Wpływ typu żywności na przeżywalność i wirulencję Listeria monocytogenes w przewodzie pokarmowym

Listeria monocytogenes to bakteria wywołująca groźną chorobę – listeriozę – która pomimo rzadkiego występowania cechuje się wysoką śmiertelnością. Do większości zakażeń dochodzi wskutek spożycia skażonej żywności. Najbardziej narażone na ciężkie przebiegi choroby są osoby o obniżonej odporności, osoby starsze oraz kobiety w ciąży. W zdrowej populacji listerioza zwykle ogranicza się do łagodnego nieżytu żołądkowo-jelitowego, ale u wymienionych grup ryzyka może prowadzić do sepsy czy zapalenia opon mózgowych. Źródłem L. monocytogenes bywają rozmaite produkty spożywcze – od warzyw, przez surowe mleko, po wyroby mięsne – jednak najczęściej wiąże się ją z gotowymi do spożycia (ang. ready-to-eat, RTE) produktami, takimi jak wędzone ryby, sery miękkie czy wędliny. Historia odnotowała liczne ogniska listeriozy spowodowane właśnie tymi kategoriami żywności: w latach 2014–2019 wielokrajową epidemię powiązano z wędzonym na zimno łososiem, w 2010 r. w Austrii i krajach ościennych źródłem zakażeń był miękki ser typu twarogowego, zaś największą na świecie epidemię (1060 zachorowań, 216 zgonów) wywołała w RPA w 2018 r. skażona Listerią gotowa kiełbasa (polony).

Na szczególną uwagę zasługuje żywność gotowa do spożycia o długim okresie przydatności – np. wędzone ryby, dojrzewające sery czy pakowane wędliny – ponieważ L. monocytogenes potrafi namnażać się nawet w warunkach chłodniczych (nawet w 2–4 °C). Badania monitoringowe w Unii Europejskiej wykazały obecność Listerii w 7,1% próbek ryb i produktów rybnych, 2,1% próbek gotowych produktów mięsnych oraz 2% próbek serów miękkich i półmiękkich. Skażenia te skutkują kosztownymi wycofaniami produktów (straty finansowe w Europie i USA liczone są w setkach milionów euro rocznie) oraz stanowią poważne zagrożenie dla zdrowia publicznego. Dlatego tak istotne jest zrozumienie, jak różne matryce żywności (czyli otoczenie, w jakim bakteria znajduje się w danym produkcie) wpływają na przeżycie Listerii podczas trawienia oraz na jej zdolność do wywołania infekcji u konsumenta.

Model badania: trawienie in vitro i test infekcyjności

Najnowsze badania naukowców z Uniwersytetu Medycyny Weterynaryjnej w Wiedniu rzucają światło na oddziaływanie typu żywności na zachowanie L. monocytogenes w przewodzie pokarmowym. Wykorzystano innowacyjny, kompleksowy model składający się z trzech etapów: namnażania bakterii w żywności, trawienia in vitro oraz testu inwazyjności na hodowli komórkowej. Do eksperymentu wybrano trzy reprezentatywne produkty RTE często powiązane z listeriozą: miękki ser typu Brie, wędzonego łososia oraz parzoną, niefermentowaną kiełbasę typu knackwurst. Każdy z tych produktów zaszczepiono określonymi szczepami L. monocytogenes (w tym szczepem referencyjnym EGDe oraz dwoma wyizolowanymi z żywności), po czym przechowywano przez 7 dni w 10 °C, symulując warunki chłodnicze typowe dla przechowywania żywności. Następnie próbki poddano trójfazowemu trawieniu in vitro – kolejno fazie jamy ustnej (ze sztuczną śliną), fazie żołądkowej (z dodatkiem soku żołądkowego o niskim pH) oraz fazie jelitowej (z płynem dwunastniczym i żółcią). Na każdym etapie mierzono, ile bakterii przeżyło. W ostatnim kroku bakterie ocalałe po symulowanym trawieniu wykorzystano do zakażenia hodowli ludzkich komórek nabłonka jelit (Caco-2), aby ocenić zdolność inwazji – tj. odsetek bakterii, którym udało się wtargnąć do komórek gospodarza. Równolegle prowadzono analizy molekularne, sprawdzając zmianę ekspresji genów Listerii w zależności od warunków (różna żywność i etapy trawienia).

