Warum manche Listerien umfassenden Hygienemaßnahmen entkommen können

(30.08.2017) In der Lebensmittelproduktion gibt es hohe Standards für Sauberkeit und Hygiene. Bakterien, wie Listeria monocytogenes, können diesen Maßnahmen trotzdem entkommen.

Ein Team der Vetmeduni Vienna zeigte nun in Applied and Environmental Microbiology, dass sich bestimmte Listerienstämme dazu – frei ausgedrückt – auf eine Insel flüchten.

Sie haben in einem Bereich ihres Erbgutes eine Kombination zweier Gene, die es ihnen erlaubt den Effekt von Laugen und oxidativem Stress abzuwehren.


Listerien sind Überlebenskünstler, den Hygienemaßnahmen in der Lebensmittelproduktion entkommen sie etwa dank einer nun identifizierten, genetischen "Stressinsel"

Die Forschenden konnten die funktionale Einheit damit als eine neue „stress survival islet“, eine sogenannte Stressüberlebensinsel, identifizieren. Das Verständnis dieses genetischen „Rettungsankers“ kann helfen neue Strategien für die Lebensmittelsicherheit zu entwickeln.

Listerien, (Listeria (L.) monocytogenes), sind Lebensmittelpathogene, Krankheitserreger, die sich unter anderem auf Käse oder Fleisch anlagern und vermehren. Ohne entsprechende Maßnahmen stellen diese Bakterien ein Gesundheitsrisiko dar.

Die Hygienestandards in der Lebensmittelproduktion sind dementsprechend hoch. Listerien sind jedoch bekannt dafür, dass sie in Umweltnischen überleben können, in denen andere Mikroorganismen und Lebewesen nicht lebensfähig wären.

Der Schlüssel ist die Anpassungs- und Widerstandsfähigkeit des Bakteriums in Stresssituationen. Durch genetische Mechanismen kann Listeria monocytogenes auf die Auswirkungen von Putz- oder Desinfektionsmitteln reagieren und sie abblocken.

Forschende vom Institut für Milchhygiene konnten diese Funktion für zwei Gene des Lebensmittelerregers entschlüsseln. Sie zeigten, dass sie eine funktionelle Einheit bilden, die ihnen das Überleben trotz der Hygienestandards in Lebensmittelproduktionen sichert.

Hypervariable Regionen des Genoms helfen Listerien Stress zu überleben

In einer sogenannten hypervariablen, also leicht veränderlichen Region des Genoms, haben sich Listerien  genetische Hilfswerke angeeignet. „Zu diesen gehört unter anderem eine Einheit von aneinander gekoppelten Gensequenzen, die sogenannte stress survival islet 1 oder SSI-1, eine „Geninsel“, die den Mikroorganismen hilft bestimmte Stresssituationen zu kompensieren“, erklärt Erstautorin Eva Harter.

„Die Region beherbergt je nach Stamm eine von drei unterschiedlichen Gensequenzen, deren Funktion, mit Ausnahme von SSI-1 bislang jedoch unbekannt war.”

Die Gene der Stressüberlebensinsel 1 ermöglichen  hohe Toleranz gegen Säure, Gallenflüssigkeit, Salze oder Magensäure und wurden bereits vor Jahren charakterisiert.

Das erklärt aber nicht das Überleben der Hygienemaßnahmen in der Lebensmittelproduktion, bei der andere, nämlich alkalische und oxidative Stresssituationen für die Listerien entstehen. 

Das Team konzentrierte sich deshalb auf zwei andere aufeinanderfolgende Gensequenzen in derselben hypervariablen Region und konnte diese als jene Geninsel identifizieren, die den Rettungsanker  bei bestimmten Listeria monocytogenes Stämmen in diesen Situationen bildet.

Neue Stressüberlebensfaktoren von Lebensmittelerreger L monocytogenes charakterisiert

Die beiden Gene und die Proteine, die sie kodieren, sind bei basischem und oxidativem Stress aktiv. Sie haben damit eindeutig ein anderes Einsatzgebiet als die Gene, die zur SSI-1 gehören. „Wir konnten beiden Genen zuerst eine Funktion zuordnen.

Eines ist ein Transkriptionsregulator, also ein Faktor, der in bestimmten Situationen die Häufigkeit und Aktivität eines anderen Proteins bestimmt.

Das zweite ist  eine Protease, ein Enzym, das andere Eiweiße spalten kann. Proteasen helfen Bakterien funktionsunfähige Eiweiße zu spalten, die durch Stresssituationen entstehen.“, sagt Harter.

„ Wenn der Regulator nicht aktiviert ist, dann gibt es keine Protease. Ohne die Protease kann Listeria monocytogenes oxidativen Stress schlechter kompensieren. 

Damit bilden die beiden Gene eine funktionelle Einheit, sprich eine weitere stress survival islet, SSI-2“, so Studienleiterin Kathrin Rychli. Die Stressüberlebensinsel kommt vor allen bei Bakterien vor, die sich auf Lebensmittel und die Produktionseinheiten spezialisiert haben.

Spezifisch für Lebensmittelnische

„Wir konnten einen Genomtyp identifizieren, bei dem die SSI-2 Sequenz immer vorhanden ist“, erklärt Rychli. „Dieser Sequenztyp, ST121, wird fast ausschließlich auf Lebensmitteln oder in den Produktionseinheiten gefunden und kaum in klinischen Isolaten.

In Stämmen, die zur ST121-Gruppe zählen, ist die Sequenz dagegen hoch konserviert, also komplett gleich.“ SSI-2 scheint demnach nischenspezifisch zu sein.

Die meisten Listerienstämme, die in klinischen Isolaten gefunden werden, haben SSI-2 nicht. “ Das Forschungsteam konnte im Rahmen eines FWF Projektes mit der Entdeckung der neuen Stressüberlebensinsel eine wichtige Überlebensstrategie des Lebensmittelerregers entschlüsseln.

„Kennt man den genetischen Mechanismus, kann man sich neue Strategien für die Lebensmittelsicherheit überlegen“, so Rychli.

Publikation

Der Artikel „Stress Survival Islet 2, Predominantly Present in Listeria monocytogenes Strains of Sequence Type 121, Is Involved in the Alkaline and Oxidative Stress Responses“ von Eva Harter, Eva Maria Wagner, Andreas Zaiser, Sabrina Halecker, Martin Wagner und Kathrin Rychli wurde in Applied and Environmental Microbiology veröffentlicht.
http://aem.asm.org/content/83/16/e00827-17



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