Frontiers in Microbiology
Editorial on the Research Topic
Recent Discoveries in Human Serious Foodborne Pathogenic Bacteria: Resurgence, Pathogenesis, and Control Strategies
A világon emberek milliárdjait veszélyeztetik a nem biztonságos élelmiszerek. Sok millióan megbetegszenek, míg évente több százezren meghalnak a szennyezett élelmiszerek fogyasztása miatt (Fung et al., 2018). Az élelmiszer eredetű betegségek kitörése és elterjedtsége nemcsak a globális egészségügyi rendszerekre ró komoly terhet, hanem hatalmas negatív hatást gyakorol a gazdasági növekedésre és a társadalmi stabilitásra is. A webalapú és mobilkészülékes elektronikus kereskedelem gyors fejlődésével párhuzamosan az élelmiszerek gyors ütemű nemzeti és nemzetközi kereskedelme világszerte új kihívások elé állítja az élelmiszer-biztonsági rendszereket, különösen a fejlődő országokban. A kórokozó baktériumok az élelmiszereket a teljes élelmiszerlánc bármely szakaszában, a gazdaságtól az étkezőasztalig szennyezik. A világszerte leggyakrabban ismert, élelmiszer eredetű megbetegedésekkel összefüggésbe hozott bakteriális kórokozók a következők: Salmonella enterica, Campylobacter jejuni, Escherichia coli, Listeria monocytogenes, Cronobacter sakazakii, Vibrio cholerae és Vibrio parahaemolyticus. Ez a kutatási téma e kórokozók újbóli megjelenésével, patogenezisével és ellenőrzési stratégiáival kapcsolatos legújabb felfedezésekről számolt be.
Az élelmiszer-szennyezők folyamatos nyomon követése és a kockázati tényezők azonosítása alapvető fontosságú az élelmiszerbiztonság garantálásához. Az ebben a kutatási témakörben szereplő számos eredeti kutatási cikk a patogén baktériumok genetikai sokféleségével, elterjedtségével, rezisztenciájával és új átviteli vektorokkal kapcsolatos kérdésekkel foglalkozott. Például a C. jejuni, amely az embereknél a gasztroenteritisz egyik vezető okozója, élelmezési célú állati rezervoárokban, például csirkékben, sertésekben és szarvasmarhákban is előfordulhat. Egy keresztmetszeti vizsgálatban megvizsgálták és meghatározták az USA-ban három michigani csordából 214 szarvasmarhából kinyert C. jejuni genetikai diverzitását és antimikrobiális rezisztenciájának gyakoriságát (Cha és mtsai.). A Cronobacter spp. nekrotizáló enterocolitist, bakteriémia és meningitis okozhat újszülöttekben és csecsemőkben, 40-80%-os halálozási aránnyal (Holy és Forsythe, 2014). A porított tápszer (PIF) a fertőzéseket okozó Cronobacter spp. legjelentősebb forrása. Meghatározták 70 Cronobacter sakazakii és Cronobacter malonaticus izolátum antimikrobiális és deszikkációs rezisztenciáját Kínában a PIF-ből és feldolgozási környezetből (Fei és mtsai.). A nem tífuszos szalmonella (NTS) a gazdák széles körét fertőzheti meg, beleértve az embert, a baromfit, a szarvasmarhát és más háziasított és vadon élő állatokat világszerte. Becslések szerint évente 93,8 millió embernél fordul elő szalmonellózis, és közel 155 000 ember hal meg (Majowicz és mtsai., 2010). A madár- és emlős NTS izolátumok potenciális virulenciaprofilját, genetikai rokonságát és gazdaszervezeti adaptációját a FimA (adhezin) és az IroN (receptor) baktériumantigének alapján nagyszámú, különböző gazdaszervezeti eredetű NTS izolátumon vizsgálták (Alshalchi és mtsai.). A szerzők feltárták az NTS izolátumok FimA adhézinjén belüli nem szinonim pontmutációk lehetséges hatását a gazdaszervezeti adaptációban (Alshalchi et al.). Az enteroaggregatív Escherichia coli (EAEC) az élelmiszer eredetű megbetegedések gyakori okozója. Az EAEC-törzsek feltételezett virulenciafaktorok heterogén sorát fejezik ki, ezért a specifikus patogén faktorok felismerése továbbra is kihívást jelent. Jønsson és munkatársai 162 klinikai dán EAEC-törzsből álló gyűjteményt figyeltek meg, és azonosítottak egy új pAA virulencia-plazmidot, amely toxinokat és az EAEC fimbriájának két különböző változatát kódolja. Az Enterococcus faecalis gyakran kimutatható ásvány- és forrásvizekben, és emberi húgyúti fertőzéseket, endokarditiszt és újszülöttkori szepszist okozhat. A Kínában vizsgált 314 ásványvíz- és forrásvízmintából származó E. faecalis izolátumok prevalenciáját, potenciális virulencia génjeit, antimikrobiális rezisztenciáját és genetikai diverzitását is vizsgálták (Wei és mtsai.). Ezek a vizsgálatok együttesen rávilágítottak az antimikrobás szereknek vagy a kiszáradásnak ellenálló patogén baktériumok magas prevalenciájára, amelyekhez változatos genotípusok társulnak.
