Listeria monocytogenes в условиях пищевого производства (аннотация)
Listeria monocytogenes - грамположительный факультативно анаэробный микроорганизм, подвижный в диапазоне температур 22-28°C, но не активный выше 30°C, характеризующийся ростом в диапазоне температур от -0,4°C до 45°C, с оптимальной температурой 37°C.
Листерии способны выживать в широком диапазоне pH от 4,6 до 9,5, а также переносить солевые условия до 20%. Такие условия роста сделали эти бактерии способными выживать и размножаться в неблагоприятных условиях окружающей среды, которые часто присутствуют на предприятиях пищевой промышленности. Поэтому L. monocytogenes является важным патогеном пищевого происхождения, вызывающим листериоз, который может проявляться в виде спорадических инфекций или вспышек болезни со значительной летальностью - 20-30% по всему миру.
Инфекция человека может протекать в трех формах, в зависимости от возраста инфицированного, его иммунного статуса, количества проглоченных бактериальных клеток и вирулентных свойств штамма: тяжелый или легкий инвазивный листериоз и неинвазивный лихорадочный гастроэнтерит (Buchanan et al., 2017). В зависимости от тяжести заболевания симптомы могут длиться от нескольких дней до нескольких недель. Легкие симптомы могут включать лихорадку, боли в мышцах, тошноту, рвоту и диарею. Если развивается более тяжелая форма листериоза, симптомы могут включать головную боль, ригидность мышц шеи, спутанность сознания, потерю равновесия и конвульсии. Заболевание особенно опасно для пожилых людей, беременных женщин, вынашиваемых детей и людей с ослабленным иммунитетом.
Согласно недавнему отчету Европейского управления по безопасности пищевых продуктов (EFSA) и Европейского центра по профилактике и контролю заболеваний (ECDC) за 2020 год, в странах-членах Европейского союза было отмечено в общей сложности 1876 подтвержденных случаев инвазивного листериоза у людей, при этом уровень уведомлений составил 0,42 случая на 100 000 населения и 97,1% госпитализаций. В США, по оценкам CDC, ежегодно около 1600 человек инфицируются L. monocytogenes, при этом уровень госпитализации составляет около 94% (Scallan et al., 2011).
Listeria monocytogenes является вездесущей бактерией и была выделена из почвы, воды и кормов. Было продемонстрировано, что бактерии могут выживать в окружающей среде в течение как минимум 8 недель. Несколько исследований показали, что L. monocytogenes широко распространена в производственных помещениях пищевой промышленности, где она способен сохраняться в течение длительного времени из-за неэффективной очистки и санитарии. Многие штаммы выживают в различных условиях обработки пищевых продуктов, которые часто характеризуются низкой влажностью или содержанием кислорода, и таким образом становятся основным источником контаминации после обработки. Устойчивости таких штаммов может способствовать ряд внешних факторов, таких как плохая гигиеническая практика или неэффективные дезинфицирующие средства, а также наличие у некоторых штаммов L. monocytogenes специфических генов, ответственных за производство биопленок.
Настоящий обзор посвящен ключевым вопросам, связанным с молекулярными механизмами выживания и адаптации патогена к неблагоприятным условиям окружающей среды. Знание и понимание подходов к адаптации L. monocytogenes к стрессовым факторам окружающей среды окажет значительное влияние на разработку новых, эффективных и экономически выгодных методов борьбы с патогеном в пищевой промышленности, что крайне важно для обеспечения безопасности пищевой продукции.
В пищевой промышленности разработано и применяется несколько стратегий устранения L. monocytogenes из пищевой цепи. Одна из них - технология радиационной обработки с применением гамма-облучения. Этот подход показал свою безопасность и является проверенным методом, используемым во всем мире для обеспечения сохранности пищевых продуктов. Облучение продуктов питания предполагает воздействие гамма-излучения на продукты питания, чтобы вызвать гибель L. monocytogenes и других бактерий, которые могут вызвать пищевое отравление или порчу продуктов питания (Lacroix and Follett, 2015).
