Frontiers in Microbiology

admin 0 Comments Articles

Frontiers in Microbiology

Miliarde de oameni din lume sunt expuși riscului unei alimentații nesigure. Multe milioane se îmbolnăvesc, în timp ce sute de mii mor anual din cauza consumului de alimente contaminate (Fung et al., 2018). Focarele și prevalența bolilor transmise prin alimente nu reprezintă doar o povară majoră pentru sistemele de sănătate la nivel mondial, ci au și un impact negativ uriaș asupra creșterii economice și a stabilității sociale. Împreună cu dezvoltarea rapidă a comerțului electronic bazat pe internet și pregătit pentru dispozitive mobile, comerțul național și internațional în ritm rapid cu produse alimentare din întreaga lume prezintă noi provocări pentru sistemele de siguranță alimentară, în special în țările în curs de dezvoltare. Bacteriile patogene contaminează alimentele în orice etapă a întregului lanț alimentar, de la fermă până la masa de la restaurant. Cei mai frecvent cunoscuți agenți patogeni bacterieni asociați cu bolile de origine alimentară la nivel mondial sunt Salmonella enterica, Campylobacter jejuni, Escherichia coli, Listeria monocytogenes, Cronobacter sakazakii, Vibrio cholerae și Vibrio parahaemolyticus. Această temă de cercetare a raportat descoperirile recente în ceea ce privește reapariția, patogeneza și strategiile de control ale acestor agenți patogeni de origine alimentară.

Monitorizarea continuă a contaminanților alimentari și identificarea factorilor de risc sunt esențiale pentru asigurarea siguranței alimentare. Multe articole originale de cercetare incluse în această temă de cercetare au abordat aspecte legate de diversitatea genetică, prevalența, rezistența și vectorii noi de transmitere a bacteriilor patogene. De exemplu, C. jejuni, una dintre principalele cauze ale gastroenteritei la om, poate să locuiască în rezervoarele de animale destinate consumului uman, cum ar fi puii, porcii și bovinele. Diversitatea genetică și frecvența rezistenței antimicrobiene a C. jejuni recuperate de la 214 bovine din trei turme din Michigan, SUA, au fost examinate și determinate în cadrul unui studiu transversal (Cha et al.). Cronobacter spp. poate provoca enterocolită necrozantă, bacteriemie și meningită la nou-născuți și sugari, cu o rată de mortalitate de 40-80% (Holy și Forsythe, 2014). Formulele de lapte praf pentru sugari (PIF) reprezintă cea mai importantă sursă de Cronobacter spp. care determină infecțiile. A fost determinată rezistența antimicrobiană și la desecare a 70 de izolate de Cronobacter sakazakii și Cronobacter malonaticus din PIF și din mediile de procesare din China (Fei et al.). Salmonella non-tifoidală (NTS) poate infecta o gamă largă de gazde, inclusiv oameni, păsări de curte, bovine și alte animale domestice și sălbatice din întreaga lume. Se estimează că 93,8 milioane de persoane suferă de salmoneloză anual, cu aproape 155 000 de decese (Majowicz et al., 2010). Profilul potențial de virulență, înrudirea genetică și adaptarea la gazdă a izolatelor de NTS aviare și de mamifere pe baza antigenelor bacteriene FimA (adezină) și IroN (receptor) au fost investigate la un număr mare de izolate de NTS de diferite origini ale gazdei (Alshalchi et al.). Autorii au evidențiat posibila influență a mutațiilor punctuale nesinonime în cadrul adezinei FimA a izolatelor NTS în adaptarea la gazdă (Alshalchi et al.). Escherichia coli enteroagregantă (EAEC) este o cauză frecventă a bolilor de origine alimentară. Tulpinile EAEC exprimă o gamă eterogenă de factori de virulență putativi; prin urmare, recunoașterea factorilor patogeni specifici rămâne o provocare. Jønsson et al. au monitorizat o colecție de 162 de tulpini clinice daneze de EAEC și au identificat o nouă plasmidă de virulență pAA care codifică toxine și două variante distincte ale fimbriilor de EAEC. Enterococcus faecalis este frecvent detectat în apa minerală și de izvor și poate provoca infecții ale tractului urinar uman, endocardită și septicemie neonatală. Prevalența, genele potențiale de virulență, rezistența antimicrobiană și diversitatea genetică a izolatelor de E. faecalis din 314 probe de apă minerală și de izvor analizate în China au fost, de asemenea, investigate (Wei et al.). În mod colectiv, aceste studii au evidențiat o prevalență ridicată a bacteriilor patogene rezistente la antimicrobiene sau la desecare asociate cu diverse genotipuri.

