Почему некоторые штаммы листерий выживают при высоких стандартах пищевой гигиены

Несмотря на высокие стандарты чистоты и гигиены в пищевой промышленности, в среде пищевого производства всё ещё можно обнаружить бактерии, такие как Listeria monocytogenes. Исследователи из Vetmeduni Vienna показали, что определённые штаммы листерий находят убежище на своеобразном генетическом «островке». Этот «островок» из двух генов в одной области генома повышает выживаемость бактерий в условиях щелочного и окислительного стресса. Учёные идентифицировали эти два гена как функциональную единицу, названную «островком выживания при стрессе» (stress survival islet). Понимание этого генетического «спасательного круга» может помочь в разработке новых стратегий для безопасности пищевых продуктов.

Ключ к выживанию бактерий — их адаптивность и устойчивость в стрессовых ситуациях. Определённые генетические механизмы позволяют L. monocytogenes реагировать и блокировать воздействие чистящих растворов и дезинфицирующих средств. Исследователи расшифровали эту функцию для двух генов патогена, показав, что они образуют функциональную единицу, обеспечивающую выживаемость бактерий, несмотря на стандарты гигиены в пищевой промышленности.

Гипервариабельные области генома помогают листериям выживать при стрессе

Гипервариабельные, то есть легко изменяемые, области генома содержат генетические вставки, помогающие листериям выживать. Эти вставки включают единицу последовательностей генов — островок выживания при стрессе 1 (SSI-1), который помогает микроорганизмам переживать определённые стрессовые ситуации (кислотный, желчный, солевой, желудочный). Однако это не объясняет, как бактерии выживают при гигиенических обработках в пищевой промышленности, которые создают другие условия — щелочной и окислительный стресс.

Учёные сконцентрировались на двух соседних генных последовательностях в той же гипервариабельной области и идентифицировали их как новый геномный островок, который действует как спасательный круг для определённых штаммов Listeria monocytogenes в этих ситуациях.

Новые факторы выживания при стрессе охарактеризованы для патогена L. monocytogenes

Экспрессия двух генов и кодируемых ими белков повышается во время щелочного и окислительного стресса, что указывает на функцию, отличную от генов SSI-1.

• Первый ген — это транскрипционный регулятор, который в определённых ситуациях регулирует активность второго белка.
• Второй ген кодирует протеазу — фермент, расщепляющий другие белки. Протеазы помогают бактериям разрушать нефункциональные белки, образующиеся в стрессовых ситуациях.

Если регулятор не активен, то протеаза не производится. Без протеазы Listeria monocytogenes с трудом компенсирует окислительный стресс. Таким образом, два гена составляют функциональную единицу — новый островок выживания при стрессе SSI-2. Этот островок преимущественно встречается у штаммов L. monocytogenes, специализированных для пищевых продуктов и среды пищевого производства.

Специфичность для пищевой ниши

Исследователи выявили специфический тип последовательности (ST121), в котором последовательность SSI-2 всегда присутствует. ST121 встречается почти исключительно в пищевых продуктах и среде пищевого производства и крайне редко в клинических изолятах. У штаммов группы ST121 SSI-2 высококонсервативен, то есть полностью идентичен. Таким образом, SSI-2, по-видимому, является нишеспецифичным. Большинство штаммов листерий, обнаруженных в клинических изолятах, не имеют SSI-2.

Благодаря открытию нового островка выживания при стрессе учёные описали важную стратегию выживания пищевых листерий. «Знание генетического механизма позволяет задуматься о новых стратегиях для безопасности пищевых продуктов», — говорит руководитель исследования Катрин Рихли.