Biofilms vormen veilige haven voor bacteriën
ILVO werkt aan beheersing en bestrijding
Vaak zijn de huidige reinigings- en ontsmettingsprocedures in levensmiddelenbedrijven onvoldoende om ongewenste bacteriën die hardnekkig zijn vastgehecht aan contactoppervlakken te verwijderen. Samenwerking en het vormen van een eenheid tussen de verschillende bacteriën maken hen sterker en veerkrachtiger of stressbestendiger. Dit kan grote gevolgen hebben, in de vorm van voedselbederf, besmetting via voedsel en recall van levensmiddelen. Een nieuw project onder leiding van ILVO moet betere inzichten opleveren voor de beheersing en bestrijding van biofilms.
Biofilms in de voedingsindustrie
Volgens een recente publicatie van Hans-Curt Flemming en Stefan Wuertz zou ongeveer 80% van alle bacteriën op onze planeet leven in de vorm van oppervlaktegeassocieerde gemeenschappen; biofilms genaamd. Daarin zitten de bacteriën beschermd onder en in een zelfgeproduceerde slijmlaag, die hen beschermt tegen verschillende menselijke ingrepen om hen af te doden.
Onderzoekers van ILVO, het Instituut voor Landbouw, Visserij- en Voedingsonderzoek, vonden een uitgebreide diversiteit aan bacteriën in biofilms op de foodcontactoppervlakken in diverse sectoren van de levensmiddelenindustrie, ondanks de toegepaste reiniging en ontsmetting.
De fundamentele processen begrijpen die aanleiding geven tot de ontwikkeling van deze microbiële gemeenschappen en inzichten in de specifieke biofilmarchitectuur, zijn ook van praktisch belang om voedselveiligheid en kwaliteit te garanderen.
Oppervlaktegebonden gemeenschappen
"Terwijl de bacteriën zeer sterk aangehecht zijn aan de oppervlakken, zijn ze in staat om meer enzymes en toxinen te produceren die enerzijds bederf kunnen veroorzaken en anderzijds oorzaak kunnen zijn van humane levensbedreigende voedselinfecties", meldt Steve Flint, professor Voedselveiligheid aan de Universiteit Massey in Nieuw-Zeeland.
Het succes van bacteriën om zich vast te hechten aan oppervlakken hangt af van hun vermogen om hun multilaterale samenwerking te behouden en te versterken. Bacteriën zijn allesbehalve racistisch en alle verschillende soorten bacteriën vormen vaak een hecht team en leven zo in harmonie, zoals een familie. In deze oppervlaktegebonden gemeenschappen van bacteriën wordt informatie uitgewisseld via chemische signalen en voeden de organismen elkaar.
Ze bouwen een fysische samenwerking uit en wisselen genetisch materiaal aan elkaar uit om te weerstaan aan belangrijke dreigingen, waardoor ze resistentie ontwikkelen tegen antimicrobiële componenten en zware metalen. Loyaliteit, elkaar bedriegen en opofferingen voor elkaar maken allemaal deel uit van dit microbiële sociale leven; net zoals bij de mens.
Sterke bacteriën beschermen de zwakkere door het delen van hun afweermechanismen, waardoor een bacteriële gemeenschap ontstaat. Het komt zelden voor dat de specifieke bacteriën op zich individuele gemeenschappen vormen. In werkelijkheid hebben de verschillende types van bacteriën een sociaal leven en ze reageren gezamenlijk op alle vormen van menselijke tussenkomst. Deze samenwerking is het grote geheim achter hun veerkracht en de persistentie.
gevolgen voor voedingsbedrijven
In de procesomgeving van levensmiddelenbedrijven zorgen de aanwezigheid van water, voeding en ideale contactoppervlakken voor het promoten van deze sociale gemeenschappen van bacteriën of biofilms, die ziekteverwekkende organismen zoals Salmonella, Escherichia coli en Cronobacter sakazakii kunnen bevatten.
Recent werden verschillende tonnen babymelkpoeder teruggeroepen van de Amerikaanse markt, nadat verschillende baby’s ziek geworden waren en zelfs overleden zijn door een Cronobacter sakazakii-besmetting. In eigen land was er de Salmonella-uitbraak die gelinkt werd aan de boterroom die gebruikt werd bij de productie van Kinderchocolade, zoals gemeld door de European Food Safety Authority (EFSA).
