Problemy z Listerią? Dlaczego niektóre szczepy Listerii przeżywają właściwie stosowane standardy higieny żywności?

Pomimo wysokich standardów czystości i higieny w przemyśle spożywczym, badania mikrobiologiczne nadal wykazują obecność bakterii takich jak Listeria monocytogenes w środowisku przetwarzania żywności. W badaniu opublikowanym w Applied and Environmental Microbiology, zespół badaczy z Vetmeduni w Wiedniu pokazał, że niektóre szczepy Listeria, parafrazując, schroniły się w bezpiecznej przstani. "Przystań" ta to dwa geny zlokalizowane w jednym obszarze genomu zwiększające przeżycie bakterii w warunkach stresu alkalicznego i oksydacyjnego. Naukowcy zidentyfikowali geny jako funkcjonalną jednostkę zwaną "wyspą przeżycia stresu". Zrozumienie tego genetycznego "ratownika" może pomóc w opracowaniu nowych strategii na rzecz bezpieczeństwa żywności.

Listeria monocytogenes jest patogenem pochodzenia żywnościowego, który kolonizuje i reprodukuje się na różnorodnych produktach spożywczych, w tym serach lub mięsie. Bez właściwej higieny żywności oznacza zagrożenie dla zdrowia. Standardy higieny w łańcuchach produkcji żywności są zatem dość wysokie. Listeria znana jest ze swojej zdolności do przetrwania w niszach środowiskowych, w których inne mikroorganizmy przetrwać nie mogą.

Kluczem do przetrwania bakterii jest zdolność adaptacji, a także odporność w sytuacjach stresowych. Niektóre mechanizmy genetyczne pozwalają L. monocytogenes reagować i blokować działanie roztworów czyszczących i środków dezynfekujących. Naukowcy z Instytutu Higieny Mleka potrafili rozszyfrować tę funkcję dla dwóch genów patogenu żywności. Pokazali, że te geny tworzą funkcjonalną jednostkę, która zapewnia przetrwanie bakterii pomimo standardów higienicznych w przemyśle spożywczym.

Hiperzmienne regiony genomu pomagają Listerii przetrwać stres.

Hiperzmienne, tzn. łatwe do zmiany, regiony genomu zawierające genetyczne wkładki, które pomagają Listerii przetrwać. "Wkładki te zawierają jednostkę o sekwencji genów -wysepkę przetrwania stresu 1 (SSI-1), "wyspa genetyczna",  która pomaga mikroorganizmom przetrwać określone sytuacje stresowe" – wyjaśnia pierwszy autor opracowania Eva Harter. "W zależności od konkretnego szczepu region ten mieści jedną z trzech różnych sekwencji genowych, których funkcja, z wyjątkiem SSI-1, nie była dotychczas znana".

Geny znajdujące się w "wysepce przetrwania stresu 1" zostały scharakteryzowane lata temu i zapewniają bakterii wysoką tolerancję na kwasy, w tym żółciowe, sól oraz soki żołądkowe. Nie wyjaśnia to jednak, w jaki sposób bakterie mogą przetrwać standardy higieny w przemyśle spożywczym, które obejmują różne sytuacje stresowe, zarówno alkaliczne, jak i utleniające, działające na Listerie. Naukowcy skoncentrowali się więc na dwóch sąsiadujących sekwencjach genowych w tym samym regionie hiperzmiennym dzięki czemu byli w stanie zidentyfikować je jako wyspę genomową, która chroni niektóre ze szczepów Listeria monocytogenes w sytuacjach stresowych.

Nowe czynniki przeżycia stresowego scharakteryzowane dla chorobotwórczego patogenu L. monocytogenes

Ekspresja dwóch genów i białek, które je kodują, wzrasta podczas stresu alkalicznego i utleniającego. Muszą mieć zatem inną funkcję niż geny należące do SSI-1.

"Zdołaliśmy przypisać funkcję do dwóch genów. Pierwszy jest regulatorem transkrypcyjnym, który w pewnych sytuacjach reguluje częstotliwość i aktywność drugiego białka. Druga to proteaza, enzym, który rozkłada inne białka. Proteazy pomagają bakterii rozbić niefunkcjonalne białka powstające podczas stresu " mówi Harter.

"Jeśli regulator nie jest aktywny, to nie ma proteazy. Bez proteazy, Listeria monocytogenes ma krótszy czas do wyrównywania stresu oksydacyjnego. Te dwa geny tworzą więc funkcjonalną jednostkę, a konkretnie wysepkę przetrwania stresu SSI-2 ", dodaje dyrektor badania Kathrin Rychli. Wysepka znajduje się głównie w szczepach L. monocytogenes, wyspecjalizowanych w środowisku żywności i przetwórstwa spożywczego.

Specyficzne dla nisz żywnościowych

Jak wyjaśnia K. Rychli: "Zdołaliśmy zidentyfikować specyficzny rodzaj genomu, w którym sekwencja SSI-2 jest zawsze obecna. Ten typ sekwencji, ST121, znajduje się prawie wyłącznie w żywności, a także obszarze przetwarzania żywności, a prawie nigdy w izolatach klicznicznych. W części szczepów tworzących  grupę ST121, SSI-2 jest bardzo zakonserwowany, tj. zupełnie identyczny. SSI-2 wydaje się więc specyficzny tylko dla nisz, ponieważ większość szczepów Listerii występujących w izolatach klinicznych nie ma SSI-2."

Dzięki odkryciu nowej wyspy przeżycia stresu, naukowcy w projekcie finansowanym  przez austriacki Fundusz Nauki (FWF) potrafili opisać ważną strategię przeżywania chorobotwórczej Listerii monocytogenes.

"Znajomość mechanizmu genetycznego, pozwala myśleć o nowych strategiach bezpieczeństwa żywności" na zakończenie mówi dyrektor badań K. Rychli.

Źródła:

University of Veterinary Medicine, Vienna