Frontiers in Microbiology

admin 0 Comments Articles

Frontiers in Microbiology

Billioner af mennesker i verden er udsat for risiko på grund af usikre fødevarer. Mange millioner bliver syge, mens hundredtusindvis af tusinder dør årligt på grund af indtagelse af forurenede fødevarer (Fung et al., 2018). Udbrud og udbredelse af fødevarebårne sygdomme er ikke kun en stor byrde for de globale sundhedssystemer, men resulterer også i en enorm negativ indvirkning på den økonomiske vækst og den sociale stabilitet. Sammen med den hurtige udvikling af webbaseret og mobilklar elektronisk handel udgør den hurtige nationale og internationale handel med fødevarer rundt om i verden nye udfordringer for fødevaresikkerhedssystemerne, især i udviklingslandene. Patogene bakterier forurener fødevarer på alle stadier i hele fødevarekæden fra gård til spisebord. De mest kendte bakterielle patogener, der er forbundet med fødevarebårne sygdomme på verdensplan, er Salmonella enterica, Campylobacter jejuni, Escherichia coli, Listeria monocytogenes, Cronobacter sakazakii, Vibrio cholerae og Vibrio parahaemolyticus. Dette forskningstema rapporterede om nylige opdagelser om genopblussen, patogenese og kontrolstrategier for disse fødevarebårne patogener.

Kontinuerlig overvågning af fødevarekontaminanter og identifikation af risikofaktorer er afgørende for at garantere fødevaresikkerheden. Mange originale forskningsartikler i dette forskningstema omhandler spørgsmål vedrørende genetisk diversitet, prævalens, resistens og nye transmissionsvektorer for patogene bakterier. F.eks. kan C. jejuni, der er en af de vigtigste årsager til gastroenteritis hos mennesker, findes i reservoirer af fødevaredyr som f.eks. kyllinger, svin og kvæg. Den genetiske diversitet og hyppigheden af antimikrobiel resistens hos C. jejuni genvundet fra 214 kvæg i tre besætninger i Michigan i USA blev undersøgt og bestemt i en tværsnitsundersøgelse (Cha et al.). Cronobacter spp. kan forårsage nekrotiserende enterocolitis, bakteriæmi og meningitis hos nyfødte og spædbørn med en dødelighedsrate på 40-80 % (Holy og Forsythe, 2014). Pulveriseret modermælkserstatning (PIF) er den vigtigste kilde til Cronobacter spp. som resulterer i infektioner. Den antimikrobielle og udtørringsresistens hos 70 Cronobacter sakazakii og Cronobacter malonaticus-isolater fra PIF og forarbejdningsmiljøer i Kina blev bestemt (Fei et al.). Non-typhoidal Salmonella (NTS) kan inficere en lang række værter, herunder mennesker, fjerkræ, kvæg og andre tamdyr og vilde dyr verden over. Det anslås, at 93,8 millioner mennesker årligt rammes af salmonellose med næsten 155.000 dødsfald (Majowicz et al., 2010). Den potentielle virulensprofil, genetiske beslægtethed og værtstilpasning af fugle- og pattedyrsisolerede NTS-isolater baseret på bakterieantigenerne FimA (adhesin) og IroN (receptor) blev undersøgt i et stort antal NTS-isolater af forskellig værtsoprindelse (Alshalchi et al.). Forfatterne afslørede den mulige indflydelse af ikke-synonyme punktmutationer inden for FimA-adhesinet i NTS-isolaterne på værtstilpasningen (Alshalchi et al.). Enteroaggregative Escherichia coli (EAEC) er en almindelig årsag til fødevarebårne sygdomme. EAEC-stammer udtrykker et heterogent udvalg af formodede virulensfaktorer; derfor er det fortsat en udfordring at genkende specifikke patogene faktorer. Jønsson et al. overvågede en samling af 162 kliniske danske EAEC-stammer og identificerede et nyt pAA-virulensplasmid, der koder for toksiner, og to forskellige varianter af EAEC’s fimbriae. Enterococcus faecalis påvises hyppigt i mineral- og kildevand og kan forårsage urinvejsinfektioner, endokarditis og neonatal sepsis hos mennesker. Prævalensen, potentielle virulensgener, antimikrobiel resistens og den genetiske diversitet af E. faecalis-isolater fra 314 prøver af mineralvand og kildevand, der blev undersøgt i Kina, blev også undersøgt (Wei et al.). Samlet set fremhævede disse undersøgelser en høj prævalens af antimikrobielle eller udtørringsresistente patogene bakterier forbundet med forskellige genotyper.

