In questo articolo parliamo della relazione tra la persistenza di Listeria monocytogenes negli ambienti associati alla produzione alimentare e la formazione di biofilm.
Listeria monocytogenes è un batterio Gram-positivo responsabile della listeriosi, una malattia alimentare con alti tassi di mortalità (20-30%) e ospedalizzazione, particolarmente pericolosa per neonati, donne incinte e anziani.
La persistenza di Listeria monocytogenes in ambienti alimentari per mesi o anni è legata a focolai di listeriosi e comporta costi elevati per le aziende alimentari.
I meccanismi che facilitano la persistenza non sono chiari, ma l’ipotesi prevalente è che i ceppi persistenti producano biofilm più resistenti.
Un biofilm è una comunità di microrganismi associati a una superficie, tipicamente racchiusi in una matrice extracellulare.
I biofilm di LM possono assumere diverse morfologie, da catene a strutture tridimensionali, a monostrati cellulari con poca o nessuna matrice extracellulare. Quest’ultima è composta principalmente da DNA extracellulare, proteine ed esopolisaccaridi, in particolare acidi teicoici.
Listeria monocytogenes (LM): fattori ambientali
Diversi fattori ambientali influenzano la formazione di biofilm di Listeria monocytogenes (LM).
Questi fattori possono alterare le proprietà della superficie cellulare, la capacità di adesione e la composizione della matrice extracellulare, e includono:
Temperatura
Studi dimostrano che l’adesione e la formazione di biofilm di LM aumentano con l’aumentare della temperatura fino a 30-37 °C.
Questo potrebbe essere dovuto a cambiamenti nelle proprietà della superficie cellulare, come l’idrofilicità.
Materiale della superficie
Le caratteristiche del materiale della superficie hanno un ruolo significativo.
Topografia
Superfici più ruvide, in particolare quelle usurate o corrose, offrono maggiori opportunità per la formazione di biofilm.
Le imperfezioni superficiali possono intrappolare nutrienti e acqua, facilitando la proliferazione batterica e fornendo protezione dalla pulizia e disinfezione.
Idrofilicità / Idrofobicità
Studi hanno mostrato che LM forma biofilm più velocemente e in maggior quantità su superfici idrofile come l’acciaio inossidabile rispetto a materiali idrofobici come il polistirene.
Tuttavia, sono stati riportati anche risultati opposti, il che potrebbe riflettere differenze nei ceppi testati e nei design sperimentali.
Metalli e nanoparticelle metalliche
Metalli come il rame e l’argento hanno proprietà antibatteriche intrinseche e possono inibire la formazione di biofilm di LM.
Concentrazione di NaCl
La presenza di NaCl può influenzare l’adesione di LM.
- L’adesione di LM all’acciaio inossidabile è risultata maggiore in sospensioni con 0.15 M di NaCl rispetto a 0.0015 M, possibilmente a causa di alterazioni nell’idrofobicità della superficie cellulare.
- Al contrario, un altro studio ha indicato che concentrazioni elevate di NaCl (11%) possono sopprimere la formazione di biofilm.
pH
Condizioni più acide, ottenute aggiungendo acido citrico o lattico al terreno di crescita, possono promuovere l’adesione di LM all’acciaio inossidabile.
Questo potrebbe essere dovuto alla protonazione di gruppi negativi sulla superficie cellulare.
Disponibilità di nutrienti
La disponibilità di nutrienti è un fattore importante. La disponibilità di carbonio può influenzare la formazione di biofilm di LM.
Interazioni con altri microrganismi
La presenza di altri microrganismi, come Pseudomonas spp., può sia promuovere che inibire la formazione di biofilm di LM, a seconda del ceppo e delle condizioni.
Tempo di contatto: Alcuni studi hanno dimostrato che la differenza nella formazione di biofilm tra ceppi persistenti e non persistenti di LM emerge con l’aumento del tempo di contatto con la superficie.
Presenza di residui di disinfettanti
L’esposizione a concentrazioni sub-inibitorie di disinfettanti può promuovere la formazione di biofilm.
È importante notare che l’effetto di questi fattori può variare a seconda del ceppo di LM e delle condizioni sperimentali specifiche, e che spesso c’è una complessa interazione tra di essi.
Confronti fenotipici tra ceppi persistenti e non persistenti (PNP)
Molti studi hanno confrontato la formazione di biofilm tra ceppi persistenti e PNP, con risultati contrastanti.
Alcuni studi riportano una maggiore formazione di biofilm nei ceppi persistenti, mentre altri non hanno osservato differenze.
Le discrepanze possono essere attribuite a differenze nelle condizioni sperimentali (temperatura, materiale della superficie, disponibilità di nutrienti, tempo di contatto, composizione del mezzo di coltura), nel tipo di analisi utilizzata, nelle definizioni di persistenza e nelle proprietà dei ceppi.
La capacità di formare biofilm può variare anche a seconda del sierotipo e del lignaggio dei ceppi.
Studi WGS (Whole Genome Sequencing) hanno cercato di identificare marcatori genetici che distinguono ceppi persistenti e PNP, compresi quelli associati alla formazione di biofilm.
Tuttavia, molti di questi studi non hanno trovato una chiara correlazione tra la presenza o l’assenza di geni specifici e la persistenza.
Si è ipotizzato che le differenze nel genoma accessorio, come la presenza di plasmidi e profagi, potrebbero essere correlate alla persistenza, ma anche questa ipotesi necessita di ulteriori indagini.
Inoltre, i meccanismi di persistenza potrebbero variare a seconda della nicchia ecologica.
Listeria monocytogenes, sfide e soluzioni
Sfide e soluzioni nella ricerca sulla persistenza:
- Mancanza di una definizione standardizzata di persistenza: Le definizioni variano ampiamente tra gli studi, rendendo difficile il confronto dei risultati.
- Condizioni sperimentali non rappresentative: Molti studi utilizzano temperature di incubazione elevate e condizioni di monocultura, che non riflettono gli ambienti alimentari reali.
- Mancanza di protocolli sperimentali standardizzati: L’uso di diversi saggi e condizioni sperimentali rende difficile confrontare i risultati tra studi.
Un’ottima strategia per contrastare la formazione di biofilm da parte di microrganismi indesiderati negli ambienti di produzione alimentare quali Listeria monocytogenes è l’uso di cocktail enzimatici specifici che agiscano contro le diverse componenti della matrice extrapolimerica del biofilm.
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