Другим методом уничтожения патогенов из продуктов питания и среды пищевого производства является применение озона - экологически чистого метода, который относится к категории безопасных. Недавно было показано, что применение газообразного озона в концентрации 50 ppm на планктонные клетки и биопленку эталонных и пищевых штаммов L. monocytogenes привело к снижению бактериальной нагрузки более чем на 3 log10 КОЕ/мл через 10 минут (Panebianco et al., 2021). Кроме того, наблюдалась полная инактивация планктонных клеток после 6 ч обработки, а также значительное снижение биомассы биопленки. Таким образом, использование газообразного озона является перспективным методом контроля контаминации L. monocytogenes как на поверхностях, контактирующих с пищевыми продуктами, так и на готовой продукции (Botta et al., 2020).
Одним из новых альтернативных биологических методов борьбы с L. monocytogenes в пищевой цепи является использование фагов. Фаги считаются эффективным средством борьбы с бактериальными патогенами, поскольку они нацелены только на свой конкретный организм и не мешают другим микроорганизмам. Это особенно важно при производстве ферментированных продуктов, поскольку они не оказывают негативного влияния на сенсорные свойства конечного продукта.
Существуют коммерческие продукты на основе фагов, которые успешно применяются в пищевой промышленности для борьбы с L. monocytogenes. Одним из них является ListShield™, коктейль из шести различных литических бактериофагов, который специально разработан для обработки продуктов питания с высоким риском контаминации L. monocytogenes, таких как готовые к употреблению мясные продукты (ГМП). Было показано, что ListShield™ значительно снижает на 82-99% количество L. monocytogenes в различных видах ГМП (Perera et al., 2015). В случае с копченым лососем фаги полностью уничтожили патоген как в естественно контаминированных, так и в экспериментально контаминированных образцах, не повлияв на органолептическое качество продукта. ListShield™ также может использоваться для устранения или значительного снижения уровня L. monocytogenes на оборудовании, поверхностях и т.д., не контактирующих с пищей, на предприятиях пищевой промышленности и других пищевых предприятиях (Ishaq et al., 2020).
LISTEXTM P100 также одобрен FDA и рекомендован EFSA в качестве продукта с фаговым коктейлем для снижения количества L. monocytogenes в продуктах из мяса и птицы во время обработки или в конечном продукте. Эффективность бактериофага P100 широкого спектра действия, присутствующего в составе данного продукта, была проверена на снижение L. monocytogenes в инокулированных образцах при различных температурах, и максимальное снижение количества патогена было достигнуто на уровне 4,44 log КОЕ/г в контаминированных образцах пищи по сравнению с контрольной группой (Miguéis et al., 2017). При нанесении LISTEX™ P100 на биопленки, образовавшиеся на нержавеющей стали, наблюдалось снижение на 3,5-5,4 log КОЕ/см2 в зависимости от того, какой из 21 штамма L. monocytogenes был протестирован (Soni and Nannapaneni, 2010; Gray et al., 2018). Согласно заключению EFSA, LISTEX™ P100 абсолютно безвреден, эффективен и не способствует развитию антибактериальной резистентности.
Несмотря на многочисленные положительные результаты и рекомендации, рутинное использование бактериофагов в пищевой промышленности и готовой пищевой продукции разрешено только в некоторых странах, а нормативные акты касаются только отдельных продуктов бактериофагов. Несмотря на широкое использование LISTEXTM P100 (например, в США, Канаде и Швейцарии), его признание в качестве вспомогательного средства для обработки во многих странах (включая Австралию, Новую Зеландию, Израиль, Швейцарию, Канаду и даже в одном из членов ЕС, Нидерландах), а также ранее заявленное положительное заключение EFSA, ЕС не одобрило этот продукт для применения в пищевой промышленности. Таким образом, необходимы дальнейшие исследования безопасности и эффективности фаговых препаратов против L. monocytogenes в продуктах питания, а также мониторинг появления резистентных к фагам штаммов на предприятиях пищевой промышленности.
Несмотря на то, что существует много знаний о механизмах стрессовых реакций и устойчивости L. monocytogenes к неблагоприятным условиям, эти патогенные бактерии по-прежнему присутствуют в среде производства продуктов питания и представляют серьезную угрозу для потребителей. Таким образом, знание и понимание механизмов адаптации L. monocytogenes к стрессовым факторам окружающей среды окажет значительное влияние на разработку новых, эффективных и экономически выгодных методов борьбы с патогенами в пищевой промышленности, что крайне важно для обеспечения безопасности пищевой продукции.
