחות המוצר. אחד הסימנים המוקדמים לכך הוא עלייה ברמות חומצה אצטית – תרכובת נדיפה שמקושרת לפעילות מיקרוביאלית בלתי רצויה. הבעיה היא שהשיטות המקובלות לזיהוי שלה מבוססות עדיין על דגימות ובדיקות מעבדה יקרות, ולכן אינן מתאימות לניטור רציף בזמן אמת.

מחקר חדש מהאוניברסיטה העברית מציע גישה אחרת. חוקרים מהפקולטה לחקלאות, מזון וסביבה פיתחו חיישן ביולוגי שמזהה חומצה אצטית ברגישות גבוהה, גם כאשר היא נמצאת באוויר שמעל המזון או המשקה, ולא רק בתוך הנוזל עצמו. החיישן מאפשר לקבל התראה מוקדמת על קלקול פוטנציאלי, בשלב שבו עדיין ניתן להתערב ולמנוע נזק.

המחקר הובל על ידי פרופ’ יעל הלמן מהמכון למדעי הסביבה והמחלקה למחלות צמחים ומיקרוביולוגיה, ובוצע כחלק מעבודת הדוקטורט של יוליה מלניק־קסלר, שהייתה אחראית על פיתוח החיישן ואפיון פעולתו. למחקר שותפים חוקרים נוספים מהאוניברסיטה העברית, ממכון ויצמן למדע ויועצת מדעית עצמאית. המאמר פורסם בכתב העת Microbial Biotechnology ונתמך על ידי רשות החדשנות.

בלב הפיתוח עומד חיישן מסוג whole-cell biosensor, כלומר חיישן המבוסס על תא חי שלם ולא על רכיב כימי או אלקטרוני. במקרה זה מדובר בחיידק מהונדס גנטית, שבתוכו הוטמעה מערכת בקרה גנטית שמתרגמת נוכחות של חומצה אצטית לאות מדיד. החוקרים השתמשו ברגולטור שעתוק חיידקי טבעי, שמגיב באופן סלקטיבי לחומצה אצטית. כאשר המולקולה נקשרת אליו, מופעלת שרשרת תגובות תאית שמובילה לביטוי של מערכת ביולומינצנטית. התוצאה היא פליטת אור, שעוצמתה משקפת באופן ישיר את ריכוז החומצה בסביבה.

הגישה הזו מאפשרת רגישות גבוהה במיוחד גם בריכוזים נמוכים, הרלוונטיים לשלבים מוקדמים של קלקול. בניסויים הראו החוקרים תגובה לינארית ברורה בטווח ריכוזים אופייני לתהליכי תסיסה, לצד ספציפיות גבוהה לחומצה אצטית. החיישן אינו “מתבלבל” מחומצות נדיפות אחרות שמופיעות באופן טבעי במהלך התהליך, גם בסביבות מורכבות ועשירות באלכוהול.

אחד ההישגים המרכזיים של המערכת הוא היכולת לפעול בתנאים תעשייתיים אמיתיים. החיישן שמר על פעילות יציבה גם בנוכחות ריכוזי אתנול גבוהים, כפי שמקובל ביין ובבירה, והצליח לזהות חומצה אצטית גם מהאדים הנפלטים מהמוצר, ללא צורך בדגימת נוזל ישירה. המשמעות היא ניטור לא פולשני, רציף, וללא פגיעה במוצר עצמו.

בהשוואה לשיטות המקובלות כיום, כמו בדיקות מעבדה כימיות וכרומטוגרפיה, החיישן מציע חלופה פשוטה, זולה ומהירה. הוא אינו דורש ציוד כבד או הכשרה ייעודית, ויכול לספק חיווי בזמן אמת – יתרון משמעותי בתעשייה שבה חלון ההתערבות קצר והנזק הכלכלי מקלקול עלול להיות גדול.

מעבר לעולם המזון והמשקאות, החוקרים מציינים כי לטכנולוגיה יש פוטנציאל גם בתחומים נוספים. חומצה אצטית נחקרת כיום כסמן ביולוגי בתהליכים פיזיולוגיים ובמצבים רפואיים מסוימים, והיכולת לזהות אותה בצורה לא פולשנית עשויה לפתוח כיווני מחקר ויישום גם מחוץ להקשר התעשייתי.

לדברי פרופ’ הלמן, המחקר מדגים כיצד הבנה עמוקה של מנגנונים ביולוגיים טבעיים יכולה להפוך לכלי טכנולוגי יישומי. “המטרה שלנו היא לא רק להבין איך חיידקים מגיבים לסביבה,” היא מסכמת, “אלא להשתמש בידע הזה כדי לפתח מערכות ניטור חכמות שאפשר לשלב בתהליכי עבודה אמיתיים ובקנה מידה תעשייתי.”