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Lebensmittelsicherheit Warum manche Listerien sogar umfassenden Hygienemaßnahmen entkommen

Autor / Redakteur: Georg Mair* / Dr. Ilka Ottleben

Listerien sind Lebensmittelpathogene, Krankheitserreger, die sich unter anderem auf Käse oder Fleisch anlagern und vermehren. Ohne entsprechende Maßnahmen stellen diese Bakterien ein Gesundheitsrisiko dar. Die Hygienestandards in der Lebensmittelproduktion sind dementsprechend hoch. Manche Listerien können jedoch selbst den Effekt von Laugen und oxidativem Stress und damit umfassende Hygienemaßnahmen abwehren. Warum das so ist, haben nun Wiener Forscher herausgefunden. Ihre Erkenntnisse könnten künftig dazu beitragen, neue Strategien für die Lebensmittelsicherheit zu entwickeln.

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Listerien sind Überlebenskünstler, den Hygienemaßnahmen in der Lebensmittelproduktion entkommen sie etwa dank einer nun identifizierten, genetischen „Stressinsel“.
Listerien sind Überlebenskünstler, den Hygienemaßnahmen in der Lebensmittelproduktion entkommen sie etwa dank einer nun identifizierten, genetischen „Stressinsel“.
(Bild: Institut für Milchhygiene/Vetmeduni Vienna)

Wien/Österreich– In der Lebensmittelproduktion gibt es hohe Standards für Sauberkeit und Hygiene. Bakterien, wie Listeria monocytogenes, können diesen Maßnahmen trotzdem entkommen. Ein Team der Vetmeduni Vienna zeigte nun, dass sich bestimmte Listerienstämme dazu – frei ausgedrückt – auf eine Insel flüchten. Sie haben in einem Bereich ihres Erbgutes eine Kombination zweier Gene, die es ihnen erlaubt den Effekt von Laugen und oxidativem Stress abzuwehren. Die Forschenden konnten die funktionale Einheit damit als eine neue „stress survival islet“, eine sogenannte Stressüberlebensinsel, identifizieren. Das Verständnis dieses genetischen „Rettungsankers“ kann helfen neue Strategien für die Lebensmittelsicherheit zu entwickeln.

Gesundheitsrisiko durch Listerien erfordert Hygienestandards

Listerien, (Listeria (L.) monocytogenes), sind Lebensmittelpathogene, Krankheitserreger, die sich unter anderem auf Käse oder Fleisch anlagern und vermehren. Ohne entsprechende Maßnahmen stellen diese Bakterien ein Gesundheitsrisiko dar. Die Hygienestandards in der Lebensmittelproduktion sind dementsprechend hoch. Listerien sind jedoch bekannt dafür, dass sie in Umweltnischen überleben können, in denen andere Mikroorganismen und Lebewesen nicht lebensfähig wären.

Der Schlüssel ist die Anpassungs- und Widerstandsfähigkeit des Bakteriums in Stresssituationen. Durch genetische Mechanismen kann Listeria monocytogenes auf die Auswirkungen von Putz- oder Desinfektionsmitteln reagieren und sie abblocken. Forschende vom Institut für Milchhygiene konnten diese Funktion für zwei Gene des Lebensmittelerregers entschlüsseln. Sie zeigten, dass sie eine funktionelle Einheit bilden, die ihnen das Überleben trotz der Hygienestandards in Lebensmittelproduktionen sichert.

Hypervariable Regionen des Genoms helfen Listerien Stress zu überleben

In einer sogenannten hypervariablen, also leicht veränderlichen Region des Genoms, haben sich Listerien genetische Hilfswerke angeeignet. „Zu diesen gehört unter anderem eine Einheit von aneinander gekoppelten Gensequenzen, die sogenannte stress survival islet 1 oder SSI-1, eine „Geninsel“, die den Mikroorganismen hilft bestimmte Stresssituationen zu kompensieren“, erklärt Erstautorin Eva Harter. „Die Region beherbergt je nach Stamm eine von drei unterschiedlichen Gensequenzen, deren Funktion, mit Ausnahme von SSI-1 bislang jedoch unbekannt war.”

Die Gene der Stressüberlebensinsel 1 ermöglichen hohe Toleranz gegen Säure, Gallenflüssigkeit, Salze oder Magensäure und wurden bereits vor Jahren charakterisiert. Das erklärt aber nicht das Überleben der Hygienemaßnahmen in der Lebensmittelproduktion, bei der andere, nämlich alkalische und oxidative Stresssituationen für die Listerien entstehen. Das Team konzentrierte sich deshalb auf zwei andere aufeinanderfolgende Gensequenzen in derselben hypervariablen Region und konnte diese als jene Geninsel identifizieren, die den Rettungsanker bei bestimmten Listeria monocytogenes Stämmen in diesen Situationen bildet.

Neue Stressüberlebensfaktoren von Listerien charakterisiert

Die beiden Gene und die Proteine, die sie kodieren, sind bei basischem und oxidativem Stress aktiv. Sie haben damit eindeutig ein anderes Einsatzgebiet als die Gene, die zur SSI-1 gehören. „Wir konnten beiden Genen zuerst eine Funktion zuordnen. Eines ist ein Transkriptionsregulator, also ein Faktor, der in bestimmten Situationen die Häufigkeit und Aktivität eines anderen Proteins bestimmt. Das zweite ist eine Protease, ein Enzym, das andere Eiweiße spalten kann. Proteasen helfen Bakterien funktionsunfähige Eiweiße zu spalten, die durch Stresssituationen entstehen.“, sagt Harter.

„ Wenn der Regulator nicht aktiviert ist, dann gibt es keine Protease. Ohne die Protease kann Listeria monocytogenes oxidativen Stress schlechter kompensieren. Damit bilden die beiden Gene eine funktionelle Einheit, sprich eine weitere stress survival islet, SSI-2“, so Studienleiterin Kathrin Rychli. Die Stressüberlebensinsel kommt vor allen bei Bakterien vor, die sich auf Lebensmittel und die Produktionseinheiten spezialisiert haben.

Spezifisch für Lebensmittelnische

„Wir konnten einen Genomtyp identifizieren, bei dem die SSI-2 Sequenz immer vorhanden ist“, erklärt Rychli. „Dieser Sequenztyp, ST121, wird fast ausschließlich auf Lebensmitteln oder in den Produktionseinheiten gefunden und kaum in klinischen Isolaten. In Stämmen, die zur ST121-Gruppe zählen, ist die Sequenz dagegen hoch konserviert, also komplett gleich. SSI-2 scheint demnach nischenspezifisch zu sein. Die meisten Listerienstämme, die in klinischen Isolaten gefunden werden, haben SSI-2 nicht.“ Das Forschungsteam konnte im Rahmen eines FWF Projektes mit der Entdeckung der neuen Stressüberlebensinsel eine wichtige Überlebensstrategie des Lebensmittelerregers entschlüsseln. „Kennt man den genetischen Mechanismus, kann man sich neue Strategien für die Lebensmittelsicherheit überlegen“, so Rychli.

Originalpublikation: Harter E, Wagner EM, Zaiser A, Halecker S, Wagner M, Rychli K. 2017. Stress survival islet 2, predominantly present in Listeria monocytogenes strains of sequence type 121, is involved in the alkaline and oxidative stress responses. Appl Environ Microbiol 83:e00827-17.

* G. Mair: Veterinärmedizinische Universität Wien (Vetmeduni Vienna), 1210 Wien, Österreich

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