A kutatások évtizedei számos, a patogén baktériumok által termelt és szekretált virulencia determinánst azonosítottak (Martinović és mtsai., 2016). Ahhoz, hogy fertőzéseket tudjanak létrehozni az emberben, a kórokozóknak érzékelniük kell az újonnan megismert gazdakörnyezetet, és reagálniuk kell arra, hogy szabályozzák a kritikus virulenciafaktorok kifejeződését, amelyek lehetővé teszik a niche-adaptációt és a sikeres kolonizációt (Bäumler és Sperandio, 2016; Lustri és mtsai., 2017). Ebben a kutatási témában a közelmúltban leírt molekuláris mechanizmusokat, amelyek a S. enterica nem tífuszos szerovarjai által a gasztrointesztinális traktuson belül a rezidens mikrobióta kiszorításának hátterében állnak, Anderson és Kendall részletesen áttekintette. A baktérium, például a serovar Typhimurium (S. Tm) közvetlenül eliminálja a közeli versenytársakat a baktérium sejt-sejt kontaktusán keresztül, valamint a mikrobióta specifikus tagjainak eliminálására irányuló gazdaszervezeti immunválasz stimulálásával. Ezenkívül az S. Tm szorosan szabályozza a kulcsfontosságú virulenciafaktorok kifejeződését, amelyek lehetővé teszik az S. Tm számára, hogy ellenálljon a gazdaszervezet immunvédelmének a makrofágokban. Ebben az összefüggésben a szerzők kiemelték azokat a kémiai és fizikai jeleket is, amelyeket az S. Tm jelzésekként érzékel, hogy alkalmazkodjon az egyes gazdakörnyezetekhez (Anderson és Kendall).
Ebben a kutatási témakörben szereplő néhány más eredeti cikk is a bakteriális patogenezis új eredményeiről számolt be. Például a C. sakazakii egyik cellulóz bioszintézissel kapcsolatos génjének (bcsR) részletes funkcióit vizsgálták gén knockout technikával, és az eredmények azt mutatták, hogy a bcsR a cellulóz bioszintézis negatív szabályozója, de pozitívan szabályozza a biofilmképződést és a C. sakazakii adhéziós/invazív képességét (Gao és mtsai.). Az RpoS egy kulcsfontosságú stressz-indukálható szigma faktor, amely az E. coli stressz-rezisztencia génjeit szabályozza. Egy klinikai Shiga-toxint termelő E. coli (STEC) izolátumban új miszense pontmutációt azonosítottak az RpoS 128-as maradékánál. A 128-as maradéknál lévő aminosav hidrofobicitása kritikus az RpoS aktivitásához, és következésképpen fontos a baktériumok túléléséhez hideg hőmérsékleten és oxidatív stresszhatások esetén (Iwase és mtsai.). Az STEC-törzsek a savval szembeni rezisztencia tekintetében is különböznek. A 3,3 pH-jú minimálközegben tenyésztve a flokkulációt mutató B201 STEC-törzs savérzékenyebb volt, míg a B241 STEC-törzs planktonikus és savrezisztens. A transzkriptomikai és célzott génexpressziós adatok azt mutatták, hogy a curli és a sav indukálta csg és hde chaperon gének expressziója pozitívan korrelált a fenotípusos különbségekkel (Kay és mtsai.). A Bacillus cereusról egyre gyakrabban jelentik, hogy az emberi gyomor-bélrendszeri betegségek kórokozója. Jeßberger és munkatársai 19 különböző eredetű enteropatogén és nem patogén B. cereus törzs enterotoxintermelését, szekrécióját és citotoxicitását vizsgálták a CaCo-2 humán vastagbél epitél sejtvonallal előinkubált sejttenyésztő táptalajon. A szerzők azt javasolták, hogy a B. cereus diagnosztikában jelenleg alkalmazott, standard táptalajon alapuló módszereket ki kellene egészíteni a bélrendszeri gazdakörülményeket szimuláló tenyésztési eljárásokkal (Jeßberger és mtsai.).
