Foodborne Virulence: Staphylococcus aureus Enterotoxins A and D

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.