Decenii de cercetare au identificat o serie de determinanți de virulență produși și secretați de bacteriile patogene (Martinović et al., 2016). Pentru a stabili infecții la om, agenții patogeni trebuie să simtă și să răspundă la mediile gazdă nou întâlnite pentru a regla expresia factorilor de virulență critici care permit adaptarea la nișă și colonizarea cu succes (Bäumler și Sperandio, 2016; Lustri et al., 2017). În acest subiect de cercetare, mecanismele moleculare descrise recent care stau la baza depășirii microbiotei rezidente din cadrul tractului gastrointestinal de către serovarii netifoidali de S. enterica au fost analizate pe larg de Anderson și Kendall. Bacteria, cum ar fi serovarul Typhimurium (S. Tm), elimină în mod direct competitorii apropiați prin intermediul contactului bacterian de la celulă la celulă, precum și prin stimularea unui răspuns imunitar al gazdei pentru a elimina membri specifici ai microbiotei. În plus, S. Tm reglează strâns expresia factorilor cheie de virulență care îi permit lui S. Tm să reziste la apărarea imunitară a gazdei în cadrul macrofagelor. În acest context, autorii au evidențiat, de asemenea, semnalele chimice și fizice pe care S. Tm le detectează ca indicii pentru a se adapta la fiecare dintre aceste medii ale gazdei (Anderson și Kendall).

Câteva alte articole originale incluse în această temă de cercetare au raportat, de asemenea, noi descoperiri în patogeneza bacteriană. De exemplu, funcțiile detaliate ale unei gene legate de biosinteza celulozei (bcsR) a C. sakazakii au fost investigate folosind o tehnică de eliminare a genei, iar rezultatele au demonstrat că bcsR este un regulator negativ al biosintezei celulozei, dar reglează pozitiv formarea biofilmului și capacitatea de aderență/invazie a C. sakazakii (Gao et al.). RpoS este un factor sigma cheie indus de stres care reglează genele de rezistență la stres la E. coli. A fost identificată o nouă mutație punctuală de tip missense la reziduul 128 al RpoS într-un izolat clinic de E. coli producător de toxină Shiga (STEC). Hidrofobicitatea aminoacidului de la reziduul 128 este esențială pentru activitatea RpoS și, în consecință, este importantă pentru supraviețuirea bacteriană la temperaturi scăzute și la stresul oxidativ (Iwase et al.). Tulpinile STEC diferă, de asemenea, în ceea ce privește rezistența la acizi. Atunci când a fost cultivată în mediu minimal la pH 3,3, tulpina STEC B201 care prezintă floculare a fost mai sensibilă la acizi, în timp ce tulpina STEC B241 a fost planctonică și rezistentă la acizi. Datele transcriptomice și de expresie a genelor vizate au arătat că expresia genei curli și a genelor chaperone induse de acid csg și hde se corelează pozitiv cu diferențele fenotipice (Kay et al.). Bacillus cereus este din ce în ce mai des raportat ca fiind un agent cauzal al bolilor gastrointestinale umane. Jeßberger et al. au investigat producția, secreția și citotoxicitatea enterotoxinei la un set de 19 tulpini enteropatogene și nepatogene de B. cereus de diferite origini, utilizând mediu de cultură celular preincubat cu linia celulară epitelială de colon uman CaCo-2. Autorii au sugerat că metodele utilizate în prezent în diagnosticarea B. cereus, bazate pe medii de cultură standard, ar trebui să fie completate cu proceduri de cultivare care să simuleze condițiile gazdei intestinale (Jeßberger et al.).

Inovarea biologică și non-biologică a tehnologiilor a apărut pentru un mai bun control al agenților patogeni de origine alimentară. Progresele contemporane în tehnologiile de secvențiere a ADN-ului nu numai că au permis o caracterizare mai fină a genomurilor bacteriene, dar au oferit, de asemenea, o identificare taxonomică mai profundă a microbiomilor complecși care locuiesc într-un mediu, cum ar fi o anumită economie corporală (de exemplu, conținutul intestinal uman) și o economie a instalației de fabricare a alimentelor (de exemplu, scurgerea podelei) (analizat de Cao et al.). În ultimii ani, descoperirea ARN-urilor mici necodificatoare (sRNAs) a dezvăluit o nouă lume a rețelelor de reglementare post-transcripțională, care cooperează cu ribonucleazele (RNases) în controlul expresiei genice. Odată cu dezvoltarea noilor tehnologii, multe molecule de ARNsc au fost identificate și s-a demonstrat că sunt actori importanți în virulența bacteriană. Metabolismul ARN a fost exploatat recent pentru dezvoltarea de noi aplicații terapeutice (analizat de Matos et al.). În timpul procesării și conservării alimentelor, mulți agenți patogeni de origine alimentară pot fi determinați să intre într-o stare viabilă, dar necultivabilă (VBNC) prin limitarea condițiilor de mediu, cum ar fi temperaturile extreme, uscarea, iradierea, câmpul electric pulsat și tensiunile de presiune ridicată, precum și prin adăugarea de conservanți și dezinfectanți. După ce intră în starea VBNC, agenții patogeni de origine alimentară nu pot fi detectați cu ajutorul tehnicilor convenționale de numărare a plăcilor și reprezintă o mare provocare pentru siguranța alimentară. Diferite caracteristici ale stării VBNC au fost analizate pe larg de Zhao et al. inclusiv caracteristicile biologice, factorii de inducție și resuscitare, mecanismele de formare și resuscitare, metodele de detecție și relația cu siguranța alimentară.

