artikel

Bacteriofagen als wapen tegen Listeria

Algemeen

Bacteriofagen worden vaak gezien als de grootste bedreiging voor fermentatieprocessen. Uit onderzoek door NIZO food research blijkt nu dat bacteriofagen kunnen worden gebruikt om voedingsmiddelen juist te beschermen. Ze kunnen worden ingezet bij het afdoden van Listeria in schmierkaas. EBI Food Safety leverde een preparaat dat bacteriofaag bevat.

Zachte kazen als Brie, Taleggio en Gorgonzola en oppervlaktegerijpte soorten als Munster, Appenzeller en Tilsiter blijken gevoelig voor besmetting met de ziekteverwekker Listeria monocytogenes. Het gebruik van bacteriofagen zou dit probleem kunnen oplossen. Hiermee kunnen de Listeria-cellen zeer specifiek worden afgedood. Dit concept is revolutionair: het druist in tegen de algemeen aangenomen houding in de voedingsmiddelenindustrie tegenover bacteriofagen.

Bacteriofagen worden over het algemeen gezien als een bedreiging voor fermentatieprocessen. Besmetting met een paar bacteriofagen kan leiden tot volledige inactivering van fermentaties met volumina van enkele tienduizenden liters. Met het gebruik van anti-Listeria-bacteriofagen lijken de rollen nu omgedraaid: bacteriofagen worden gebruikt om voedingsmiddelen te beschermen.

Bacteriofagen
Het onvermogen Listeria monocytogenes met de gebruikelijke maatregelen te onderdrukken, leidde tot de ontwikkeling van een elegante bestrijdingsmethode: het gebruik van bacteriofagen gericht tegen Listeria. Deze strategie lijkt aantrekkelijk omdat bacteriofagen over het algemeen specifiek zijn. Ze laten gewenste micro-organismen, zoals zuurselbacteriën in gefermenteerd voedsel of goede darmbacteriën in de mens, met rust. Bovendien beïnvloeden ze de kwaliteit van het voedsel niet.
Een nadeel van de specifieke werking van de bacteriofagen is dat (grote hoeveelheden) cellen moeten worden gekweekt om de gewenste bacteriofagen te produceren. De mogelijkheid om andere voedselpathogenen, zoals Salmonella en Campylobacter, te bestrijden met bacteriofagen is eerder beschreven [1], maar commercieel vooralsnog niet gerealiseerd, onder meer door de kosten van productie.

De ontdekking van een tegen Listeria gerichtte bacteriofaag [2] betekende een ommekeer. Deze bacteriofaag bleek actief te zijn tegen een groot aantal verschillende klinische Listeria-stammen, maar ook tegen niet-pathogene Listeria innocua-stammen. Hiermee leken de bovengenoemde bezwaren te zijn verdwenen. Het was nu mogelijk geworden om de anti-Listeria-bacteriofaag op een veilige manier te produceren met behulp van ongevaarlijke Listeria innocua-stammen.

Munster-kaas
De effectiviteit van de anti-Listeria-bacteriofagen is onderzocht bij de bereiding van Munster-kaas. Deze kaassoort is speciaal bevattelijk voor besmetting met Listeria monocytogenes door het relatief hoge vochtgehalte en de hoge (neutrale) pH van het kaasoppervlak. Bij het onderzoek is gebruik gemaakt van een kaasmodelsysteem (Ch-easy model [3]) waarin het kaasoppervlak op eenzelfde pH was gebracht als in schmierkazen. De modelkazen werden kunstmatig besmet met oplopende hoeveelheden Listeria monocytogenes-cellen. Zonder behandeling met de bacteriofagen leverde dit in alle drie gevallen vergelijkbaar besmette modelkazen op. Echter, in de modelkazen die eenmalig voorzien waren van 1011 anti-Listeria-bacteriofagen per gram kaas bleek dat bij de twee van de drie kunstmatige besmettingen de Listeria niet meer terug te vinden was. Bij de hoogste besmetting (2 x 106/g kaas), had geen volledige afdoding van de Listeria plaatsgevonden en was er vervolgens snelle uitgroei van Listeria opgetreden. Dit experiment bracht twee belangrijke zaken aan het licht:
1. Schmierkaas of oppervlaktegerijpte kaas met relatieve hoge pH op het kaasoppervlak is een goede voedingsbodem voor Listeria monocytogenes.
2. Anti-Listeria-bacteriofagen zijn effectief in onderdrukking van Listeria monocytogenes in (schmier)kaas, mits de besmetting niet te hoog is.

