Bakteriofagi przeciwko patogenom w żywności

Obowiązkiem każdego producenta żywności jest zapewnienie odpowiedniego bezpieczeństwa wytwarzanych produktów żywnościowych. To producent żywności odpowiada za zapewnienie, że żywność, wyprodukowana, przygotowana i spożyta zgodnie z zamierzonym zastosowaniem, nie spowoduje uszczerbku na zdrowiu czy życiu konsumenta. W pojęciu bezpieczeństwa żywności bardzo ważną rolę pełni jej jakość mikrobiologiczna. Obecne tendencje rynkowe wymuszają na producentach stosowanie coraz to nowych rozwiązań technologicznych, pozwalających na zagwarantowanie bezpieczeństwa i długiego okresu trwałości produktów żywnościowych, przy jednoczesnym ograniczeniu stopnia przetworzenia żywności i stosowania chemicznych substancji konserwujących.

Jak zatem poradzić sobie z tymi niebezpiecznymi i coraz bardziej wytrwałymi patogenami? Zarówno przemysł, jak i naukowcy, współpracują ściśle w tym zakresie, wdrażając coraz to nowsze i pomysłowe techniki zwalczania mikroorganizmów. Skąd czerpią inspirację? Odpowiedź jest prosta – obserwują naturalne procesy zachodzące w przyrodzie. Zapewne Czytelnik zastanawia się, czy te niebezpieczne patogeny mogące bytować w produktach żywnościowych mają swoich naturalnych wrogów. Tak, mają – wirusy bakteryjne, czyli bakteriofagi. Zwane również w skrócie fagami, są szeroko rozpowszechnioną w przyrodzie grupą wirusów, dla których komórkami docelowymi są wyłącznie komórki bakterii (są ok. 100 razy mniejsze od komórek bakterii). Opisanych jest ponad 5000 fagów stwierdzanych praktycznie w każdym środowisku: glebie, wodach lądowych i oceanicznych, gorących źródłach, miejskich ściekach, powierzchni żywych organizmów). Ludzkie jelita zawierają milion miliardów fagów (1015 cząstek). Bakteriofagi są bezwzględnymi pasożytami komórkowymi, a ich cykl życiowy nieodłącznie związany jest z komórką bakteryjną. Od dziesięcioleci bakteriofagi badano jako modelowe wirusy. Były przedmiotem badań nad DNA jako materiałem genetycznym, wykorzystywano je przy rozszyfrowaniu kodu genetycznego, czy udowadnianiu istnienia mRNA.

Bakteriofagi mogą stanowić bezpieczne, a zarazem skuteczne rozwiązanie wobec obecności patogenów w żywności. Pomysł takiego wykorzystania bakteriofagów nie jest jednak nowością. Od szeregu już lat w medycynie, także medycynie człowieka, mówi się, a nawet praktykuje w wielu krajach, terapie fagowe (fagoterapie). Terapia fagowa jest sposobem zwalczania infekcji bakteryjnych za pomocą bakteriofagów mogących skutecznie niszczyć różne bakterie w tym te, które nabyły oporność na antybiotyki stosowane w medycynie. Fagoterapia znana jest na świecie od początku XX wieku. Od lat 70. XX wieku jest ona stosowana również w Polsce w przypadku różnych zakażeń bakteryjnych o charakterze ostrym lub przewlekłym, a staje się coraz bardziej popularna ze względu na narastający problem antybiotykooporności u bakterii, chociaż nadal kliniczne wykorzystanie preparatów fagowych ma status terapii eksperymentalnej. Szacuje się, że przeciętna liczba cząstek bakteriofagów w wodach lądowych i oceanicznych wynosi 107-109/ml, zaś całkowitą populację bakteriofagów na kuli ziemskiej ocenia się na 1031 cząstek. Kwestią czasu było zatem znalezienie fagów specyficznych wobec bakterii chorobotwórczych występujących w żywności oraz opracowanie ich preparatów do przemysłowego stosowania. Firmy biotechnologiczne długo naciskały na stosowanie bakteriofagów w zabezpieczaniu żywności, ale jak dotąd amerykańska Agencja ds. Żywności i Leków (FDA) pozwoliła na użycie tylko kilku takich produktów. W 2006 r. zatwierdziła użycie preparatu bakteriofagów (zwanego „koktajlem litycznym”) w formie rozpylanej, mającej na celu zmniejszenie populacji bakterii z gatunku L. monocytogenes w produktach mięsnych. Rok później dopuściła do stosowania preparat bakteriofagów (na bydlęcą skórę, do rozpylania, opylania lub przemywania) w celu zmniejszenia populacji bakterii E. coli. W 2013 r. zaś FDA zatwierdziła status GRAS (uznany jako bezpieczny) dla preparatu przeciwko pałeczkom Salmonella. Wielu naukowców i ekspertów bezpieczeństwa żywności uważa, że bakteriofagi mogłyby stać się bardzo użytecznym (i w dodatku naturalnym i nietoksycznym) narzędziem w zmniejszaniu niebezpiecznych patogenów na mięsie, w wędlinach i wielu innych produktach. Badania doświadczalne dowodzą, że fagi mogą mieć równie silny wpływ na redukcję populacji patogenów na powierzchni świeżych warzyw liściastych (np. sałaty czy kiełków). Ta selektywność preparatów umożliwia producentom żywności wyeliminowanie Salmonella czy Listeria, przy jednoczesnym zachowaniu bakterii korzystnych dla zdrowia (np. bakterii fermentacji mlekowej czy szczepów probiotycznych), bez zmiany smaku, koloru, tekstury lub aromatu mięs, serów czy warzyw. Wyniki badań dowodzą, że bakteriofagi mogą zabić komórki E. coli O157:H7 na powierzchni krojonej sałaty w ciągu jednej godziny. Niektórzy mikrobiolodzy są jednak zaniepokojeni faktem, że powszechne stosowanie bakteriofagów w dostarczaniu żywności może powodować zwiększenie oporności komórek bakterii na terapie fagowe. Zwolennicy stosowania bakteriofagów przekonują jednak, że oferowane „koktajle” bakteriofagów opracowane dla utrwalania produktów spożywczych są wystarczająco zróżnicowane pod względem składu, aby zapobiec powstaniu oporności w komórkach docelowych bakterii. Gdy komórki bakteryjne stają się oporne na jednego faga, nadal istnieją w preparacie inne fagi, na które bakterie pozostają wrażliwe.