A technológiákban biológiai és nem biológiai innováció jelent meg az élelmiszerrel terjedő kórokozók jobb ellenőrzése érdekében. A DNS-szekvenálási technológiák kortárs fejlődése nemcsak a bakteriális genomok finomabb jellemzését tette lehetővé, hanem egy környezetet, például egy adott test-ökonómát (pl. emberi béltartalom) és egy élelmiszer-előállító létesítmény-ökonómát (pl. padlócsatorna) benépesítő komplex mikrobiomok mélyebb rendszertani azonosítását is lehetővé tette (áttekintette Cao és mtsai.). Az elmúlt években a kis nem kódoló RNS-ek (sRNS-ek) felfedezése a poszttranszkripciós szabályozó hálózatok új világát tárta fel, amelyek a ribonukleázokkal (RNázok) együttműködnek a génexpresszió szabályozásában. Az új technológiák fejlődésével számos sRNS-molekulát azonosítottak és kimutatták, hogy fontos szereplői a baktériumok virulenciájának. Az RNS-anyagcserét a közelmúltban új terápiás alkalmazások kifejlesztésére használták fel (áttekintés: Matos és mtsai.). Az élelmiszer-feldolgozás és tartósítás során számos élelmiszerrel terjedő kórokozót életképes, de nem tenyészthető (VBNC) állapotba lehet hozni olyan környezeti feltételek korlátozásával, mint a szélsőséges hőmérséklet, szárítás, besugárzás, impulzusos elektromos tér és nagynyomású stressz, valamint tartósítószerek és fertőtlenítőszerek hozzáadása. A VBNC állapotba való belépést követően az élelmiszerrel terjedő kórokozók nem mutathatók ki a hagyományos lemezszámlálási technikákkal, és nagy kihívást jelentenek az élelmiszerbiztonság számára. A VBNC-állapot különböző jellemzőit Zhao és társai részletesen áttekintették, beleértve a biológiai jellemzőket, az indukciós és újraélesztési tényezőket, a kialakulási és újraélesztési mechanizmusokat, a kimutatási módszereket és az élelmiszer-biztonsággal való kapcsolatot.
Új vegyületeket és kezelési stratégiákat kutattak a bakteriális kórokozók ellenőrzésére. Shi és munkatársai például a Nigella sativa magvak illóolajának egyik fő hatóanyagának, a timokinonnak a hatását elemezték a C. sakazakii ATCC 29544 virulenciával kapcsolatos tulajdonságainak elnyomására, és az in vitro vizsgálatok azt mutatták, hogy a timokinon szubinhibitorikus koncentrációi jelentősen csökkentették a baktérium motilitását, kvórumérzékelését és endotoxin termelését. Továbbá a timokinon jelentősen csökkentette a C. sakazakii ATCC 29544 adhézióját és invázióját a HT-29 humán vastagbélsejtvonalon, és csökkentette a RAW264.7 makrofág sejteken belüli intracelluláris baktériumsejtek számát. A V. cholerae kolerát okozhat, egy súlyos hasmenéses betegséget, amely kezeletlenül gyorsan halálos kimenetelű lehet, és jellemzően szennyezett vízzel és emberről emberre történő érintkezéssel terjed (Baker-Austin és mtsai., 2018). A fejlődő országokban minden évben jelentenek kolerajárványokat (Egészségügyi Világszervezet, http://www.who.int/). Az étrendi ásványi anyagok cink, szelén és mangán hatását vizsgálták a V. cholerae virulenciajellemzőire (Bhattaram és mtsai.), és az in vitro vizsgálatok azt mutatták, hogy mindhárom ásványi anyag jelentősen csökkentette a V. cholerae motilitását, a bélhámsejtekhez (Caco-2) való tapadását és a koleratoxin termelését (ctxAB, fliA és toxR) in vitro, valamint csökkentette a tapadást és a toxintermelést egérbélben ex vivo. Ezen eredmények validálásához azonban in vivo vizsgálatokra van szükség állatmodellben.
