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Einsatz von Bakteriophagen zur Keimzahlreduktion in Lebensmitteln tierischen Ursprungs

Projekt

Ernährung und Verbraucherschutz

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Ernährung und Verbraucherschutz


Förderkennzeichen: BfR-BIOS-08-1329-438
Laufzeit: 01.09.2010 - 30.09.2011
Forschungszweck: Grundlagenforschung

Bakteriophagen besitzen ein vielversprechendes Potential, eine Reihe bedeutender Zoonoseererreger in oder auf tierischen Lebensmitteln zu bekämpfen. Es handelt sich hier um eine neue Technologie, die auch wegen der kontinuierlich vermehrt auftretenden Antibiotikaresistenzen bei vielen bakteriellen Krankheitserregern eine hochkompetitive Thematik darstellt. Zur wissenschaftlichen Risikobewertung des Einsatzes von Bakteriophagen in tierischen Lebensmitten werden Daten zum 'Überleben' (Aktivität) der Phagen in verschiedenen Lebensmittelmatrizes unter technologischen Stressbedingungen benötigt. Ebenso sind Informationen zur qualitatitiven und quantitativen Wirkung der Phagen auf Zoonoseerregern in Lebensmitteln erforderlich. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es, Daten zur Wirkung und dem Verhalten von Bakteriophagen in Lebensmitteln anhand ausgewählter Erreger-Matrix-Kombinationen zu liefern (z.B. Salmonellen in Geflügelfleisch, Listerien in Käse, Campylobacter in Geflügelfleisch). Das BfR hat hier momentan einen Wissensvorsprung, der genutzt werden soll. Allerdings stehen zur Zeit nicht die erforderlichen Kapazitäten in unserem Institut zur Verfügung, um die laborexperimentellen Untersuchungen an unterschiedlichen Lebensmitteln durchführen zu können. Daher soll das Projekt als Nukleus für weitere Kooperationen und ggf. eine durch die DFG geförderte Schwerpunktforschungsgruppe dienen. Das Ziel des Projektes war es zu prüfen, ob die Bakterienkeimzahl in gekühlten Lebensmitteln durch Bakteriophageneinsatz reduziert werden kann. Da Atterbury et al. (2003), Goode et al. (2003) und Bigwood et al. (2008) die Campylobacter-Keimzahl um 1-2 log Stufen auf Hähnchenhaut bzw. rohem und gekochtem Hühnchenfleisch durch Bakteriophagen senken konnten, wurde untersucht, inwieweit die Bakteriophagen CP 81 bzw. CP 84 die Keimzahl der Stämme C. jejuni NCTC 11168 bzw. C. jejuni NCTC 12668 auf Hühnchenfleisch bei 4°C senken konnten. Die hier eingesetzten Bakteriophagen CP 81 und CP 84 konnten die Keimzahl der Stämme bei 4°C allerdings nicht senken. Da sie die Keimzahl der Stämme bei 37°C um 1 log Stufe senken konnten, induzieren diese Bakteriophagen demnach nur eine Lyse von innen, bei der die Bakteriophagen ausschließlich sich vermehrende Bakterien lysieren können. Damit erscheint ein post-harvest Einsatz der Campylobacter Bakteriophagen CP 81 und CP 84 nicht erfolgversprechend. Bei Y. enterocolitica 83/88/2 handelt es sich um einen psychrotrophen Keim, der sich bei 4°C vermehrt, und somit eine Lyse von innen bei Kühltemperaturen möglich ist. So reduzierte der Bakteriophage PY 100 den Y. enterocolitica Stamm sowohl bei 37°C (um 2,5 log Stufen MOI 100 und um 5 log Stufen MOI 10.000), als auch bei 4°C (um 1 log Stufe MOI 100 und um 2,5 log Stufen MOI 10.000). Im Gegensatz zu den Campylobacter Bakteriophagen CP 81 und CP 84 senkte eine höhere MOI mit dem Yersinia Bakteriophagen PY 100 die Yersinia Keimzahl noch stärker. Auch Atterbury et al. (2003) und Bigwood et al. (2008) wiesen bei Campylobacter eine stärkere Keimzahlsenkung bei höherer MOI nach. Die Reduktionshöhe, die bei hoher MOI erzielt wurde, wurde bei niedriger MOI auch nach längerer Inkubation nicht erreicht. Dies lässt darauf schließen, dass die von beiden Autorengruppen verwendeten Bakteriophagen sowie der Bakteriophage PY 100 eine Lyse von außen induzieren und dadurch auch eine Keimzahlreduktion von Campylobacter bei 4°C erzielen. Bei Y. enterocolitica wird diese Lyse von außen durch den Bakteriophagen PY 100 durch die mögliche Vermehrung dieses psychrotrophen Bakteriums bei 4°C noch durch eine Lyse von innen verstärkt. Auffällig ist, dass alle drei Stämme auch nach Zugabe des jeweiligen Bakteriophagen ein logarithmisches Wachstum unterhalb der Wachstumskurve der Negativkontrolle aufwiesen. Bei C. coli NCTC 12668 erreichte die Keimzahl des Stammes mit dem Bakteriophagen CP 84 nach 48h den gleichen Wert wie die Negativkontrolle. Das Plaque assay, das mit den Kolonien der drei Stämme, die zuvor mit den jeweiligen Bakteriophagen inkubiert worden waren, durchgeführt wurde, zeigte, dass die jeweiligen Bakteriophagen diese Stämme nicht mehr lysieren bzw. keine Plaques mehr bilden konnten. Um zu untersuchen, ob die Bakteriophagen noch an die resistenten Klone binden können, wurde ein Binding Assay durchgeführt, in dem gezeigt werden konnte, dass die Bakteriophagen an den sensiblen Klon binden, nicht aber an den resistenten. Somit scheint die Resistenz mit einer Veränderung des Bakteriophagen-Rezeptors der Bakterien zusammenzuhängen.

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