Bazı patojenik (Listeria monocytogenes, Escherichia coli, Salmonella enterica, Campylobacter jejuni, Pseudomonas aeruginosa) ve toksijenik bakterilerin (Bacillus cereus, Staphylococcus aureus) biyofilm oluşturma kabiliyeti vardır. Ve bu mikroorganizmalar gıda endüstrisindeki kalıcılığa katkıda bulunurlar. Gıda ve gıda işleme ortamlarında oluşan biyofilmlerin bağlanması ve bileşimi ile ilgili özellikler sunulmakta ve biyofilm üretiminde rol oynayan genlerden bahsedilmektedir. Biyofilmler kanalıyla yeni yollarla, bakteriyosinlere, bakteriyofajlara, bozucu enzimlere, uçucu yağlara, nanoemülsiyonlara ve nanopartiküllere dayalı geleneksel olmayan yöntemlerle ve alternatif teknolojilerin (soğuk plazma, ultrasounds, ışık destekli teknolojiler, darbeli elektrikle) nasıl savaşılacağına dair bir bakış açısı sunar.
0.9’un üzerinde su aktivitesine sahip gıda matrisleri ve yaş gıda işleme ortamları, mikroorganizma çoğalması ve biyofilm gelişimi için harikalar diyarıdır. Biyofilmler, tıkanabilecek mekanik parçaların çalışması, ısı transferi azaldığında daha yüksek hale gelen enerji tüketimi ve biyofilmlerin altındaki yüzeylerin korozyon hızı arttıkça korozyon (korozyon 10-1000 kat daha hızlı büyür. Malzeme kaybı ve artan gözeneklilik) ancak bunların gıda ve gıda işleme ortamlarındaki varlığı da gıda kaynaklı hastalıklar ve gıda bozulmasına bağlı sorunlar nedeniyle ciddi bir halk sağlığı riskidir.
Gıda ürünlerinin güvenliğini tehdit eden biyofilmler Listeria monocytogenes, Escherichia coli, Salmonella enterica , Campylobacter jejuni ve Pseudomonas aeruginosa gibi bazı patojenik bakteriler ve Staphylococcus aureus ve Bacillus cereus gibi toksijenik bakteriler tarafından üretilir. Biyofilmler, bu tür bakterilerin gıda işleme ortamlarında kalıcılığından ve işlenmiş gıdaların (yeniden) kontaminasyonundan sorumludur. Gıda ürünlerine bulaşma olduğunda, geri çağırma gereklidir. Bu eylemler endüstriye büyük ekonomik yük getirir ve aynı zamanda marka hasarıyla da ilişkilidir.
Biyofilm Oluşumu
Plastik, cam, metal, çimentodan ahşap ve gıda ürünlerine kadar gıda fabrikalarında bulunan her türlü yüzeyde biyofilmler oluşur. Genellikle biyofilmler, bakterilerin çevresel streslere karşı artan bir toleransla fizyolojide önemli bir değişikliğe uğrayabileceği tek katmanlı veya daha sıklıkla çok katmanlı oluşturur.
Düşük sıcaklıklarda çoğalan patojen olan L. monocytogenes, ya saf kültür biyofilmleri oluşturabilir ya da çok türlü biyofilmlerde büyüyebilir. Gıda işleme ortamlarında yaygın olan suşlar, flagella, pili ve membran proteinlerinin varlığından dolayı iyi yapışma kabiliyetine sahiptir. L. monocytogenes tarafından üretilen biyofilmlerin bileşimi, diğer bakteriler tarafından üretilenlere kıyasla farklıdır. Örneğin, Pseudomonas’taki aljinat veya Staphylo-coccus’taki poli-N-asetilglukozamin gibi eksopolisakkaritler kanıtlanmamıştır.
Salmonella spp. yüzey ve hücre-hücre temaslarında ve topluluk davranışının ve konakçı kolonizasyonunun desteklenmesinde rol alan curli adı verilen proteinli hücre dışı lifleri ifade eder. Curli’nin yanı sıra, farklı fimbrial adezinlerin serotipe bağlı olarak biyofilm oluşumunda etkileri olduğu tespit edilmiştir. Biyofilm matriksinde selüloz varlığı, hücrelerin mekanik kuvvetlere direncine ve abiyotik yüzeylere daha iyi yapışmaya katkıda bulunur. Serovarlar arasındaki önemli farklılıklar, biyofilm oluşturabilenler olan gıda işleme ortamlarında en kalıcı olan biyofilm oluşumu ile ilgili olarak kanıtlanmıştır.
Flagella, pili ve membran proteinleri de E. coli tarafından cansız yüzeylerde bağlanmayı başlatmak için kullanılır. Flagella yapıştıktan sonra kaybolur ve bakteriler, bakterilerin hipoklorit gibi dezenfektanlara karşı daha iyi direnç sağlayan hücre dışı bir polimerik madde (EPS) üretmeye başlar. Biyofilm yapısı ve bileşimi ile Salmonella spp için gösterilmiştir. E. coli genellikle curli veya EPS [hücre motilitesi ve üretim ile ilgili olarak, bakteriyel fizyolojisinde bir değişikliğe yol küçük RNA ekspresyonu açısından yardımcı olur.
