Риски, связанные со свежестью готовых к употреблению продуктов: исследование показывает, как распространенные патогены скрываются в наших салатах.
От поля до тарелки: как бактериальные кишечные патогены взаимодействуют с готовыми к употреблению фруктами и овощами, вызывая вспышки заболеваний?
В недавнем исследовании, опубликованном в журнале Food Microbiology, исследователи обобщили данные о взаимодействии кишечных бактериальных патогенов с готовыми к употреблению фруктами и овощами.
Потребление фруктов и овощей связано с различными преимуществами для здоровья и значительно возросло с 1960 по 2019 год, наряду с параллельным ростом заболеваний пищевого происхождения. Агропродовольственная промышленность подвержена риску внедрения патогенов пищевого происхождения. Бактерии, грибки, вирусы, паразиты и микотоксины вызывают болезни пищевого происхождения.
Норовирус был основным загрязнителем фруктов и овощей во время вспышек болезней пищевого происхождения в Европейском Союзе (ЕС) и Соединенных Штатах (США) в 2004-12 годах, за ним следовали бактериальные патогены. В частности, три бактериальных патогена, Listeria monocytogenes, Escherichia coli и Salmonella enterica, были ответственны за 82% госпитализаций и смертей из-за болезней пищевого происхождения в США в 2009-15 годах. В настоящем исследовании обсуждалось, как кишечные бактериальные патогены взаимодействуют с обычными овощами и фруктами, вызывая вспышки заболеваний.
Кишечные бактериальные патогены
По данным надзора за продуктами питания в ЕС, примерно 1% фруктов и овощей RTE были сальмонеллезными. Сообщалось, что проросшие овощи, помидоры, огурцы, дыня / дыня-канталупа и папайя являются распространенными переносчиками Salmonella spp. Хотя E. coli не является патогенной и является частью синантропной флоры млекопитающих, некоторые штаммы E. coli вызывают инфекции мочевыводящих путей (ИМП), менингит, диарею и сепсис у людей.
Диареагенная кишечная палочка подразделяется на семь патотипов, которые отличаются наличием специфических факторов вирулентности и соматическими, жгутиковыми и капсульными поверхностными антигенами. Кишечная палочка, продуцирующая токсин Сига (STEC), была патотипом, наиболее ассоциированным со вспышками болезней пищевого происхождения в США, на долю которого приходилось около 92% случаев с 1998 по 2013 год. Хотя L. monocytogenes вызывает меньше вспышек, чем E. coli или сальмонелла, из трех патогенов листериоз приводит к самой высокой смертности.
Пути заражения
Были выявлены различные источники загрязнения в сельскохозяйственном цикле, которые позволяют бактериям укореняться и выживать / размножаться при благоприятных условиях. Почва является одним из основных источников загрязнения, главным образом, если эти участки ранее использовались для удаления отходов или разведения животных. Более того, L. monocytogenes широко распространен в окружающей среде и часто выделяется из почвы.
Экстремальные погодные явления, включая пыльные бури и наводнения, могут вызывать болезни пищевого происхождения. Кроме того, сообщалось о двух механизмах заражения семян– 1) прорастающие семена могут привлечь кишечные патогены в почве и 2) посев предварительно зараженных семян. Патогенные микроорганизмы могут распространиться на съедобные порции, как только (зараженные) семена прорастут.
Другим известным источником загрязнения является поливная вода. Озерная / речная вода может заносить кишечные патогены через сточные воды, экскременты животных или почву. Многочисленные исследования выявили кишечные патогены в посевах, орошаемых загрязненной водой. Животные служат источником загрязнения через свои фекалии или переносчиками различных патогенов.
У домашнего скота были обнаружены сальмонелла, L. monocytogenes и E. coli. Загрязнение также возможно во время операций после сбора урожая, таких как приготовление, упаковка и хранение, если не контролировать их в соответствии с надлежащей производственной практикой. Повреждение листьев после сбора урожая может изменить среду филлосферы, создавая места для адгезии патогенов.
Взаимодействие бактерий с растениями
Кишечные патогены не являются частью филлосферы листьев. Поверхность растений является источником стресса для кишечных патогенов, поскольку они не богаты питательными веществами по сравнению со своими (теплокровными) хозяевами. Кроме того, микроорганизмы подвержены колебаниям ветра, температуры, осадков и солнечной радиации. В целом, бактериальная колонизация листьев – прикрепление бактерий, размножение и образование агрегатов, а также проникновение внутрь через поры.