Experimenten
In het vervolgonderzoek werd de effectiviteit van de bacteriofaagbehandeling getest tijdens het reguliere productieproces van schmierkaas. Experimentele Munster-kaas werd beënt met oppervlakteflora bestaande uit de gist Debaryomyces hansenii en de aromatische bacterie Brevibacterium linens. Deze zogenaamde schmierflora werd in dertien dagen tijd zeven keer op het kaasoppervlak aangebracht en mechanisch uitgesmeerd. De anti-Listeria-bacteriofagen werden in verschillende hoeveelheden gedoseerd, eenmalig of enkele malen als onderdeel van het schmierproces. Besmetting met Listeria monocytogenes vond eenmalig plaats, vlak na het pekelbad.

In deze experimenten werd een onderdrukking van Listeria monocytogenes geconstateerd. Schmierkazen zonder bescherming, vertoonden een uitgroei van 108 Listeria-cellen per cm2 kaasoppervlak, terwijl in de met het anti-Listeria-bacteriofaagpreparaat behandelde schmierkazen Listeria niet kon worden aangetoond. Opvallende waarneming was de lichte uitgroei van Listeria in kazen met bacteriofaagbescherming, waarbij geen schmieren had plaatsgevonden. Kennelijk geeft de aanwezigheid van de schmierflora samen met de bacteriofagen de beste bescherming of is het ‘schmieren’ nodig om de bacteriofagen regelmatig over het oppervlakte uit te spreiden en in contact te brengen met de besmettingsflora.

Deze ‘challenge’-experimenten met Listeria monocytogenes hebben aangetoond dat anti-Listeria-bacteriofagen effectief zijn bij de bescherming van Munster-kaas. Verwacht mag worden dat het anti-Listeria-bacteriofaagpreparaat ook bescherming zal bieden aan andere (schmier)kazen zoals Tilsiter, Limburger en Appenzeller, maar ook aan niet-zuivelproducten als vleeswaren, patés, desserts en salades.

Risico’s
Om met een gerust hart de beschreven bacteriofagen toe te kunnen passen in voedingsmiddelen is het noodzakelijk een risicoanalyse uit te voeren. Het grootste risico zit hem in de aanwezigheid van nog levende Listeria-cellen in het preparaat of toxines die door Listeria zijn geproduceerd. Hiervoor zijn toxiciteitstudies uitgevoerd met proefdieren, waarbij aan ratten dagelijks, gedurende vijf dagen, hoge doseringen (5×1011 per dag) bacteriofagen werden toegediend. Deze dosering had geen meetbaar effect op de rattenpopulatie. Normale groei werd geconstateerd en ook bij sectie van de proefdieren werd geen enkele afwijking gevonden. Deze studies, en ook andere verzamelde veiligheidsgegevens, zijn gepubliceerd [4] en zullen de basis vormen voor veiligheidscertificering (GRAS) bij de Amerikaanse voedselautoriteiten (FDA).

Naast deze toxiciteitanalyse is ook de volledige DNA-volgorde van het bacteriofaaggenoom bepaald. Dit is gedaan om er zeker van te zijn dat er geen pathogeniciteit- of toxiciteitgenen, afkomstig van Listeria monocytogenes, worden gecodeerd door het faaggenoom. Er werden 174, eiwitcoderende, genen geïdentificeerd en geen van deze genen kwam overeen met genen uit Listeria. Deze analyse bevestigt dat (de consumptie van de) bacteriofagen geen risico voor de volksgezondheid met zich meedraagt.

Reageer op dit artikel