Przeżywalność Listerii zależna od matrycy żywności

Badanie wykazało wyraźne różnice w przeżywalności L. monocytogenes w modelu przewodu pokarmowego, w zależności od tego, w jakim produkcie bakterie były obecne. Po zakończeniu symulowanej fazy żołądkowej znacznie więcej żywych bakterii przetrwało w próbkach sera Brie i łososia niż w próbkach kiełbasy. Innymi słowy – kwaśne środowisko żołądka okazało się dużo bardziej zabójcze dla Listerii spożytej w kiełbasie niż dla tej spożytej z serem czy łososiem. W liczbach oznaczało to średni spadek liczebności bakterii o ok. 1,15 log (ok. 93%) w przypadku kiełbasy, podczas gdy w serze i łososiu ubytek był znikomy (0,12–0,19 log). Co więcej, podczas fazy jelitowej zaobserwowano wręcz „odrodzenie się” bakterii z sera i ryby – część komórek Listerii, które osłabły w żołądku, zdołała się ponownie namnożyć w warunkach jelitowych. W efekcie końcowym liczba żywych bakterii L. monocytogenes po zakończeniu całego modelu trawienia wzrosła w próbkach sera i łososia, podczas gdy w próbce kiełbasy nadal spadała. Innymi słowy, L. monocytogenes „przeżyła” trawienie w serze i rybie niemal bez strat, a nawet z pewnym przyrostem, natomiast w kiełbasie uległa znacznemu przetrzebieniu.

Co odpowiada za te różnice? Kluczowym czynnikiem okazała się pojemność buforowa żywności, czyli zdolność matrycy pokarmowej do neutralizowania kwasu żołądkowego. W trakcie fazy żołądkowej stwierdzono, że mieszanina z kiełbasą osiągała niższe pH (ok. 3,96–4,07) niż mieszaniny z serem (pH ~4,6–4,7) czy łososiem (pH ~4,7–4,9). Oznacza to, że kiełbasa miała najniższą zdolność buforowania kwasu, przez co sok żołądkowy silniej zakwaszał treść pokarmową z kiełbasą i skuteczniej niszczył bakterie. Z kolei ser Brie i wędzony łosoś skuteczniej łagodziły odczyn – ich wyższa pojemność buforowa zapewniła Listerii lepszą ochronę przed kwasem. Autorzy powiązali te właściwości z różnicami w składzie badanych produktów. Kiełbasa użyta w eksperymencie zawierała tylko 11 g białka na 100 g, podczas gdy ser ~17 g/100 g, a łosoś ~21 g/100 g. Białko obecne w żywności działa jak bufor, neutralizując kwas żołądkowy – niedobór białka w kiełbasie mógł zatem osłabić jej ochronę bakterii przed kwasem. Ponadto żywność o wysokiej zawartości tłuszczu bywa trudniejsza do przeniknięcia przez kwas (tłuszcz może tworzyć fazę hydrofobową, osłaniając mikroorganizmy). Kiełbasa zawierała co prawda ok. 24 g tłuszczu/100 g, jednak mniej niż ser Brie (31 g) i bez porównania inny rodzaj niż tłuszcz rybi (łosoś 10 g/100 g). W poprzednich badaniach wykazano, że duża ilość tłuszczu może chronić Listerię w symulowanym trawieniu. W przypadku kiełbasy jej umiarkowana tłustość nie zdołała zrekompensować niedoboru białka i w rezultacie produkt ten cechował się najmniejszą ochroną bakterii w żołądku. Dla porównania, ser dostarczył zarówno dużo białka, jak i tłuszczu, a łosoś – bardzo dużo białka – co przełożyło się na skuteczniejszą neutralizację kwasu żołądkowego i wyższe przeżycie Listerii.

W bakteriach wyizolowanych z kiełbasy zaobserwowano wzmożoną ekspresję genów odpowiedzialnych za tolerancję kwasu (m.in. układ dekarboksylazy glutaminianowej – geny gadA, gadB) oraz genów ogólnej odpowiedzi na stres (m.in. rsbV). Co ciekawe, zauważono także zwiększoną transkrypcję pewnych genów bakteriofagowych (kodujących holinę i endolizynę), co sugeruje aktywację uśpionych w genomie Listerii wirusów mogących doprowadzać do rozpadu komórek bakteryjnych. Innymi słowy, ekstremalne warunki w modelu z kiełbasą mogły nie tylko hamować wzrost bakterii, ale wręcz powodować ich autodestrukcję na skutek indukcji profagów. To dodatkowo tłumaczy, dlaczego z próbki kiełbasy uzyskano znacznie mniej żywych Listerii niż z sera i łososia. Równolegle zaobserwowano w bakteriach z kiełbasy wzrost ekspresji genów naprawy DNA oraz genów związanych z gospodarką jonową/osmotyczną (np. operon kdpABCDEF), co łącznie potwierdza, że Listeria w tym produkcie doświadczyła silniejszego stresu środowiskowego.

