Nowe badanie wskazuje na możliwość wielokrotnego wzrostu zdolności tworzenia biofilmu przez Listeria monocytogenes

Listeria monocytogenes to patogen szczególnie niebezpieczny w środowisku produkcji żywności ze względu na wysoką przeżywalność i zdolność do tworzenia biofilmów. Struktury te rozwijają się na różnych materiałach – plastiku, stali nierdzewnej, szkle – i utrudniają skuteczną dezynfekcję. Proces formowania biofilmu obejmuje szybkie przyczepienie się komórek do powierzchni, produkcję macierzy ochronnej, rozwój struktury i rozprzestrzenianie się komórek na nowe obszary. Jego powstawanie wspierają m.in. podwyższona hydrofobowość powierzchni komórkowej, skład środowiska oraz typ podłoża. Biofilm zwiększa odporność bakterii na czynniki fizykochemiczne i pozwala na ich długotrwałe przetrwanie w zakładach spożywczych. Aby lepiej zrozumieć mechanizmy sprzyjające tworzeniu biofilmu przez L. monocytogenes, przeprowadzono eksperyment selekcyjny z udziałem szczepów o różnym pochodzeniu.

Selekcja silnych producentów biofilmu
W badaniu wykorzystano szczep referencyjny EGDe oraz szczep środowiskowy FBR16, które poddano wielokrotnym cyklom kolonizacji plastikowych powierzchni i przenoszenia na nowe podłoża. Po kilku tygodniach uzyskano warianty ewolucyjne (EV), które wytwarzały 3–7 razy więcej biofilmu niż szczepy wyjściowe. Różnice były widoczne już po kilku godzinach inkubacji. Warianty EV charakteryzowały się zwiększoną hydrofobowością powierzchni komórkowej, co sprzyjało ich silniejszemu przyleganiu do plastiku i stali. Mimo wzrostu zdolności adhezyjnych, zachowały podobne tempo namnażania w zawiesinie planktonowej.

Rola białka Lmo1799
Jednym z najistotniejszych ustaleń badania było zidentyfikowanie czynnika molekularnego odpowiedzialnego za zwiększoną zdolność tworzenia biofilmu u wariantów EV. Szczepy te wykazywały znacznie wyższą produkcję białka Lmo1799 – strukturalnego elementu zlokalizowanego na powierzchni komórki bakteryjnej. Białko to, związane z otoczką komórkową, może brać udział w adhezji do powierzchni, co jest kluczowe w początkowej fazie formowania biofilmu.

Warianty EV zawierały zmiany genetyczne, które prowadziły do nadekspresji genu lmo1799. Zidentyfikowano m.in. delecję w obrębie sekwencji kodującej oraz mutację w regionie promotorowym, co skutkowało znacznym wzrostem ilości wytwarzanego białka. Aby potwierdzić jego rolę, badacze przeprowadzili dalsze testy na zmodyfikowanych szczepach: po usunięciu genu lmo1799 lub przywróceniu jego pierwotnej regulacji, zdolność do tworzenia biofilmu ulegała znacznemu obniżeniu – nawet sześciokrotnie.

Dodatkowo zaobserwowano, że zmniejszeniu ulegała również hydrofobowość powierzchni komórkowej, co wskazuje na bezpośredni wpływ Lmo1799 na właściwości adhezyjne komórki. Łącznie wyniki te potwierdzają, że zwiększona ekspresja Lmo1799 jest kluczowa dla rozwoju silnego fenotypu biofilmowego u ewoluujących szczepów Listeria monocytogenes.

Znaczenie dla bezpieczeństwa żywności

Opisane odkrycia pokazują, że L. monocytogenes może w wyniku procesów ewolucyjnych przejść w formy wytwarzające wyjątkowo odporne biofilmy. Nowo powstałe warianty znacznie szybciej kolonizują powierzchnie i tworzą zwarte struktury biofilmowe. Obecność takich odpornych biofilmów może dodatkowo utrudniać usuwanie Listerii z urządzeń i zmniejszać efektywność procesów sanitarnych. 

Źródło: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0944501325003386