Исследование показывает, как распространенные патогены скрываются в наших салатах

В недавнем исследовании, опубликованном в журнале Пищевая микробиологияИсследователи обобщили данные о взаимодействии кишечных бактериальных патогенов с готовыми к употреблению фруктами и овощами.

Потребление фруктов и овощей связано с разнообразной пользой для здоровья и существенно возросло с 1960 по 2019 год, наряду с параллельным ростом заболеваний пищевого происхождения. В агропищевой промышленности существует риск заражения патогенами пищевого происхождения. Бактерии, грибы, вирусы, паразиты и микотоксины вызывают болезни пищевого происхождения.

Обзор: С поля на тарелку: как бактериальные кишечные патогены взаимодействуют с готовыми к употреблению фруктами и овощами, вызывая вспышки заболеваний? Изображение предоставлено: Ezume Images / Shutterstock

Норовирус был основным загрязнителем фруктов и овощей во время вспышек болезней пищевого происхождения в Европейском Союзе (ЕС) и США (США) в 2004–2012 годах, за ним следовали бактериальные патогены. В частности, три бактериальных патогена, Листерия моноцитогены, Эшерихия палочкаи Сальмонелла enterica были ответственны за 82% госпитализаций и смертей из-за болезней пищевого происхождения в США в 2009–2015 годах. В настоящем исследовании обсуждалось, как кишечные бактериальные патогены взаимодействуют с овощами и фруктами RTE, вызывая вспышки заболеваний.

Кишечные бактериальные возбудители

Надзор за пищевыми продуктами в ЕС показал, что примерно 1% готовых к употреблению фруктов и овощей были Сальмонелла-положительный. Сообщалось, что проросшие овощи, помидоры, огурцы, дыня/дыня и папайя являются распространенными переносчиками инфекции. Сальмонелла виды Хотя кишечная палочка непатогенен и входит в состав комменсальной флоры млекопитающих, некоторых штаммов кишечная палочка вызывают инфекции мочевыводящих путей (ИМП), менингит, диарею и сепсис у людей.

Диарейный кишечная палочка классифицируется на семь патотипов, которые различаются наличием специфических факторов вирулентности, а также соматическими, жгутиковыми и капсулярными поверхностными антигенами. Шига-токсин, производящий кишечная палочка (STEC) был патотипом, наиболее связанным со вспышками болезней пищевого происхождения в США, на его долю приходилось около 92% случаев в период с 1998 по 2013 год. Л. моноцитогенес вызвало меньше вспышек, чем кишечная палочка или Сальмонеллалистериоз имеет самый высокий уровень смертности среди трех возбудителей.

Пути заражения

Были идентифицированы различные источники загрязнения в цикле урожая, которые позволяют бактериям приживаться и выживать/размножаться в благоприятных условиях. Почва является одним из основных источников загрязнения, особенно если участки ранее использовались для захоронения отходов или выращивания животных. Более того, Л. моноцитогенес широко распространен в окружающей среде и часто выделяется из почвы.

Экстремальные погодные явления, включая пыльные бури и наводнения, могут вызвать болезни пищевого происхождения. Кроме того, сообщалось о двух механизмах заражения семян: 1) прорастающие семена могут привлекать кишечные патогены из почвы и 2) посев предварительно зараженных семян. Патогены могут распространиться на съедобные части после прорастания (загрязненных) семян.

Оросительная вода является еще одним известным источником загрязнения. Озерная/речная вода может заносить кишечные патогены через загрязнение сточными водами, фекалиями животных или почвой. Многочисленные исследования выявили кишечные патогены в посевах, орошаемых загрязненной водой. Животные служат источником заражения через фекалии или переносчиками различных болезнетворных микроорганизмов.

Сальмонелла, Л. моноцитогенеси кишечная палочка были обнаружены у домашнего скота. Загрязнение также возможно во время послеуборочных операций, таких как подготовка, упаковка и хранение, если не контролировать его 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 возбудители не входят в состав филлосферы листьев. Поверхность растений является стрессовой для кишечных патогенов, поскольку они не богаты питательными веществами по сравнению с их (теплокровными) хозяевами. Кроме того, микроорганизмы сталкиваются с колебаниями ветра, температуры, осадков и солнечной радиации. В целом бактериальная колонизация листьев – прикрепление бактерий, размножение и образование агрегатов, а также интернализация через поры.