Zdolność inwazji: wpływ matrycy na wirulencję patogenu

Sam fakt przeżycia bakterii to nie wszystko – kluczowe jest, czy ocalałe bakterie zachowują zdolność do infekowania komórek gospodarza. Wyniki omawianego badania są tu niepokojące: okazało się, że L. monocytogenes pochodząca z wędzonego łososia nie tylko przeżywa najlepiej, ale też najskuteczniej zakaża komórki jelitowe. W modelu inwazji na linie Caco-2 bakterie wyizolowane po trawieniu z matrycy rybnej wnikały do komórek w największym odsetku – istotnie wyższym niż bakterie z sera Brie czy kiełbasy. W konsekwencji, biorąc pod uwagę zarówno liczebność ocalałych bakterii, jak i ich agresywność, łosoś okazał się dla Listerii najgroźniejszym nośnikiem: L. monocytogenes obecna w tym produkcie przetrwała symulowane trawienie w dużej liczbie i wyjątkowo efektywnie infekowała komórki gospodarza. Nieco mniej inwazyjne – choć wciąż groźne – były bakterie z sera, natomiast te pochodzące z kiełbasy cechowały się najniższą zdolnością inwazji (co dodatkowo potęguje fakt, że niewiele ich w ogóle przeżyło proces trawienia).

Z czego wynikają te różnice w wirulencji? Naukowcy sugerują, że wpływ mogą mieć specyficzne czynniki obecne w żywności, które modulują ekspresję genów zjadliwości Listerii. Przykładowo, wędzony łosoś był peklowany z użyciem soli i laktofermentu (mleczanu sodu) – dodatków powszechnie stosowanych jako konserwanty. Paradoksalnie, badania wskazują, że obecność soli lub mleczanów może zwiększać zdolność Listerii do inwazji komórek. Garner i wsp. odnotowali, że dodatek soli czy mleczanu sodu nasilał inwazyjność L. monocytogenes w modelu in vitro. Wykorzystany w badaniu łosoś zawierał oba te składniki, co mogło sprzyjać „podkręceniu” wirulencji bakterii (choć autorzy zastrzegają, że nie zmierzono stężenia soli ani laktofrmentu po zakończeniu trawienia).

Drugim istotnym aspektem jest zawartość i rodzaj tłuszczu w badanych matrycach. Choć łosoś miał najmniej tłuszczu ogółem (10 g/100 g) w porównaniu z serem (31 g) i kiełbasą (24 g), to liczy się nie tylko ilość, ale i profil kwasów tłuszczowych. Niektóre długołańcuchowe, nienasycone kwasy tłuszczowe – np. oleinowy (C18:1), linolowy (C18:2) czy linolenowy (C18:3) – potrafią hamować aktywację głównego regulatora wirulencji Listerii (białka PrfA), zmniejszając tym samym ekspresję czynników chorobotwórczych bakterii. Okazało się, że kwasów tych praktycznie nie było w składzie tłuszczu łososia, natomiast w serze Brie i kiełbasie stężenia oleinianu i linolowych były znacznie wyższe. Innymi słowy, Listeria rozwijająca się w tłustym serze czy mięsie mogła być „przytłumiona” przez obecność określonych kwasów tłuszczowych, które obniżają ekspresję genów wirulencji – natomiast w łososiu brakowało tego czynnika hamującego. Dodatkowo w bakteriach pochodzących z matrycy rybnej stwierdzono zwiększoną aktywność genów związanych z urzęsieniem (wykryto m.in. wyższą ekspresję genów fliS i flgB). Ponieważ ruchliwość i obecność rzęsek sprzyja Listerii w procesie zakażania komórek jelitowych, może to częściowo tłumaczyć wyższą inwazyjność bakterii pochodzących z łososia.

Należy zauważyć, że wirulencja zależy również od cech samego szczepu bakterii. W omawianym badaniu jeden ze szczepów (R479a) wykazywał generalnie niższą inwazyjność niż pozostałe, niezależnie od matrycy. Jednak nawet ten mniej agresywny szczep stawał się wyraźnie bardziej inwazyjny po przejściu przez model trawienia w obecności ryby. Ogółem autorzy konkludują, że typ żywności może amplifikować lub zmniejszać wirulencję Listerii, a efekt ten nakłada się na wrodzone różnice między szczepami. Oznacza to, że potencjalnie niebezpieczne (bardziej zjadliwe) szczepy stają się szczególnie groźne, gdy skażą określony rodzaj produktu spożywczego.

