Mögliche Einsatzmöglichkeiten von Bakteriophagen für die mikrobielle Fleischsicherheit

Gepostet: 8. Juni 2023 | Estibaliz Ruiz, Maria Lavilla | Noch keine Kommentare

María Lavilla und Estibaliz Ruiz-Santamaria von AZTI-BRTA teilen die Vorteile des Einsatzes von Bakteriophagen in der gesamten Nahrungskette im Kampf gegen AMR.

Antibiotikaresistenzen (AMR) stellen eine große Bedrohung für die globale Gesundheit dar. Es ist allgemein bekannt, dass die Hauptursache für antimikrobielle Resistenzen der übermäßige Einsatz antimikrobieller Mittel ist. Vor allem ihre Verwendung in der Humanmedizin, aber auch die zunehmende Anerkennung ihrer fortgesetzten Verwendung in Nutztieren, hat die Auswahl und Verbreitung von AMR-Bakterien in der gesamten Nahrungskette erleichtert.1 Obwohl antimikrobielle Mittel für die Behandlung bakterieller Infektionen von entscheidender Bedeutung sind, zielen die aktuellen Vorschriften daher darauf ab, sie zu reduzieren Verwendung in der Nutztierhaltung.

Darüber hinaus gilt der Verzehr kontaminierter Produkte tierischen Ursprungs, hauptsächlich ungekochtes Geflügelfleisch und Eier, als Hauptquelle für Campylobacter und Salmonellen, die häufigsten lebensmittelbedingten Krankheitserreger, die beim Menschen zoonotische Erkrankungen verursachen. Shigatoxin-produzierende E. coli (STEC) und enterohämorrhagische E. coli (EHEC; O157:H7) sind ebenfalls bekannte lebensmittelbedingte Krankheitserreger im Fleischsektor, wobei Rinder die Hauptträger zoonotischer Stämme sind. Diese Bakterien können Lebensmittelprodukte an jedem Punkt der Nahrungskette kontaminieren, sei es durch direkten Kontakt mit Tieren (z. B. beim Schlachten oder bei der Schlachtkörperverarbeitung, durch direkte fäkale Kontamination) oder indirekt durch Vektoren, und tragen trotz der Fortschritte weltweit erheblich zu Krankenhauseinweisungen und Todesfällen bei im Krankheitserregermanagement. Herkömmliche Lebensmittelkonservierungsmittel und Lebensmittelverarbeitungsmethoden (einschließlich Pasteurisierung, Hochdruck-, Ultraviolett- (UV) oder chemische Behandlungen) können Krankheitserreger in Lebensmitteln in unterschiedlichem Maße reduzieren. Allerdings können diese Methoden auch die organoleptischen Eigenschaften und/oder den Nährwert beeinträchtigen und die nützlichen Mikroben in Lebensmitteln eliminieren.

Daher ist die Entwicklung innovativer und wirksamer Alternativen zur Bekämpfung bakterieller Infektionen zu einem dringenden Problem geworden, und es müssen zusätzliche Strategien umgesetzt werden, um die Gesundheit und das Wohlergehen der Tiere zu verbessern und den verantwortungsvollen Einsatz antimikrobieller Mittel für eine sicherere Lebensmittelkette zu fördern. Einer der vielversprechendsten Ansätze nutzt Bakteriophagen (Phagen), Viren, die Bakterien infizieren und eine starke antimikrobielle Aktivität gegen die meisten durch Lebensmittel übertragenen Krankheitserreger gezeigt haben.2

Die wesentlichen Vorteile dieser Mikroorganismen lassen sich wie folgt zusammenfassen:

Zusammengenommen machen diese einzigartigen Eigenschaften Bakteriophagen zur zuverlässigsten Alternative zur wirksamen Hemmung pathogener Bakterien und zur Reduzierung zoonotischer und lebensmittelbedingter Krankheiten. Tatsächlich ergab eine unserer jüngsten Studien in Europa, wo ihre Verwendung nicht speziell reguliert ist, dass 90 Prozent der Produzenten und 85 Prozent der Verbraucher bereit waren, Bakteriophagen als Standardmaßnahme zur biologischen Kontrolle in der Lebensmittelproduktion und -verarbeitung zu akzeptieren.5 Dementsprechend ist die Die Zahl kommerzieller, auf Phagen basierender Produkte, die für die Verwendung in der Tierzucht und Lebensmittelsicherheit zugelassen sind, nimmt in vielen Ländern ständig zu. Im Folgenden liegt der Schwerpunkt auf der Bereitstellung einführender Highlights im Zusammenhang mit der Verwendung von Phagen als Mittel zur Biokontrolle und Lebensmittelsicherheit (Fleisch).

In zahlreichen Studien wurde über den Einsatz von Phagen zur Vorbeugung und Behandlung von unter anderem durch Campylobacter, Salmonellen oder E. coli verursachten Krankheiten bei Tieren zur Lebensmittelproduktion berichtet. Die meisten Studien zeigten, dass die Phagen-Biokontrolle gegen diese drei Krankheitserreger erfolgreich ist, was zu einem erheblichen Schutz vor Infektionen (prophylaktische Anwendung), einer Verringerung der Menge an pathogenen Bakterien im Gewebe und einer Verringerung der damit verbundenen Mortalität und Morbidität der Tiere führt6, was zeigt, dass Phagen a vielversprechende und wirksame Alternative zu Antibiotika.

