De bacterie Bacillus cereus komt wijd verspreid in de natuur voor. Het organisme kan voedsel laten bederven en toxinen vormen en daarmee voedselvergiftiging veroorzaken. De bacterie is met standaard conserveringstechnieken, zoals pasteurisatie, gemakkelijk te doden.

Maar B. cereus is een van de bacteriën die sporen kan produceren. “En die sporen zijn het probleem”, zegt Luc Hornstra. Hij deed tijdens zijn promotieonderzoek naar de sporen van B. cereus. “De sporen zijn zeer hitteresistent, tot ver boven de 100 °C, en bestand tegen gangbare conserveringsmethoden. Het is dus moeilijk om de sporen te verwijderen.”

Pantser
“Een spore is een bacterie in slaapstand. Als er te weinig nutriënten in de omgeving van de bacterie zijn dan vormt deze sporen om de moeilijke omstandigheden te overleven”, legt Hornstra uit. Sporulatie is een strikt gereguleerd proces waarbij zich een spore vormt in de vegetatieve cel. Tijdens dit proces worden er beschermende lagen als een soort pantser om de spore gevormd, terwijl het DNA in de kern bijzonder goed wordt beschermd door verzadiging met specifieke eiwitten. Mede door de verlaagde waterhoeveelheid in de kern ontstaat een zeer stabiele omgeving voor biomoleculen en dit is waarschijnlijk verantwoordelijk voor de hitteresistentie.

Eiwitten gaan moeilijker kapot zonder water. Als de spore gereed is, breekt de moedercel open (lyseert) en komt de spore vrij. De spore is niet actief, heeft geen voedingsstoffen nodig, kan niet delen maar wel extreem lang overleven.

Ontwaken
Het vormen van sporen is dus de overlevingstactiek van B. cereus. Een spore op zich is niet schadelijk, maar op het moment dat de spore in een omgeving komt waar weer wel nutriënten zijn, ontwaakt deze. Hornstra: “Dat heet het kiemen. Het is cruciaal voor een spore om op het juiste moment te kiemen. Daarvoor bezit een spore receptoren. Bacillus cereus heeft in totaal zeven verschillende typen ontkiemingsreceptoren. Elk type receptor reageert op een ander nutriënt. Over hoe de omvorming van een Bacillus cereus-spore naar een bacterie precies verloopt, is nog weinig bekend. Na ontkieming volgt een cascade aan processen, die nog niet volledig in kaart zijn gebracht. Sporen zijn al meer dan honderd jaar bekend, maar het precieze proces van ontkiemen blijft een black box.”

Een van de zaken die wél bekend zijn over het kiemen van B. cereus-sporen, is dat op het moment dat een spore ontwaakt, hij zijn beschermende pantser afwerpt en weer verandert in een kwetsbare cel. Als bacterie kan B. cereus weer voedselbederf en –vergiftiging veroorzaken. Maar het is ook het moment dat hij weer gevoelig is voor omgevingsfactoren.

Synergie
Hornstra begon zijn onderzoek met te achterhalen welke receptor gevoelig is voor welk nutriënt. Hij deed dat door telkens een van de zeven receptoren uit te schakelen en te kijken of hij verschil waarnam in het ontkiemingproces in een omgeving met verschillende nutriënten. Uiteindelijk bleek dat een mengsel van de suiker inosine en het vrije aminozuur L-alanine het beste kiemingsresultaat opleverde. Er was een duidelijk synergetisch effect merkbaar.

“Dit synergetisch effect was er ook bij andere Bacillus cereus-stammen, met soortgelijke stoffen. Het is niet duidelijk waar dit effect vandaan komt. Eén receptor is gevoelig voor alanine en één voor inosine, maar waarom ze elkaar versterken, weten we niet. Misschien gebeurt er verder in het proces van ontkiemen iets waarbij alanine of inosine betrokken is, waardoor het effect wordt versterkt.”

Zuivelindustrie
Een plek waar B. cereus veelvuldig voorkomt, is in rauwe melk. Bovendien zijn de sporen hydrofoob en plakken ze aan stalen oppervlaktes. Daardoor zijn de sporen in de volledige melkketen, van de koe tot en met de fabriek, te vinden en kunnen ze problemen veroorzaken. Hornstra: “Bacillus cereus is een permanente bron van besmetting in de zuivelindustrie”.

Reden voor Hornstra om zijn bevindingen van het ontkiemingproces verder te onderzoeken op toepasbaarheid in deze industrie. “De cleaning in place-methode, die in de zuivelindustrie wordt gebruikt, overleven de sporen. Bij deze behandeling wordt vaak gespoeld met zuren en logen”, zegt Hornstra. Hij bootste dit proces na op labschaal en voegde vervolgens een extra behandelingstap toe, waarin hij spoelde met een mengsel van alanine en inosine.

Dit zorgde ervoor dat de sporen kiemden en vervolgens werd de reiniging op gebruikelijke wijze uitgevoerd. Hierdoor bleken er een factor 100 tot 1000 minder sporen aanwezig te zijn op het reinigingsoppervlak. “Dat levert voor de zuivelindustrie een groot verschil. De grootste besmetting van sporen komt vaak van de leidingen zelf. Het aantal sporen in de melk is een belangrijke factor voor de houdbaarheid.”

Naast een algemeen beter begrip van het ontkiemingproces van de sporen van B. cereus heeft Hornstra ook een praktische toepassing gevonden voor zijn promotieonderzoek. “Het is nog mogelijk om het proces te optimaliseren en er is nog verder onderzoek nodig voor de precieze toepassing, maar het bewijs is geleverd dat het idee werkt.”