I årtiers forskning er der blevet identificeret en række virulensdeterminanter, der produceres og udskilles af patogene bakterier (Martinović et al., 2016). For at etablere infektioner i mennesker skal patogener fornemme og reagere på nyligt mødte værtsmiljøer for at regulere ekspressionen af kritiske virulensfaktorer, der muliggør nichetilpasning og succesfuld kolonisering (Bäumler og Sperandio, 2016; Lustri et al., 2017). I dette forskningstema blev de nyligt beskrevne molekylære mekanismer, der ligger til grund for den udkonkurrerende resident mikrobiota i mave-tarmkanalen af ikke-typhoide serovarer af S. enterica, udførligt gennemgået af Anderson og Kendall. Bakterien, såsom serovar Typhimurium (S. Tm), eliminerer direkte nære konkurrenter via bakteriel celle-til-celle-kontakt samt ved at stimulere et værtsimmunrespons til at eliminere specifikke medlemmer af mikrobiotaen. Desuden regulerer S. Tm nøje ekspressionen af vigtige virulensfaktorer, som gør det muligt for S. Tm at modstå værtens immunforsvar i makrofager. I denne sammenhæng fremhævede forfatterne også kemiske og fysiske signaler, som S. Tm opfatter som signaler til at tilpasse sig hvert af disse værtsmiljøer (Anderson og Kendall).

Nogle andre originale artikler, der indgår i dette forskningstema, rapporterede også om nye resultater inden for bakteriel patogenese. For eksempel blev de detaljerede funktioner af et cellulosebiosyntese-relateret gen (bcsR) i C. sakazakii undersøgt ved hjælp af en gen knockout-teknik, og resultaterne viste, at bcsR er en negativ regulator af cellulosebiosyntese, men regulerer positivt biofilmdannelse og C. sakazakii’s adhæsions-/invasionsevne (Gao et al.). RpoS er en vigtig stressinducerbar sigmafaktor, der regulerer stressresistensgener i E. coli. Der blev identificeret en ny missense punktmutation ved RpoS-rest 128 i et klinisk Shiga toxin-producerende E. coli-isolat (STEC). Aminosyrens hydrofobicitet ved rest 128 er kritisk for RpoS-aktiviteten og er derfor vigtig for bakteriers overlevelse ved kolde temperaturer og oxidativ stress (Iwase et al.). STEC-stammer er også forskellige med hensyn til syrebestandighed. Ved dyrkning i minimalt medium ved pH 3,3 var STEC-stamme B201, der udviser flokkulering, mere syrefølsom, mens STEC-stamme B241 var planktonisk og syrebestandig. Transkriptomiske og målrettede genekspressionsdata viste, at ekspressionen af curli og de syreinducerede chaperongener csg og hde korrelerede positivt med de fænotypiske forskelle (Kay et al.). Bacillus cereus rapporteres i stigende grad at være årsag til gastrointestinale sygdomme hos mennesker. Jeßberger et al. undersøgte enterotoxinproduktion, sekretion og cytotoksicitet i et sæt af 19 enteropatogene og ikke-patogene B. cereus-stammer af forskellig oprindelse ved hjælp af cellekulturmedium præinkuberet med den humane colon-epithelcellelinje CaCo-2. Forfatterne foreslog, at de nuværende metoder til B. cereus-diagnostik, der er baseret på standardkulturmedium, bør suppleres med dyrkningsprocedurer, der simulerer tarmværtsforhold (Jeßberger et al.).

Biologisk og ikke-biologisk innovation i teknologier er opstået med henblik på bedre kontrol af fødevarebårne patogener. De moderne fremskridt inden for DNA-sekventeringsteknologier har ikke blot muliggjort en finere karakterisering af bakteriegenomer, men har også givet en dybere taksonomisk identifikation af komplekse mikrobiomer, der bebor et miljø, såsom en bestemt krops econiche (f.eks. menneskeligt tarmindhold) og en fødevareproduktionsfacilitets econiche (f.eks. gulvafløb) (gennemgået af Cao et al.). I de seneste år har opdagelsen af små ikke-kodende RNA’er (sRNA’er) afdækket en ny verden af post-transkriptionelle reguleringsnetværk, som samarbejder med ribonukleaser (RNaser) i kontrollen af genekspression. Med udviklingen af nye teknologier blev mange sRNA-molekyler identificeret og vist sig at være vigtige aktører i forbindelse med bakteriel virulens. RNA-metabolismen er for nylig blevet udnyttet til udvikling af nye terapeutiske anvendelser (gennemgået af Matos et al.). Under fødevareforarbejdning og -konservering kan mange fødevarebårne patogener induceres til at gå ind i en levedygtig, men ikke-kulturbar (VBNC) tilstand ved at begrænse miljøbetingelser som f.eks. ekstreme temperaturer, tørring, bestråling, pulserende elektrisk felt og højtryksstress samt ved tilsætning af konserveringsmidler og desinfektionsmidler. Når de er kommet i VBNC-tilstand, kan fødevarebårne patogener ikke påvises ved hjælp af konventionelle pladetællingsteknikker, og de udgør en stor udfordring for fødevaresikkerheden. Forskellige træk ved VBNC-tilstanden blev grundigt gennemgået af Zhao et al., herunder biologiske karakteristika, induktions- og genoplivningsfaktorer, dannelses- og genoplivningsmekanismer, detektionsmetoder og forholdet til fødevaresikkerhed.