Na poziomie molekularnym stwierdzono, że przejście Listerii przez model trawienia indukuje u niej aktywację wielu genów związanych z chorobotwórczością. Łącznie zaobserwowano wzrost ekspresji 29 genów wirulencji (oraz 23 genów stresu) po przeżyciu symulowanej podróży przez żołądek i jelita. Wśród podkręconych genów znalazły się m.in. hly i plcB – kluczowe czynniki pozwalające bakteriom wydostać się z fagosomów po wniknięciu do komórki (odpowiednio listeriolizyna O i fosfolipaza C) – a także gen clpE, którego produkty białkowe wspomagają przeżycie Listerii wewnątrz komórek gospodarza. Zatem Listerie, którym udało się przetrwać kontakt z kwasem i żółcią, wychodzą z tego starcia silniejsze – są lepiej wyposażone do inwazji i unikania mechanizmów obronnych organizmu. To właśnie tłumaczy obserwację, że nie tylko przeżywalność, ale i zjadliwość Listeria monocytogenes jest modulowana przez rodzaj spożytej żywności.

Znaczenie dla bezpieczeństwa żywności i zdrowia publicznego

Odkrycia te mają istotne implikacje praktyczne. Pokazują one, że w ocenie ryzyka związanego z Listerią nie można patrzeć wyłącznie na liczbę bakterii w produkcie, ale także na rodzaj produktu, w którym się znajdują. Niektóre matryce żywności – jak wykazano dla sera miękkiego i wędzonej ryby – potrafią uczynić z Listerii wyjątkowo groźnego przeciwnika, ułatwiając jej przetrwanie trawienia i zwiększając potencjał wywołania ciężkiej infekcji. Dla branży spożywczej oznacza to konieczność szczególnej kontroli i ostrożności przy produkcji i dystrybucji wysokiego ryzyka produktów RTE, takich jak wędzone produkty rybne i sery miękkie.

Wyniki sugerują również, że pewne powszechne praktyki utrwalania żywności mogą mieć nieoczywiste skutki. Na przykład dodatek soli i mleczanów – ceniony za hamowanie wzrostu bakterii w produkcie – paradoksalnie może zwiększyć ekspresję genów wirulencji u tych komórek Listerii, które przeżyją. Podobnie wysoka zawartość nienasyconych kwasów tłuszczowych (np. w produktach zawierających oleje roślinne lub tłuste mięsa) może obniżać zjadliwość Listerii, choć oczywiście nie należy traktować tego jako metody zabezpieczającej żywność. Takie informacje są jednak cenne przy projektowaniu żywności i strategii hurdle technology – kombinacji wielu czynników utrudniających przeżycie patogenów. Być może w przyszłości dodatki będą oceniane nie tylko pod kątem wpływu na wzrost bakterii, ale i na ich potencjalną wirulencję po spożyciu.

Z punktu widzenia zdrowia publicznego, badanie wiedeńskich naukowców dostarcza kolejnego argumentu za przestrzeganiem zaleceń dietetycznych dla kobiet w ciąży, osób starszych i chorych – grup, którym odradza się spożycie produktów RTE wysokiego ryzyka, takich jak wędzone ryby czy sery pleśniowe. Teraz lepiej rozumiemy, dlaczego te produkty są tak niebezpieczne: nie tylko często bywają źródłem Listerii, ale też tworzą dla niej środowisko sprzyjające przetrwaniu żołądkowej „obrony” człowieka i skutecznemu zaatakowaniu organizmu.

Podsumowanie

Badanie opublikowane w npj Science of Food w 2025 r. dowodzi, że matryca żywności odgrywa ogromną rolę w przebiegu zakażenia Listeria monocytogenes. Różne produkty spożywcze nie tylko odmiennie chronią (bądź nie) bakterie przed zabójczym działaniem kwasu żołądkowego, ale również mogą zmieniać reakcję tych bakterii – regulując ekspresję genów związanych ze stresem i wirulencją. Miękki ser i wędzony łosoś zapewniły Listerii warunki sprzyjające przeżyciu trawienia oraz zwiększyły jej inwazyjność, podczas gdy kiełbasa okazała się matrycą mniej gościnną dla bakterii. Z punktu widzenia bezpieczeństwa żywności oznacza to, że producenci i organy nadzoru muszą przykładać szczególną wagę do kontroli produktów wysokiego ryzyka oraz ciągle doskonalić strategie zapobiegania skażeniom. Uzyskana wiedza pomaga lepiej ocenić ryzyko – nie tylko patrząc na Listerię w oderwaniu, ale w kontekście produktu, w którym może występować. To kolejny krok w stronę skuteczniejszej prewencji listeriozy i ochrony najbardziej narażonych konsumentów.

Źródło: npj Science of Food