A baktériumok kórokozói az élelmiszer-feldolgozó létesítményekben túlnyomórészt biofilmként, nem pedig planktonikus módon történő növekedésük révén maradnak fenn (Bae és mtsai., 2012). A biofilmek a védő extracelluláris polimer anyagokba (EPS) ágyazott komplex mikrobiális közösségek. A savas elektrolízisű víz (AEW) hatékonyságát a biofilmek eltávolításában élelmiszer eredetű bakteriális kórokozók, köztük az E. coli, a V. parahaemolyticus és a L. monocytogenes esetében vizsgálták. A V. parahaemolyticus fertőzések (azaz a vibriózis) általában tengervízzel való érintkezés vagy nyers vagy nem kellően átsütött, szennyezett tenger gyümölcseinek fogyasztásával szerezhetők be (Baker-Austin és mtsai., 2018), míg a L. monocytogenes (egy olyan kórokozó, amely hűtési hőmérsékleten is képes növekedni) fertőzések (azaz a lisztériózis) gyakran pasztőrözetlen tejtermékekkel és különböző fogyasztásra kész élelmiszerekkel hozhatók kapcsolatba (Fung és mtsai., 2018). In vitro kísérletek kimutatták, hogy az AEW a szénhidrát C-O-C kötés és az aminosavak tirozin és fenilalanin aromás gyűrűinek deformációja révén váltotta ki az EPS bomlását. A szerzők azt javasolták, hogy az AEW környezetbarát alternatívája lehet az élelmiszeriparban hagyományosan használt fertőtlenítőszereknek. Emellett vizsgálták a hiper-aerotoleráns C. jejuni differenciált túlélését különböző gázkörülmények között, és a kapott adatok azt sugallták, hogy a CO2-t használó módosított atmoszférájú csomagolás segíthet a hiper-aerotoleráns C. jejuni-val való baromfiszennyeződés ellenőrzésében (Oh et al.).
Ez a Frontiers Research Topic 21 cikket és 146 szerzőt tartalmaz Ausztriából, Kanadából, Kínából, Dániából, Németországból, Írországból, Japánból, Portugáliából, Dél-Koreából, az Egyesült Királyságból és az Egyesült Államokból. Áttekintést nyújt a humán súlyos élelmiszer-eredetű patogén baktériumok újbóli megjelenésével, patogenezisével és ellenőrzési stratégiáival kapcsolatos legújabb felfedezésekről, és támogatja az élelmiszerbiztonság és a közegészségügy javításának sürgős szükségességét, különösen a globalizációs háttérben. A cikkekben bemutatott információk nemcsak a jövőbeli kutatási területeket és a tudósok igényeit emelik ki, hanem a kormányok, az élelmiszergyártók, az élelmiszer-ellátók és az élelmiszer-fogyasztók számára is előnyös, hogy együtt dolgozzanak az élelmiszerekben lévő kórokozók perzisztenciájának és az emberekben előforduló rezisztens fertőzéseknek a megszüntetése és ellenőrzése érdekében.
A szerzők hozzájárulása
LC szerkesztette a vezércikket. WA hozzájárult a szerkesztői átdolgozáshoz. Minden szerző jóváhagyta a publikálásra szánt végleges cikket.
Interdekütközésre vonatkozó nyilatkozat
A szerzők kijelentik, hogy a kutatást olyan kereskedelmi vagy pénzügyi kapcsolatok hiányában végezték, amelyek potenciális összeférhetetlenségként értelmezhetők.
Köszönet
LC és WA köszönetet mond minden szerzőnek, aki hozzájárult ehhez a kutatási témához. LC-t a Shanghai Municipal Science and Technology Commission (No. 17050502200) és a National Nature Science Foundation of China (No. 31671946) támogatásával támogatta.