Nye forbindelser og behandlingsstrategier er blevet undersøgt med henblik på kontrol af bakterielle patogener. For eksempel analyserede Shi et al. virkningerne af thymoquinon, en hovedaktiv ingrediens i flygtig olie fra Nigella sativa-frø, på undertrykkelse af virulensrelaterede egenskaber hos C. sakazakii ATCC 29544, og in vitro-tests viste, at subinhibitoriske koncentrationer af thymoquinon signifikant mindskede bakteriens motilitet, quorum sensing og endotoxinproduktion. Desuden reducerede thymoquinon i væsentlig grad adhæsionen og invasionen af C. sakazakii ATCC 29544 til den humane coloncelle linje HT-29 celler og reducerede antallet af intracellulære bakterieceller i RAW264.7 makrofagceller. V. cholerae kan forårsage kolera, en alvorlig diarrésygdom, der hurtigt kan være dødelig, hvis den ikke behandles, og som typisk overføres via forurenet vand og kontakt fra person til person (Baker-Austin et al., 2018). Der rapporteres hvert år om udbrud af kolera i udviklingslande (Verdenssundhedsorganisationen, http://www.who.int/). Effekten af kostmineralerne zink, selen og mangan på virulensegenskaber af V. cholerae blev undersøgt (Bhattaram et al.), og in vitro-tests viste, at alle tre mineraler signifikant reducerede V. cholerae motilitet, adhæsion til tarmepitelceller (Caco-2) og koleratoksinproduktion (ctxAB, fliA og toxR) in vitro og nedsatte adhæsion og toksinproduktion i musetarm ex vivo. Der er dog behov for in vivo-undersøgelser i en dyremodel for at validere disse resultater.

Bakterielle patogener persisterer i fødevareforarbejdningsanlæg ved at vokse overvejende som biofilm snarere end i planktonisk tilstand (Bae et al., 2012). Biofilm er komplekse mikrobielle samfund, der er indlejret i de beskyttende ekstracellulære polymere stoffer (EPS). Effektiviteten af surt elektrolyseret vand (AEW) til at fjerne biofilm blev evalueret for fødevarebårne bakteriepatogener, herunder E. coli, V. parahaemolyticus og L. monocytogenes. V. parahaemolyticus-infektioner (dvs. vibriose) erhverves normalt ved eksponering for havvand eller ved indtagelse af rå eller utilstrækkeligt kogte forurenede fisk og skaldyr (Baker-Austin et al., 2018), mens L. monocytogenes (et patogen, der kan vokse ved køletemperaturer) infektioner (dvs. listeriose) ofte er forbundet med upasteuriserede mejeriprodukter og forskellige spiseklare fødevarer (Fung et al., 2018). In vitro-eksperimenter viste, at AEW udløste EPS-forstyrrelse ved deformation af kulhydrat-C-O-C-binding og aromatiske ringe i aminosyrer tyrosin og phenylalanin. Forfatterne foreslog, at AEW kunne være et miljøvenligt alternativ til de desinfektionsmidler, der traditionelt anvendes i fødevareindustrien. Desuden blev differentiel overlevelse af hyper-aerotolerant C. jejuni under forskellige gasforhold også undersøgt, og de resulterende data tydede på, at emballering i modificeret atmosfære ved hjælp af CO2 kan bidrage til at kontrollere kontaminering af fjerkræ med hyper-aerotolerant C. jejuni (Oh et al.).

Sammenfattende omfatter dette Frontiers Research Topic 21 artikler og 146 forfattere fra Østrig, Canada, Kina, Danmark, Tyskland, Irland, Japan, Portugal, Sydkorea, Det Forenede Kongerige, Tyskland og USA. Det giver en oversigt over de seneste opdagelser i genopståen, patogenese og kontrolstrategier for de humane alvorlige fødevarebårne patogene bakterier og understøtter det presserende behov for at forbedre fødevaresikkerheden og folkesundheden, især på globaliseringsbaggrunden. De oplysninger, der præsenteres i artiklerne, understreger ikke kun fremtidige forskningsområder og behov for forskere, men gavner også regeringer, fødevareproducenter, fødevareleverandører og fødevareforbrugere til at arbejde sammen om at eliminere og kontrollere patogenpersistens i fødevarer og resistente infektioner hos mennesker.

Author Contributions

LC udarbejdede redaktionen. WA bidrog til den redaktionelle revision. Alle forfattere godkendte den endelige artikel til offentliggørelse.

Interessekonflikter

Forfatterne erklærer, at forskningen blev udført uden kommercielle eller økonomiske relationer, der kunne opfattes som en potentiel interessekonflikt.

Anerkendelser

LC og WA anerkender alle de forfattere, der har bidraget til dette forskningstema. LC er støttet af tilskud fra Shanghai Municipal Science and Technology Commission (No. 1705050502200) og National Nature Science Foundation of China (No. 31671946).