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Untersuchungen zur mikrobiellen Stressantwort auf technologische Prozesse von Campylobacter jejuni

Projekt

Ernährung und Verbraucherschutz

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Ernährung und Verbraucherschutz


Förderkennzeichen: BfR-BIOS-08-1322-221
Laufzeit: 01.02.2007 - 31.12.2009
Forschungszweck: Angewandte Forschung

Genaue Kenntnisse √ľber die bakterienphysiologischen und molekularbiologischen Ereignisse unter technologischen Stressbedingungen und bei der Stressadaptation werden ben√∂tigt, um die technologischen Verfahren bei der Lebensmittelherstellung so zu optimieren, dass die bakteriellen Adaptationsmechanismen durch einzelne technologische Stressfaktoren oder eine Kombination dieser Faktoren √ľberfordert werden und somit eine Kontamination des Lebensmittels verhindert wird. Der Trend zu milden Konservierungsverfahren bei der Lebensmittelherstellung beinhaltet auch das Risiko einer Adaptation. Das wissenschaftliche Ziel ist es, die Stressantwort und eine m√∂gliche Adaptation von Camphylobacter jejuni darzustellen und deren genetische Basis zu beschreiben. Zur Minderung aliment√§r bedingter humaner Campylobacter (C.)- Infektionen spielt neben der Senkung der Campylobacter-Belastung in Nutztierbest√§nden und der Vermeidung von Kreuzkontaminationen auch die Reduktion des Erregers in der Lebensmittelkette u.a. durch technologische Prozesse eine gro√üe Rolle. Trotz seiner hohen Empfindlichkeit gegen√ľber Stressoren und seiner - gegen√ľber anderen Bakterien - geringen Ausstattung mit Genen, die Stressantwortfaktoren codieren, sind Campylobacter spp. in der Lage, in der Umwelt und in der Lebensmittelmittelkette zu √ľberleben. Ziel der Arbeiten war es - exemplarisch an ausgew√§hlten technologischen Stressoren - den Einfluss der Wachstumsphase auf das √úberleben unter solchen Stressoren zu beschreiben. Dazu wurden extensive Temperatur-Zeit-Matrizes erstellt. C. jejuni zeigte hierbei eine erh√∂hte Resistenz gegen√ľber Hitzestress. Obwohl der Eintritt in die station√§re Phase von Campylobacter jejuni nicht rpoS-reguliert ist (es fehlt ein RpoS-Homolog), √ľbernehmen andere Regulationssysteme (wie CsrA/CsrB, carbon storage regulator) vermutlich die Kontrolle der Expression von station√§re-Phase-induzierten Genen. Begleitende Genexpressionsanalysen demonstrieren die rasche Ausl√∂sung der Hitzeschockantwort auf Expressionsebene.. Bereits nach kurzen Hitzeschockbelastungen bei 48¬į C kommt es zu starken RNA- Degradierungs-Erscheinungen, die sich ph√§notypisch in massiven Verlusten der Keimzahl niederschlagen. Zur Minderung aliment√§r bedingter humaner Campylobacter (C.)- Infektionen spielt neben der Senkung der Campylobacter-Belastung in Nutztierbest√§nden und der Vermeidung von Kreuzkontaminationen auch die Reduktion des Erregers in der Lebensmittelkette u.a. durch technologische Prozesse eine gro√üe Rolle. Trotz seiner hohen Empfindlichkeit gegen√ľber Stressoren und seiner - gegen√ľber anderen Bakterien - geringen Ausstattung mit Genen, die Stressantwortfaktoren codieren, sind Campylobacter spp. in der Lage, in der Umwelt und in der Lebensmittelmittelkette zu √ľberleben. Ziel der Arbeiten war es - exemplarisch an ausgew√§hlten technologischen Stressoren - den Einfluss der Wachstumsphase auf das √úberleben unter solchen Stressoren zu beschreiben. Dazu wurden extensive Temperatur-Zeit-Matrizes erstellt. C. jejuni zeigte hierbei eine erh√∂hte Resistenz gegen√ľber Hitzestress. Obwohl der Eintritt in die station√§re Phase von Campylobacter jejuni nicht rpoS-reguliert ist (es fehlt ein RpoS-Homolog), √ľbernehmen andere Regulationssysteme (wie CsrA/CsrB, carbon storage regulator) vermutlich die Kontrolle der Expression von station√§re-Phase-induzierten Genen. Begleitende Genexpressionsanalysen demonstrieren die rasche Ausl√∂sung der Hit-zeschockantwort auf Expressionsebene. Bereits nach kurzen Hitzeschockbelastungen bei 48¬į C kommt es zu starken RNA- Degradierungs-Erscheinungen, die sich ph√§notypisch in massiven Verlusten der Keimzahl niederschlagen. Die F√§higkeit, schnell auf √Ąnderungen von Umweltbedingungen reagieren zu k√∂nnen, entscheidet √ľber den √úberlebenserfolg einzelner Bakterienspezies bzw. einzelner St√§mme. Durch Kenntnisse der √úberlebensmechanismen unter Einwirkung lebensmitteltechnologischer Prozesse ist es m√∂glich, die Verfahrenstechnik zur Stabilisierung von Lebensmitteln zu optimieren. Ziel der vorliegenden Arbeit war eine Charakterisierung der Hitzeschockantwort von C. jejuni unter einem milden Hitzestress. Die Anpassung unter milden Stressoren, ohne sublethale Sch√§digung von Zellen gelten ersten Studien zufolge als wichtiger Faktor in der Ausbildung von Adaptationsmechanismen mikrobieller Lebensmittelinfektionserreger. Mit Hilfe einer Komplettgenom-Mikroarrayanalyse konnten die einer Hitzeschockantwort (46 ¬įC f√ľr 5 min, 10 min und 20 min) zugrunde liegenden globalen Genexpressions√§nderungen von Campylobacter jejuni NCTC 11168 erfasst werden. Campylobacter spp. fehlen bestimmte Stressantwortmechanismen, die in anderen Bakterien das √úberleben unter Stressoren vermitteln. Um genauere Einblicke in die Stressantwort von Campylobacter spp. auf Proteinebene zu erzielen, wurde die Methode der 2D-Gelelektrophorese etabliert und anschlie√üend die Proteinexpression nach einem Hitze- bzw. S√§urestress untersucht. Nach einem Hitzestress konnte eine erh√∂hte Proteinexpression verschiedener Chaperone gezeigt werden, deren Expression nach dem S√§urestress jedoch unver√§ndert bleibt. Die Antwort auf diese unterschiedlichen Stressoren scheint demnach √ľber verschiedene Wege reguliert zu werden.

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