Бактерии прикрепляются к поверхности листа посредством жгутиков, фимбрий и пилей. Исследования подчеркнули потенциальную роль жгутиков в прилипании к свежим продуктам. Было показано, что удаление первичной субъединицы жгутика снижает адгезионную способность кишечная палочка клоны. Целлюлоза, секретируемая бактериями, действует как составная часть матрицы биопленки и может иметь решающее значение во время первоначального прикрепления к растениям.

Исследования продемонстрировали решающую роль целлюлозосинтазного комплекса в Сальмонелла прикреплять к свежим продуктам; однако это может быть не так важно для кишечная палочка поскольку удаление каталитической субъединицы не повлияло на прикрепление STEC к шпинату. В Л. моноцитогенесСвязывание целлюлозы может иметь важное значение для прикрепления к растительному матриксу, поскольку удаление предполагаемого белка, связывающего целлюлозу, снижает прикрепление к салату, дыне и молодому шпинату.

Выживание бактерий (на поверхности растения) после прилипания является ключевым фактором, определяющим их способность вызывать болезни пищевого происхождения. Биопленки обеспечивают адаптивную стратегию сохранения на растениях и устойчивости к дезинфицирующим средствам. Многочисленные исследования показали, что бактериальные патогены могут сохраняться на листьях от нескольких недель до месяцев. В нескольких исследованиях сообщается о роли системы секреции 3 типа (СТ3СС) в Сальмонелла колонизация Арабидопсис.

В частности, дефицит эффекторного белка ССТТ у Сальмонелла мутанты уменьшали рост листьев. Внедрение бактерий в растительную ткань через поверхностные поры помогает им избежать дезинфекции, которой может предшествовать устьичная колонизация. Сальмонелла, Л. моноцитогенеси кишечная палочка Сообщалось, что они колонизируются вокруг устьичных пор. Хотя проводятся обширные исследования генетических компонентов, опосредующих интернализацию Сальмонелла и кишечная палочкао нем известно меньше Л. моноцитогенес.

Реакция растений на присутствие патогена

Хотя растения долгое время считались пассивными переносчиками инфекции, все больше данных свидетельствуют о том, что они могут распознавать кишечные патогены. У растений есть иммунная система для обнаружения и ограничения патогенов путем распознавания поверхностных молекул, таких как молекулярные структуры, связанные с патогенами (PAMP).

Взаимодействия между PAMP и рецепторами распознавания образов клеток растений активируют нижестоящий сигнальный каскад, обеспечивая устойчивость. Этот сигнальный каскад, называемый иммунитетом, запускаемым патогеном (PTI), включает в себя, среди прочего, последующие процессы, такие как выработка активных форм кислорода (АФК), повышенная экспрессия генов, связанных с патогенезом, и активация сигнальных путей защиты растений.

Хотя исследования были сосредоточены на патогенах растений, все больше изучаются кишечные патогены. Флагеллин является широко известным PAMP как у растительных, так и у кишечных патогенов. кишечная палочка и С. тифимурий было показано, что они активируют опосредованный жгутиками ПТИ у Арабидопсис Талиана. Примечательно, что иммунные ответы на флагеллин могут быть видоспецифичными, поскольку воздействие эпитопов кишечная палочка индуцированный взрыв АФК в томатах, но не в Арабидопсис.

Дальше, А. Талиана не реагирует на Л. моноцитогенес жгутики. Закрытие устьиц происходит после распознавания патогена, чтобы предотвратить проникновение и патогенез. Тем не менее, некоторые патогены растений могут препятствовать закрытию устьиц. Аналогично, кишечные патогены развили механизмы преодоления закрытия устьиц.

Заключительные замечания

В совокупности повышение урожайности сельскохозяйственных культур необходимо для обеспечения достаточного количества продовольствия для растущего населения, поскольку, по оценкам Организации Объединенных Наций, 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 сельскохозяйственных культур кишечными патогенами возрастает по мере того, как городское население перемещается в сельскую местность. Таким образом, понимание взаимодействия между растениями и микробами, направленное на снижение адгезии и колонизации во время поставок, может помочь смягчить этот избыточный риск.