Бактерии прикрепляются к поверхности листьев с помощью жгутиков, фимбрий и ворсинок. Исследования выявили потенциальную роль жгутиков в адгезии к свежим продуктам. Было показано, что удаление первичной субъединицы жгутика снижает адгезивную способность клонов E. coli. Выделяемая бактериями целлюлоза действует как составная часть матрицы биопленки и может иметь решающее значение при первоначальном прикреплении к растениям.
Исследования продемонстрировали решающую роль комплекса синтазы целлюлозы у сальмонеллы в прикреплении к свежим продуктам; однако это может быть не так важно для E. coli, поскольку удаление каталитической субъединицы не нарушило прикрепление STEC к шпинату. У L. monocytogenes связывание целлюлозы может быть важным для прикрепления к растительной матрице, поскольку удаление предполагаемого белка, связывающего целлюлозу, снижает прикрепление к листьям салата, дыне и молодому шпинату.
Выживание бактерий (на поверхности растений) после адгезии является ключевым фактором, определяющим их способность вызывать заболевания пищевого происхождения. Биопленки обеспечивают адаптивную стратегию сохранения на растениях и устойчивости к дезинфицирующим средствам. Многочисленные исследования показали, что бактериальные патогены могут выживать на листьях в течение нескольких недель или месяцев. В нескольких исследованиях сообщалось о роли системы секреции 3-го типа (T3SS) в колонизации арабидопсиса сальмонеллой.
В частности, дефицит эффекторного белка T3SS у мутантов Salmonella снижал рост листьев. Проникновение бактерий в ткани растений через поверхностные поры помогает им избежать дезинфекции, которой может предшествовать колонизация устьиц. Сообщалось, что сальмонелла, L. monocytogenes и E. coli колонизируют поры устьиц. Хотя существуют обширные исследования генетических компонентов, опосредующих интернализацию сальмонеллы и кишечной палочки, о L. monocytogenes известно меньше.
Реакция растений на присутствие патогенов
Хотя растения долгое время считались пассивными переносчиками инфекции, появляется все больше свидетельств того, что они могут распознавать кишечные патогены. Растения обладают иммунной системой для обнаружения и ограничения распространения патогенов путем распознавания поверхностных молекул, таких как молекулярные паттерны, ассоциированные с патогеном (PAMPs).
Взаимодействие между PAMP и рецепторами распознавания растительных клеточных образов активирует нижестоящий сигнальный каскад, придающий устойчивость. Этот сигнальный каскад, называемый иммунитетом, вызванным патогенами (PTI), включает в себя последующие процессы, такие как выработка активных форм кислорода (АФК), повышенная экспрессия генов, связанных с патогенезом, и активация сигнальных путей защиты растений, среди прочего.
Хотя исследования были сосредоточены на патогенах растений, все больше изучаются кишечные патогены. Флагеллин является широко распространенным PAMP как для растительных, так и для кишечных патогенов. Было показано, чтоE. coli и S. typhimurium активируют опосредованный жгутиками PTI у Arabidopsis thaliana. Примечательно, что иммунные реакции на флагеллин могут быть видоспецифичными, поскольку воздействие эпитопов кишечной палочки приводит к взрыву АФК в помидорах, но не в арабидопсисе.
Кроме того, A. thaliana не реагирует на жгутики L. monocytogenes. Закрытие устьиц происходит после распознавания патогена, чтобы предотвратить проникновение и патогенез. Несмотря на это, некоторые патогены растений могут препятствовать закрытию устьиц. Аналогично, кишечные патогены разработали механизмы для преодоления закрытия устьиц.
Заключительные замечания
В совокупности повышение урожайности сельскохозяйственных культур необходимо для обеспечения достаточного количества продовольствия для растущего населения, поскольку, по оценкам ООН, к 2100 году население планеты превысит 10 миллиардов человек. Сокращение заболеваний пищевого происхождения и отходов продуктов может помочь достичь продовольственной безопасности. Более того, риск заражения урожая кишечнополостными патогенами возрастает по мере распространения городского населения на сельскую местность. Таким образом, понимание взаимодействия между растениями и микробами, направленное на снижение адгезии и колонизации во всех продуктах питания, может помочь снизить этот избыточный риск.
