Патогенные микроорганизмы, передающиеся через пищевые продукты, представляют собой одну из основных проблем здравоохранения во всем мире.
Появление штаммов с множественной лекарственной резистентностью значительно повышает риск вызываемых ими инфекций как для домашнего скота, так и для потребителей. Поскольку традиционные антимикробные препараты, биоциды и консерванты оказываются недостаточными, ученые вновь обратились к старому союзнику, забытому на десятилетия, - бактериофагам. Эти вирусы, известные своей специфической направленностью против видов, серотипов и штаммов бактерий, представляют собой перспективное направление для разработки целенаправленных и эффективных антимикробных решений в цепочке производства продуктов питания.
Бактериофаги - естественные хищники бактерий, характеризующиеся специфичностью, которая может достигать уровня штаммов, что открывает перспективу для разработки адресных и эффективных антимикробных решений в цепочке производства пищевых продуктов. Потенциал фагов не ограничивается определенным звеном в цепи производства продуктов питания. Они могут применяться для лечения животных на фермах, для дезинфекции поверхностей пищевых продуктов или даже добавляться непосредственно в пищу или пищевую упаковку. Однако для того чтобы использование фагов в пищевой цепи стало реальностью, необходимо провести исследования по их применению. В данном обзоре представлены шесть новаторских исследований, демонстрирующих потенциал бактериофагов в обеспечении безопасности пищевых продуктов и борьбе с патогенами пищевого происхождения, включая выделение, генотипическую и фенотипическую характеристику, а также практическое применение бактериофагов против различных патогенов пищевого происхождения.
Одной из проблем лечения интенсивно выращиваемых цыплят, когда на одной ферме содержатся тысячи животных, является выбор метода применения антибактериальных препаратов. Включение фагов в питьевую воду или корм представляет собой перспективную альтернативу. В работе Kuźmińska-Bajor et al., посвященной первичному производству, оценивался коктейль бактериофагов UPWr-S134, состоящий из трех бактериофагов Jerseyvirus, для лечения цыплят-бройлеров, зараженных Salmonella Enteritidis. Авторы исследования оценили стабильность этого коктейля в смоделированной желудочной жидкости (СЖЖ) и отметили, что если при самостоятельном введении СЖЖ инактивирует фаги, то в присутствии корма эта инактивация предотвращается. Было показано, что корм является перспективной формулой для введения фагов. Более того, результаты показали, что пероральное введение фагов цыплятам, зараженным S. Enteritidis, позволило снизить уровень этого патогена во внутренних органах животных.
На следующем этапе пищевой цепи Al-Hindi et al. оценили применение литического джерсейвирусного бактериофага LPSent1 для борьбы с мультирезистентными штаммами S. Enteritidis в пищевых продуктах. Фаг продемонстрировал способность снижать бактериальную контаминацию молока, яблочного сока и куриной грудки до 5 log10 КОЕ/г как при температуре 25°С, так и при температуре охлаждения, а также способность снижать образование биопленок. Однако проблема заключается в широком литическом спектре, необходимом для борьбы с более чем 2600 различными серотипами Salmonella, что может быть решено путем использования фаговых коктейлей с широким или комплиментарным литическим спектром или даже путем разработки генетически модифицированных фагов, способных обеспечить такой спектр.
Энтерогеморрагическая кишечная палочка (EHEC) и энтеротоксигенная кишечная палочка (ETEC) являются патогенами пищевого происхождения, вызывающими крупные вспышки заболеваний во всем мире. Zhou et al. оценили способность литического бактериофага Mosigvirus vB_EcoM_SQ17 бороться с EHEC и ETEC O157:H7 в молоке, говядине и салате. Этот фаг продемонстрировал высокую способность снижать уровень контаминации E. coli при температуре охлаждения в этих трех матрицах.
Hou et al. исследовали джамбо-фаг ZPAH34 против нового патогенного штамма Aeromonas hydrophila, обладающего множественной резистентностью. Любопытно, что, несмотря на то, что это джамбо-фаг, он показал наименьший размер из всех фагов с подобными характеристиками, зарегистрированных на сегодняшний день. Фаг ZPAH34 эффективно подавлял образование биопленок и частично уничтожал уже сформированные биопленки. Применение фага ZPAH34 в рыбном филе и салате значительно снизило уровень патогенов, что открывает перспективы для борьбы с появляющимися патогенами в продуктах питания водного происхождения.
Gao et al. выделили и охарактеризовали макулвирусный литический фаг OY1 против Vibrio spp. Фаг продемонстрировал широкий литический спектр и способность как подавлять образование биопленок, так и разрушать уже сформированные биопленки, а также снижать содержание Vibrio spp. в экстракте мышечного сока из рыбы. Учитывая растущее значение аквакультуры в мировом продовольственном снабжении, негативное влияние Vibrio spp. и наличие процесса обеззараживания морепродуктов перед поступлением на рынок, применение фагов для обеззараживания воды представляет собой интересный и жизнеспособный подход к минимизации передачи патогенных бактерий.
Наконец, в работе Sukjoi et al. оценивался терапевтический эффект перорального применения бактериофагов ST-W77 и SEW109 для лечения нетифоидного сальмонеллеза с использованием мышей и S. Typhimurium в качестве модельного хозяина и штамма, соответственно. Пероральное введение этих фагов снижало бактериальную инвазию и воспалительную реакцию в эпителиальных клетках толстой кишки при сохранении фагов в просвете кишечника, что свидетельствует об их терапевтическом потенциале в борьбе с инфекциями, вызванными Salmonella Typhimurium.
Хотя исследования, представленные в данном обзоре, демонстрируют огромный потенциал фагов для борьбы с возбудителями пищевых инфекций в цепочке производства продуктов питания, остается ряд проблем. Определение оптимальных форм применения, управление резистентностью бактерий и изучение фаговых белков в качестве альтернативы целым фагам являются важнейшими областями внимания. Предстоящий путь может быть полон препятствий, но перспектива революционного повышения безопасности пищевых продуктов с помощью бактериофагов обещает научному сообществу захватывающий и преобразующий процесс.