Verschillende onderzoeken hebben aangetoond dat er een sterke link is tussen een humane voedseluitbraak en het voorkomen van de veroorzakende bacteriële voedselpathogeen in biofilms in diverse sectoren van levensmiddelenbedrijven.
Impact op gezondheid en economie
Foodcontactoppervlakken in verschillende levensmiddelenbedrijven zoals de zuivel- en de vleesindustrie zijn vaak bedekt met biofilms die verschillende kwaliteitsproblemen opleveren en vaak de oorzaak zijn van humane voedseluitbraken met een impact op gezondheid en economie.
Dr. Koen De Reu, senior onderzoeker op het ILVO: "Salmonella, E. coli en Listeria monocytogenes worden vaak aangetroffen in biofilms aanwezig op foodcontactoppervlakken in levensmiddelenbedrijven. We kunnen de pathogeen vaak aantonen wanneer we deze oppervlakken zeer grondig gaan bemonsteren met het geschikte swabmateriaal."
Biofilms zijn vaak de oorzaak van humane voedseluitbraken, met een impact op de gezondheid en economie
Inspanningen om biofilms te beperken, kosten miljarden euro’s aan de diverse sectoren. De beheersing van biofilms in de wereldwijde agro-voedingsketen alleen al kost naar schatting 324 miljard euro.
"Bacteriële biofilms zijn een grote zorg voor levensmiddelenbedrijven in België, aangezien die de oorzaak kunnen zijn van bederf en kwaliteitsverlies, wat jaarlijks zorgt voor economische verliezen van miljoenen euro’s en imagoschade", zegt prof. dr. Marc Heyndrickx, wetenschappelijk directeur van de eenheid Technologie en Voeding van het ILVO.
ILVO’s aanpak om biofilms te lijf te gaan
Prof. Hans Steenackers van de KU Leuven en vaak ook partner in onderzoek uitgevoerd op ILVO heeft zeer recent strategische bevindingen gepubliceerd, waarin hij stelt dat de beste en evolutionair meest robuuste manier om biofilms te bestrijden, het beëindigen van hun coöperatie is.
Wetenschappers op ILVO zijn volop bezig met het onderzoeken van deze oppervlaktegebonden samenwerking van de bacteriën. Dit doen ze met behulp van de nieuwste technologieën, zoals RNA-sequenering, biosensing en confocaal laser scanning elektronen microscopie.
Het baanbrekende project 'Multispecies biofilms in the food industry' wordt gefinancierd door de Europese Commissie onder de vorm van EXCELLENT SCIENCE - Marie Skłodowska-Curie Actions en wordt uitgevoerd door Dr. Faizan Ahmed Sadiq op het ILVO. Het project is bedoeld om mechanistische inzichten te verwerven in de bacteriële interacties op de oppervlakken in levensmiddelenbedrijven, wat aanleiding moet geven tot het bekomen van betere inzichten voor de beheersing en bestrijding van deze bacteriën op foodcontactoppervlakken.
Doelstelling
De ILVO-onderzoekers hebben reeds combinaties van bepaalde bacteriën in kaart gebracht die het best biofilms vormen op foodcontactoppervlakken, en hierdoor ook het moeilijkst te bestrijden zijn met klassieke reiniging en ontsmetting. Het ILVO wil met zijn onderzoek de samenwerking en relaties tussen bacteriën op foodcontactoppervlakken ontrafelen met behulp van doelgericht onderzoek, waarbij wijzigingen in genexpressies voor zowel individuele bacteriën als voor gemeenschappen onderzocht worden.
Het doel is dus om de strategieën van samenwerking tussen de bacteriële populatie te begrijpen, hierin in te grijpen en hierdoor hun samenwerking en overleving te dwarsbomen. Prof. Patrick Wagner van de KU Leuven zal hiertoe een biosensor gebruiken, gebaseerd op impedantie- en elektrische geleidbaarheid, om in bacteriële gemengde gemeenschappen groeisignalen te monitoren op rvs-oppervlakken. Anderzijds zal prof. Mette Burmølle van de Universiteit van Kopenhagen betrokken worden bij de architecturale en structurele ontrafeling van bacteriële biofilms met behulp van confocale laser scanning microscopie.
Het project is uniek in zijn soort en er zullen nieuwe inzichten verkregen worden in de interacties van bepaalde problematische microbiële gemeenschappen. Hierdoor zullen nieuwe deuren worden geopend voor de controle van biofilms op foodcontactoppervlakken in levensmiddelenbedrijven.