Au fost explorate noi compuși și strategii de tratament pentru controlul agenților patogeni bacterieni. De exemplu, Shi et al. au analizat efectele tirochinonei, un ingredient activ principal din uleiul volatil din semințele de Nigella sativa, asupra suprimării trăsăturilor legate de virulență ale C. sakazakii ATCC 29544, iar testele in vitro au arătat că concentrațiile subinhibitorii de tirochinonă au scăzut semnificativ motilitatea, quorum sensing și producția de endotoxină a bacteriei. În plus, timochinona a redus substanțial aderența și invazia lui C. sakazakii ATCC 29544 la linia celulară de colon uman HT-29 și a scăzut numărul de celule bacteriene intracelulare în celulele macrofage RAW264.7. V. cholerae poate provoca holera, o boală diareică severă care poate fi rapid fatală dacă nu este tratată și care se transmite, de obicei, prin intermediul apei contaminate și prin contact de la persoană la persoană (Baker-Austin et al., 2018). Focare de holeră sunt raportate în fiecare an în țările în curs de dezvoltare (Organizația Mondială a Sănătății, http://www.who.int/). Efectele mineralelor dietetice zinc, seleniu și mangan asupra atributelor de virulență ale V. cholerae au fost studiate (Bhattaram et al.), iar testele in vitro au indicat că toate cele trei minerale au redus semnificativ motilitatea V. cholerae, aderența la celulele epiteliale intestinale (Caco-2) și producția de toxine de holeră (ctxAB, fliA și toxR) in vitro și au scăzut aderența și producția de toxine în intestinul de șoarece ex vivo. Cu toate acestea, sunt necesare studii in vivo pe un model animal pentru a valida aceste rezultate.

Patogenii bacterieni persistă în instalațiile de prelucrare a alimentelor prin creșterea predominantă sub formă de biofilme, mai degrabă decât în mod planctonic (Bae et al., 2012). Biofilmele sunt comunități microbiene complexe încorporate în substanțe polimerice extracelulare protectoare (EPS). Eficiența apei electrolizate acide (AEW) pentru a elimina biofilmele a fost evaluată pentru agenții patogeni bacterieni de origine alimentară, inclusiv E. coli, V. parahaemolyticus și L. monocytogenes. Infecțiile cu V. parahaemolyticus (adică vibrioza) se dobândesc în mod normal prin expunerea la apa de mare sau prin consumul de fructe de mare contaminate crude sau insuficient gătite (Baker-Austin et al., 2018), în timp ce infecțiile cu L. monocytogenes (un agent patogen care se poate dezvolta la temperaturi de refrigerare) (adică listerioza) sunt frecvent asociate cu produsele lactate nepasteurizate și cu diverse alimente gata de consum (Fung et al., 2018). Experimentele in vitro au arătat că AEW a declanșat perturbarea EPS prin deformarea legăturii C-O-C a carbohidraților și a inelelor aromatice din aminoacizii tirozină și fenilalanină. Autorii au sugerat că AEW ar putea fi o alternativă ecologică la dezinfectanții utilizați în mod tradițional în industria alimentară. În plus, a fost studiată, de asemenea, supraviețuirea diferențială a C. jejuni hiper-aerotolerant în diferite condiții de gaz, iar datele rezultate au sugerat că ambalarea în atmosferă modificată folosind CO2 poate ajuta la controlul contaminării păsărilor de curte cu C. jejuni hiper-aerotolerant (Oh et al.).

În rezumat, acest subiect de cercetare Frontiers Research Topic include 21 de articole și 146 de autori din Austria, Canada, China, Danemarca, Germania, Irlanda, Japonia, Portugalia, Coreea de Sud, Regatul Unit și Statele Unite. Acesta oferă o imagine de ansamblu a descoperirilor recente în ceea ce privește resurgența, patogeneza și strategiile de control ale bacteriilor patogene grave de origine alimentară la om și susține nevoia urgentă de îmbunătățire a siguranței alimentare și a sănătății publice, în special în contextul globalizării. Informațiile prezentate în articole nu numai că subliniază viitoarele domenii de cercetare și nevoi pentru oamenii de știință, dar, de asemenea, aduce beneficii guvernelor, producătorilor de alimente, furnizorilor de alimente și consumatorilor de alimente pentru a lucra împreună în vederea eliminării și controlului persistenței agenților patogeni în alimente și a infecțiilor rezistente la om.

Contribuții ale autorilor

LC a redactat editorialul. WA a contribuit la revizuirea editorială. Toți autorii au aprobat lucrarea finală pentru publicare.

Declarație privind conflictul de interese

Autorii declară că cercetarea a fost efectuată în absența oricăror relații comerciale sau financiare care ar putea fi interpretate ca un potențial conflict de interese.

Recunoștințe

LC și WA aduc mulțumiri tuturor autorilor care au contribuit la acest subiect de cercetare. LC este susținut de granturi de la Comisia Municipală de Știință și Tehnologie din Shanghai (nr. 17050502200) și de Fundația Națională de Științe ale Naturii din China (nr. 31671946).

.