Foodborne Virulence: Staphylococcus aureus Enterotoxins A and D

Sammanfattning: Popular Abstract in Swedish Uppskattningsvis 30 % av befolkningen i industrialiserade länder drabbas varje år av förgiftningar och infektioner överförda via livsmedel och frekvensen i utvecklingsländer tros vara högre. För att kunna producera säker mat behövs mer kunskap om vilka egenskaper hos livsmedelsburna patogener, dvs. sjukdomsframkallande mikroorganismer som gör oss sjuka. Dessa egenskaper brukar med ett gemensamt namn kallas för virulensfaktorer. Det är molekyler såsom gifter (toxiner) som frisätts av mikroorganismer för att (i) möjliggöra infektion av värden, (ii) undvika värdens immunförsvar och (iii) för att få näring. I denna avhandling har virulens hos Staphylococcus aureus och Campylobacter jejuni studerats, två av de vanligaste livsmedelspatogenerna. Dessa två bakterier har olika mekanismer för att orsaka sjukdom hos människa. S. aureus producerar gifter, enterotoxiner, som ger de klassiska matförgiftningssymptomen kräkning, illamående, magont och diarré. Medan bakterien är värmekänslig och avdödas vid korrekt tillagning av maten, är enterotoxinerna extremt värmetåliga. Har toxinerna väl bildats är det svårt att oskadliggöra dem. Det är därför viktigt att förhindra att dessa gifter bildas i vår mat. Till skillnad från S. aureus måste C. jejuni infektera vår tarm för att orsaka sjukdom. C. jejuni finns naturligt i kycklingtarm utan att orsaka sjukdom hos värddjuret. Kycklingköttet smittas av bakterien genom kontaminering från tarmen under slakt. Tillagas köttet sedan inte ordentligt orsakas magsjuka. Genom att förstå vilka faktorer i S. aureus omgivning som påverkar enterotoxiners uttryck (genexpression) och bildande (toxinproduktion) kan man styra bakteriens virulens genom matproduktens sammansättning och på så vis förbättra livsmedelssäkerheten. Traditionellt anses mängden enterotoxiner som bildas vara kopplat till antalet S. aureus. Ju fler bakterier som finns i maten, desto mer enterotoxiner bildas. Våra resultat med enterotoxin A, det toxin som oftast är inblandat i matförgiftning orsakat av stafylokocker, visar att så inte alltid är fallet. Toxinmängden som bildades per bakteriecell ökade då bakterierna var stressade vid t. ex. svält eller lågt pH. När vi studerade effekten av ättiksyra, ett konserveringsmedel som sänker pH inuti bakterien, på genexpressionen av S. aureus enterotoxin A såg vi att toxinproduktionen såväl som frisättningen av det virus som bär på genen för enterotoxin A faktiskt ökade vid vissa ättiksyrakoncentrationer. Virus som infekterar bakterier kallas för bakteriofager. Dessa fagers genetiska material kan fogas samman med bakteriens DNA inuti bakterie-cellen. Då detta sker blir fagen passiv och kallas för en profag. Genen för enterotoxin A sitter på just en sådan profag i S. aureus. Under vissa omständigheter aktiveras fagen igen. Det är detta vi tror sker då S. aureus utsätts för svält eller lågt pH. Då fagen aktiveras ökar expressionen av de gener, bl. a. genen för enterotoxin A, som fagen bär på. Det innebär att försök att begränsa tillväxten av S. aureus genom att förhindra tillgången på näring eller genom att tillsätta konserveringsmedel istället kan leda till högre enterotoxinmängder vilket ökar hälsoriskerna för konsumenten. Huvudparten av den virulensforskning som görs idag sker i en kontrollerad odlingsmiljö på laboratorier, på en bakteriekultur av bara en typ av bakterie. Resultaten som fås reflekterar inte alltid situationen i mat, som är en mer komplicerad miljö med flera typer av bakterier närvarande samtidigt som interagerar med varandra. Då vi studerade tillväxt av S. aureus vid rumstemperatur under en vecka i fyra olika köttprodukter: kokt skinka, rökt skinka, lufttorkad Serranoskinka och salami, såg vi att köttprodukternas olika egenskaper, såsom surhet, närvaro av andra mikroorganismer och salthalt hade stor påverkan på S. aureus tillväxt och enterotoxinproduktion. Medan bakterien snabbt ökade i antal på kokt och rökt skinka, så sågs ingen ökning i S. aureusantal på Serranoskinkan förrän efter sju dagar, och på salamin överlevde bakterien inte. När vi jämförde genexpressionen av S. aureus enterotoxin A och D i kokt och rökt skinka med genuttrycket i en bakteriekultur sågs stora skillnader mellan de konstgjorda betingelserna och skinkorna. I både kokt och rökt skinka såg vi aktiv genexpression av båda enterotoxintyperna under hela det veckolånga experimentet, medan enterotoxinerna endast uttrycktes i kultur under några få timmar under experimentets första dag. Detta visar på vikten av att utföra virulensstudier i miljöer så naturtrogna som möjligt, för att kunna applicera resultaten på verkliga matprodukter. Ett viktigt steg för att minska probelm med Campylobacter är att bättre förstå hur spridningen kan minsaks till livsmedel genom att förhindra bakteriens närvaro i kyckling. För att göra det behövs kunskap om hur bakteriens infektion av kycklingtarm går till. Då kyckling infekterades med flera C. jejuni-stammar samtidigt, såg vi att det var faktorer hos kycklingvärden, antagligen kycklingens immunförsvar, som låg bakom C. jejunis infektionsmönster. Denna upptäckt visar att det är inte bara beror på mikroorganismen, utan även på värden, om och hur en infektion sker. Kunskapen som erhållits i denna avhandling kan användas för att förbättra förvaring och konservering av matvaror. Den nya informationen om virulens är betydelsefull för att förebygga matförgiftning genom att utveckla kvantitativa riskbedömningar.