Antimikrobielle Resistenz: Sie ist nicht verschwunden

Abgesehen vom Schutz der Tiergesundheit zeigten auch statistisch signifikante Unterschiede in der Salmonellen- oder Campylobacter-Reduktion nach Phagenbehandlungen, dass ihre Anwendung in späten Stadien des Tierwachstums auch eine vielversprechende Maßnahme zur Bekämpfung dieser Bakterien in nachfolgenden Phasen der Lebensmittelproduktionskette sein könnte. Beispielsweise wurde geschätzt, dass die Reduzierung der Campylobacter-Belastung im Darm von Broilerhühnern um drei Protokolle vor der Schlachtung das Risiko einer Campylobacteriose beim Menschen, die auf den Verzehr von Geflügelfleisch zurückzuführen ist, um 58 Prozent senkt.7 In diesem Sinne hat mindestens eine Studie dies gezeigt Zwei verschiedene Phagen gegen Campylobacter jejuni können bei aufeinanderfolgender Anwendung dieses Ziel ohne Nebenwirkungen auf die Darmmikrobiota erreichen.6

Die Phagen-Biokontrolle hat auch großes Potenzial für den Einsatz als Sicherheitskontrollansatz in den Phasen der Lebensmittelproduktion, -verteilung und -verbrauch gezeigt, indem sie als Biokonservierungsmittel direkt auf Lebensmittel angewendet wird. Obwohl keine Lösung gute Hygienepraktiken und Kontrollmaßnahmen in der Lebensmittelproduktion ersetzen sollte, können Phagen dazu beitragen, die Mikrobenzahl um ein bis drei Logs zu reduzieren oder das Mikrobenwachstum während der Haltbarkeitsdauer zu verhindern, ohne die verbleibende Mikrobiota oder die organoleptischen Eigenschaften von Frischfleisch zu beeinträchtigen.8 Auch der Einsatz von Phagen in hürdenbasierten Ansätzen zusammen mit nicht-thermischen Technologien oder Verpackungen (z. B. Phagen und Verpackungen mit modifizierter Atmosphäre oder hohem hydrostatischem Druck) könnte das Endergebnis verbessern.

Abgesehen von zahlreichen wissenschaftlichen Berichten sind bereits mehrere kommerzielle Produkte erhältlich und haben sich als wirksame Biokontrolle lebensmittelbedingter Krankheitserreger in Fleischprodukten, Frischfleisch (Geflügel, Truthahn, Rind), Tiernahrung und anderen Lebensmitteln (Fisch, Gemüse, Milchprodukte) erwiesen.4 ,6 Darüber hinaus könnte der Einsatz bestimmter Phagen auch eine innovative Alternative zur Oberflächendesinfektion und zur Reduzierung von Biofilmen auf Oberflächen mit Lebensmittelkontakt darstellen.

Wie bereits erwähnt, deuten die verfügbaren kommerziellen Produkte und die Ergebnisse der veröffentlichten Studien darauf hin, dass Phagen bereits eine geeignete Wahl für die biologische Bekämpfung von Krankheitserregern sind. Dennoch erfordert eine optimale Wirksamkeit und Stabilität von Phagen eine individuelle Optimierung zahlreicher Faktoren für Tiere und Lebensmittel, wie z. B. den Zeitpunkt der Phagenverabreichung (prophylaktisch vs. therapeutisch), den Anwendungsweg, die Anzahl der verwendeten Phagen (einzeln vs. Cocktail), die Lebensmittelmatrix oder die Lagerung Temperatur sowie Umweltfaktoren.9 Schließlich muss jede Phagenanwendung den einschlägigen Vorschriften entsprechen. Dementsprechend erfordert die Zulassung einer phagenbasierten Lösung wie bei anderen therapeutischen Produkten oder Lebensmittelzusatzstoffen umfassende Forschung und Investitionen mit dem Ziel, die kompetentesten Phagen für jede Anwendung genau zu charakterisieren und auszuwählen sowie Wirksamkeit und Sicherheit zu demonstrieren und zu überwinden anstehende Lücken und Herausforderungen, die ihre Nutzung einschränken könnten.

Maria Lavilla (ORCID 0000-0003-1287-9035) verfügt über 20 Jahre Erfahrung in der Lebensmittelsicherheitsforschung. Ab 2009 arbeitete sie als Forscherin in der Lebensmittelforschungsabteilung von AZTI – Basque Research and Technology Alliance (BRTA). Ihre aktuellen Forschungsaktivitäten konzentrieren sich hauptsächlich auf die Isolierung und Charakterisierung von Mikroorganismen und deren Metaboliten im Zusammenhang mit der Lebensmittelproduktion (z. B. Milchsäurebakterien und Hefen) sowie die Entwicklung neuer Strategien und Werkzeuge (Bakteriophagen) zur biologischen Bekämpfung von Krankheitserregern in Lebensmitteln und Aquakulturen .

Estivaliz Ruiz schloss ihr Bachelor-Studium in Biotechnologie ab und spezialisierte sich auf Mikrobiologie und Gesundheit. Derzeit arbeitet sie an ihrer Doktorarbeit in der Lebensmittelforschungsabteilung von AZTI – Basque Research and Technology Alliance (BRTA). Der Schwerpunkt ihrer Arbeit liegt auf der Isolierung, Charakterisierung und Anwendung von Bakteriophagen als Biokontrollmittel in der Lebensmittelindustrie.

Lebensmittelsicherheit, Labortechniken, Qualitätsanalyse und Qualitätskontrolle (QA/QC), Forschung und Entwicklung, Welternährung

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