Mutante sporen en hun impact op voedselveiligheid en bederf

Bederf- of ziekteverwekkende bacteriën in voeding krijgen vaak geen enkele kans, omdat de voeding wordt behandeld via hitte of UV-C bestraling. Bij dergelijke behandelingen leggen de bacteriën het loodje en vormen ze geen gevaar meer. Een aantal bacteriën zijn echter in staat om endosporen te vormen, een soort overlevingsmodus, waaruit later weer bacteriën kunnen kiemen en alsnog bederf of ziekte veroorzaken. De Bacillus cereus groep, met B. cereus sensu stricto en de koudeminnende B. weihenstephanensis, zijn in staat endosporen te vormen die dikwijls industriële condities van verhitting, desinfectie of UV-C bestraling overleven. Erger nog, de voor hen niet-dodelijke behandeling vormt een belangrijke selectiedruk die kan leiden tot selectie van sporen met een nog verder verhoogde weerstand of resistentie. En dat is zeer ongewenst, want dat verhoogt het risico op voedselbederf en ziekte. In een FWO fundamenteel onderzoekproject werd door een consortium van UGent, KU Leuven en ILVO nagegaan hoe snel en hoe sterk endosporen kunnen evolueren tot een verhoogde weerstand tegen een industrieel gangbare stressconditie. De onderzoekers bekeken ook of deze evolutie gevolgen heeft voor de groeisnelheid van de vegetatieve cellen – de actieve bacteriën - die gevormd worden als gevolg van ontkieming van de geëvolueerde sporen.

Endosporen van de B. cereus of de B. weihenstephanensis typestam werden in gerichte evolutie-experimenten onderworpen aan herhaaldelijke UV-C bestralingen of verhitting. Voor de eerste maal werd vastgesteld dat de endosporen vrij vlug muteren tot een verhoogde weerstand tegen de opgelegde stressbehandeling . Bij de verhoogde UV-C resistentie ging dit wel gepaard met een sterk verlaagd ontkiemingspercentage van de B. cereus endosporen tot vegetatieve cellen. De B. weihenstephanensis endosporen met een verhoogde weerstand tegen hitte bleven daarentegen evengoed ontkiemen en de resulterende vegetatieve cellen behielden hun vermogen om uit te groeien bij koelkasttemperaturen. In melk ontkiemden en groeiden deze mutante sporen sneller uit in vergelijking met de ‘normale’ wild type sporen na pasteurisatie bij 90°C, wat een verhoogd bederfpotentieel van de mutante sporen aangeeft. Uit diepgaand onderzoek kon vastgesteld worden dat de verhoogde weerstand tegen UV-C of hitte veroorzaakt wordt door een veranderde samenstelling van bepaalde lagen (respectievelijk cortex en mantel) van de gemuteerde endosporen. Een variatie in het aantal herhalingen van de genetische code - short tandem repeats - in het pdaA gen (coderend voor het peptidoglycan-N-acetylmuramic acid deacetylase) werd geïdentificeerd als het verantwoordelijke mechanisme voor een omschakeling naar endosporen met een verhoogde UV-C resistentie maar met een verlaagde ontkiemingsefficiëntie. Ook een terugkeer is mogelijk, naar een normale ontkiemingsefficiëntie, maar met een lagere UV-C resistentie.

Het ontrafelen van dit resistentie-mechanisme is een belangrijk gegeven voor verder onderzoek naar bederf of ziekte veroorzaakt door Bacillus cereus. Verder onderzoek kan gaan in de richting van resistentievorming tegen andere stressomstandigheden zoals desinfectie. De kennis kan leiden tot betere behandelingstechnieken in de industrie om endosporen geen kans te geven tot muteren.