Pieter Gouws, professor voedselmicrobiologie aan de Stellenbosch Universiteit in Zuid-Afrika presenteerde tijdens een congres van biotechnologiebedrijf Biomerieux zijn bevindingen in zijn onderzoek naar biofilms in de voedselproductie.

Besmetting

Besmetting van levensmiddelen in de fabriek vindt meestal plaats na de productie maar nog voor de verpakkingsfase, weet Gouws. De meeste producten raken besmet via contactoppervlakken met biofilms. Daar concentreerde Gouws’ onderzoek dan ook op.

“We gebruiken ontsmettingsmiddelen om biofilms te elimineren, maar eigenlijk gebeurt het tegenovergestelde: door biofilms zo te lijf te gaan, creëren we juist nieuwe biofilms op andere plekken.”

Sluipmoordenaars

Biofilms worden ook wel de sluipmoordenaars van de voedingsindustrie genoemd. Ze zijn onzichtbaar en daardoor lastig te detecteren. Biofilms vormen zich op de oppervlakten van machines en productiemateriaal. Het kan jaren goed gaan: lage microbiologische waarden en zonder problemen door metingen heen. Totdat er een onverwachte uitbraak van micro-organismen plaats vindt. Dit is een aanwijzing voor de aanwezigheid van biofilm die opeens open is gebarsten waardoor de micro-organismen zich verspreiden door de productie, legt Gouws uit.

Wat zijn biofilms?

Een biofilm is een matrix van verschillende micro-organismen. Bacteriële gemeenschappen sluiten zichzelf in, in een zelf geproduceerde matrix die polysachariden en eiwitten bevat. Dit kan worden waargenomen als een slijmachtige substantie. Dit noemt men een extracellulaire polymere stof (EPS). De matrix bevat een homeostatische omgeving (omgeving waarin organismen het interne milieu van chemische en fysische processen in evenwicht houden) en een metabolische samenwerking.

Biofilms komen veel voor in de natuur, zoals in de vorm van tandplak in de mond. De bacteriën die in een biofilm leven kunnen extra of aangepaste eigenschappen ontwikkelen vergeleken met planktoncellen (vrije cellen). Hierdoor zijn bacteriën in biofilms beter bestand tegen toxische stoffen zoals antibiotica. Maar dus ook tegen ontsmettingsmiddelen, blijkt uit Gouws’ onderzoek.

Complexe gemeenschappen

Voor de studie naar biofilms wordt de bekende wetenschap van micro-organismen in complexe gemeenschappen gebruikt. Micro-organismen in complexe gemeenschappen verkeren in een sessiele toestand (vastgegroeid) en niet in de planktonische toestand (vrij zwevende cellen). Dit betekent dat de organismen zich op één plek vestigen en zij zullen zich dan ook niet zomaar verplaatsen. Dit is wat er gebeurt bij de vorming van een biofilm: meerdere micro-organismen hechten zich aan een plek in de fabriek en vormen hier hun matrix.

Biofilms vormen een van de grootste microbiële risico’s

Volgens Professor Pieter Gouws worden de meeste micro-organismen gevonden in sessiele toestand of in een biofilm, omdat ze hechten aan vochtige oppervlakken. Daarom verschillen ook de kenmerken (fenotype) van die van de vrij zwevende planktoncellen. “Na de ontwikkeling van confocale laserscanmicroscopie (bedacht in 1950 maar bruikbaar sinds 1980) om biofilms te bestuderen, werden ze voor het eerst gezien als meer dan alleen ‘slijm’ dat zich aan oppervlakken hecht, maar eerder als complexe gemeenschappen van micro-organismen,” zegt Gouws.

Fabrieksmicrobioom

Net als mensen en dieren, hebben ook productiefaciliteiten een microbioom, ofwel een verzameling van gisten, bacteriën en virussen in huis. Door een ongunstige samenstelling van het microbioom in de productie kunnen er voedsel-onveilige situaties ontstaan. De bacteriën uit de fabrieksmicrobioom zijn dus ook de bacteriën die een biofilm kunnen vormen.

Onderzoeksprotocol

Voor het onderzoek heeft Gouws zich met zijn team voornamelijk gericht op biofilms met Listeria Monocytogenes. Daarvoor werd een aparte procedure geschreven. “We kozen Listeria-isolaten die de meest prominente ribotypen (de specifieke ‘vingerafdruk’ in het RNA) vertegenwoordigen en geïsoleerd werden uit de fabrieksomgeving. Ook werden vier ontsmettingsmiddelen onderzocht,” vertelt Gouws.

Geen van alle ontsmettingsmiddelen zorgde voor complete uitroeiing van de biofilms. Er was wel verschil in groeitijd. Zo groeide sommige biofilms weer terug na enkele uren en sommige biofilms pas na vijftig of zestig uur weer terug.

Weerstand biofilm

Gouws noemt biofilms complexe gemeenschappen die een probleem vormen in de voedselverwerkende omgevingen. “Het is een grote veroorzaker van kruisbesmetting.” De Listeria biofilms toonde in het onderzoek sterke weerstand tegen de meeste ontsmettings- en schoonmaakmiddelen.

Het grootste gevaar met biofilms blijkt dat ze zich, ondanks het juist ontsmetten en reinigen van oppervlakten in de productiefaciliteiten, snel weer formeren tot nieuwe een biofilm. Ook bouwen ze in de loop van de tijd weerstand op tegen de ontsmettingsmiddelen. Levensvatbare cellen en cellen die dode bestanddelen afstoten in een biofilm zijn een groot risico voor voedingsbedrijven.

Microbioom in kaart brengen

Pathogenen die door voedsel worden overgedragen worden vaak beschermd door onschadelijke bacteriën die met elkaar een beschermende matrix vormen. Zij ondersteunen op deze manier de vorming van een biofilm. Gouws noemt het begrijpen van de fabrieksmicrobioom dan ook essentieel. “Het in kaart brengen van de het eigen fabrieksmicrobioom kan een hoop inzichtelijk maken. Het begrijpen van hoe pathogene bacteriën gebruik maken van de micro-organismen in de fabriek is een grote stap en maakt veel inzichtelijk,” aldus Gouws.

Gouws benadrukt wel nogmaals dat een pathogene bacterie ingesloten in een biofilm gevormd door microbiota, minder snel zal verdwijnen. Reinigings- en ontsmettingsprocedures zijn waarschijnlijk minder effectief en vereisen dus een doortastendere aanpak.