Genel anlamda, farklı E. coli serotiplerinin, farklı streslere maruz kaldıklarında biyofilm oluşturmada esnekliği ve uyarlana bilirliği arttırdığı bildirilmiştir. Örneğin, insan enfeksiyonu ile ilişkili E. coli seropatotip A izolatları, O157: H7 ve O157: NM, salgınlar ve hemolitik-üremik sendrom (HUS) veya sporadik HUS ile ilişkili seropatotip B veya C’ye ait olanlardan daha fazla biyofilm oluşturma yeteneği göstermiştiri, ancak bu vakalar salgın yoktur. Ek olarak, E. coli’nin karışık biyofilm oluşumu ile Burkholderia caryophylli ve Ralstonia insidiosa ile etkileşime girdiği taze kesilmiş ürün işleme tesisinde sinerjistik etkileşimler gerçekleşmektedir.
Anaerobik bakteri olarak bilinen C. jejuni hem mikroaerofilik koşullarda (% 5 O 2 ve % 10 CO 2 ) hem de aerobik koşullarda (% 20 O 2 ) biyofilm geliştirebilmektedir. Biyofilm matrisine gömülü hücreler oksijenden daha iyi korunur ve gıda işleme ortamlarında günlerce hayatta kalır. Pseudomonas spp. yüksek miktarlarda EPS üretir ve paslanmaz çelik yüzeylere bağlanıp biyofilm oluşturduğu gösterilmiştir. Listeria, Salmonella ve çok türlü biyofilmler oluşturan diğer patojenler ile biyofilmler içinde bir arada bulunurlar, daha kararlı ve dirençlidirler.
B. cereus, konveyör bantları, paslanmaz çelik borular ve depolama tankları gibi gıda ile temas eden birçok yüzeyde biyofilm oluşumunun bir nedenidir, ancak aynı zamanda daldırılmış veya yüzen biyofilmler oluşturabilir. Ve biyofilm içinde büyük bir salgılama yapabilir. Metabolitler, sürfaktanlar, bakteriyosinler, besinlerin duyusal niteliklerini etkileyen lipazlar ve proteazlar gibi enzimler ve toksinlerlerdir. Yüzen biyofilmler için, bir lipopeptid biyo yüzey aktif maddesi olan kurstakin üretimi, çekirdek algılama (QS) sinyali ile düzenlenir.
Biyofilm içinde B. cereus ya bitkisel ya da sporal formda bulunur, sporlar oldukça dirençli ve yapışkan, bakterinin antimikrobiyallere ve temizleme prosedürlerine karşı direncini artıran özelliklerdir. B. cereus’un flagellar hareketliliğine dayanan dört mekanizmanın biyofilm oluşumunda rol oynadığı açıklanmaktadır. İlk mekanizma, bakterinin hava-sıvı ara yüzünde biyofilm oluşumu için kendi uygun yerlerine ulaşması gereken statik koşullarda kullanılır. İkincisi, bir yandan besinlerin erişimini kolaylaştırmak için biyofilm matrisinde kanalların oluşturulması ve diğer yandan toksik maddelerin penetrasyonuyla temsil edilir.
Üçüncü mekanizma, biyofilme nüfuz eden ve biyokütlesini artıran hareketli planktonik bakterileri ifade eder, dördüncüsü ise biyofilmin kenarında bulunan hareketli bakterilerin çevreyi kolonize etme kabiliyetine dayanan biyofilmin genişlemesini temsil etmektedir. S. aureus’un planktonik formunda, diğer bakterilere kıyasla dezenfektanlara dirençli görünmediği, ancak bir yüzeye bağlandığında en dirençli olanlar arasında olabileceği gösterilmiştir. Öyle görünüyor ki, farklı strese uyarlanabilir yanıtlar, özellikle gıdaları ve ilgili işleme ortamlarını kolonize eden vahşi tip biyo filmler için, bileşimleri ve mimarisi açısından belirli farklılıklar ile biyofilm oluşumunu artırabilir. Örnekler, gıda kaynaklı S. aureus tarafından oluşturulan biyofilmlerin yapısından sorumlu protein bazlı kaynakları içerir ve koagülaz-negatifler için kanıt olarak sunulanlara benzerdir. Bununla birlikte, diğer çalışmalar, süt laktozu gibi basit karbonhidratların özellikle polisakkarit hücreler arası adhezinlerin üretimini indükleyerek biyofilm oluşumunu modüle edebileceğini göstermiştir.
Sonuç olarak patojenik ve toksijenik bakteriler, hücreleri koruyan ve gıda işleme ortamında sağlık sonrası kalmalarına izin veren yapılar olan biyofilmler oluşturabilir. Spesifik genler, biyofilm oluşumunun tüm aşamalarında ifade edilir veya farklı biyotik veya abiyotik faktörlerin etkisi altında yukarı regüle edilir. Genler, bakterilerin yüzeylere doğru hareket etmesine ve onlara yapışmasına yardımcı olarak biyofilm oluşumunu kolaylaştıran hücre yüzey yapıları ve uzantıları (flagella, curli, fimbriae ve pili) için, biyofilmleri stabilize eden ve hücreleri koruyan hücre dışı polimerik maddeler için kodlanır. (çekirdek algılama iletişimi)
Bilim adamları, biyofilm oluşumunu veya uzaklaştırılmasını kontrol etmek için yeni ajanlar ve stratejiler geliştirmektedirler. Gıda endüstrisine uygulanmaları, istenmeyen bakterilerin gıda işleme ortamlarından ve ardından gıda ürünlerinden yok edilmesine katkıda bulunacaktır.
Kaynakça:
https://www.researchgate.net/publication/337317638_Biofilms_Formed_by_Pathogens_in_Food_and_Food_Processing_Environments
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5949339/
Yazar: Özlem Güvenç Ağaoğlu