Jak wspomniano, jeden z preparatów fagowych skierowany jest przeciwko Listeria monocytogenes w celu zmniejszenia lub wyeliminowania ryzyka listeriozy. Listerioza (czyli choroba wywołana przez L. monocytogenes) jest jedną z najpoważniejszych jednostek chorobowych wśród wszystkich chorób bakteryjnych pochodzenia żywnościowego. I szczególnie istotną dla bezpieczeństwa życia ludzi – infekcje charakteryzują się wysoką śmiertelnością (około 20% przypadków). Pierwsze ogniska listeriozy przenoszonej przez żywność zgłaszano w 1980 r. Jako źródło czynników etiologicznych uznano różnorodne zanieczyszczone produkty spożywcze, w tym mleko surowe, sery z mleka niepasteryzowanego, mleko pasteryzowane, mięso i przetwory mięsne gotowe do spożycia. Wyeliminowanie L. monocytogenes z surowca spożywczego jest bardzo trudne, a produkty skażone L. monocytogenes nadal są istotnym problemem zdrowia publicznego. Jak dotąd tylko jedna firma biotechnologiczna uzyskała aprobatę FDA na stosowanie preparatu na bazie bakteriofagów jako dodatku do żywności. Opracowany przez nią preparat fagowy składa się z sześciu naturalnie występujących bakteriofagów izolowanych ze środowiska naturalnego, starannie dobranych przez biotechnologów w celu skutecznego zmniejszenia populacji L. monocytogenes (zwykle od 100- do 1000-krotnie). Jest skuteczny w szerokim zakresie warunków przechowywania żywności (np. 2-42°C). Produkt posiada zgodę FDA, kanadyjskiego i izraelskiego ministerstwa zdrowia do aplikowania do produktów żywnościowych: jako dodatek do żywności do bezpośredniego stosowania do mięs i produktów drobiowych (które spełniają definicję żywności gotowej do spożycia), bezpośrednio do ryb i skorupiaków (w tym wędzonych, np. łososia), jako substancja pomocnicza w przetwórstwie różnych wyrobów mięsnych i drobiowych (bez wymogów etykietowania, w czym jest zgodny z trendem „czystej etykiety”), świeżych i przetworzonych owocach, świeżych i przetworzonych warzywach oraz produktów mleczarskich (w tym serów). W przypadku serów preparat pozwala na zachowanie niepowtarzalnego smaku i bogactwa aromatu wytworzonego sera, nie wpływa na żywotność kultury startowej ani na smak, wygląd, teksturę lub aromat dojrzałych serów. Preparat można zatem mieszać ze starterem, dodawać do gęstwy serowej albo natryskiwać na powierzchnię uformowanego bloku sera. Co ciekawsze, preparat fagowy jest wegański, gdyż do jego przygotowania nie są stosowane żadne składniki pochodzenia zwierzęcego, a również same bakteriofagi nie są zaliczane do świata zwierząt. Ponadto nie zawiera konserwantów, organizmów modyfikowanych genetycznie ani znanych, potencjalnie alergennych substancji (pszenicy, mleka, soi itp.), nie zmienia smaku, zapachu czy barwy żywności, nie wpływa na jej konsystencję. Preparat ma również opracowaną aplikację do stosowania na powierzchni różnych urządzeń kontaktujących się z żywnością w zakładach przetwórstwa spożywczego i zakładach gastronomicznych (Listeria monocytogenes mają zdolność do tworzenia biofilmów w środowiskach przetwarzania żywności). Biofilmy są bardzo trudne do wyeliminowania, nawet przy użyciu chemicznych środków dezynfekujących. Bakteriofagi natomiast z łatwością przenikają do wnętrza biofilmu i niszczą komórki Listeria. Stąd wynika opracowana aplikacja fagowego preparatu przeciwlisteryjnego do sanityzacji podłóg, kanalizacji, taśm przenośnikowych, różnego rodzaju urządzeń ze stali nierdzewnej i chłodni.