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Untersuchungen zur mikrobiellen Stressantwort auf technologische Prozesse von Campylobacter jejuni

Projekt

Ernährung und Verbraucherschutz

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Ernährung und Verbraucherschutz


Förderkennzeichen: BfR-BIOS-08-1322-221
Laufzeit: 01.02.2007 - 31.12.2009
Forschungszweck: Angewandte Forschung

Genaue Kenntnisse über die bakterienphysiologischen und molekularbiologischen Ereignisse unter technologischen Stressbedingungen und bei der Stressadaptation werden benötigt, um die technologischen Verfahren bei der Lebensmittelherstellung so zu optimieren, dass die bakteriellen Adaptationsmechanismen durch einzelne technologische Stressfaktoren oder eine Kombination dieser Faktoren überfordert werden und somit eine Kontamination des Lebensmittels verhindert wird. Der Trend zu milden Konservierungsverfahren bei der Lebensmittelherstellung beinhaltet auch das Risiko einer Adaptation. Das wissenschaftliche Ziel ist es, die Stressantwort und eine mögliche Adaptation von Camphylobacter jejuni darzustellen und deren genetische Basis zu beschreiben. Zur Minderung alimentär bedingter humaner Campylobacter (C.)- Infektionen spielt neben der Senkung der Campylobacter-Belastung in Nutztierbeständen und der Vermeidung von Kreuzkontaminationen auch die Reduktion des Erregers in der Lebensmittelkette u.a. durch technologische Prozesse eine große Rolle. Trotz seiner hohen Empfindlichkeit gegenüber Stressoren und seiner - gegenüber anderen Bakterien - geringen Ausstattung mit Genen, die Stressantwortfaktoren codieren, sind Campylobacter spp. in der Lage, in der Umwelt und in der Lebensmittelmittelkette zu überleben. Ziel der Arbeiten war es - exemplarisch an ausgewählten technologischen Stressoren - den Einfluss der Wachstumsphase auf das Überleben unter solchen Stressoren zu beschreiben. Dazu wurden extensive Temperatur-Zeit-Matrizes erstellt. C. jejuni zeigte hierbei eine erhöhte Resistenz gegenüber Hitzestress. Obwohl der Eintritt in die stationäre Phase von Campylobacter jejuni nicht rpoS-reguliert ist (es fehlt ein RpoS-Homolog), übernehmen andere Regulationssysteme (wie CsrA/CsrB, carbon storage regulator) vermutlich die Kontrolle der Expression von stationäre-Phase-induzierten Genen. Begleitende Genexpressionsanalysen demonstrieren die rasche Auslösung der Hitzeschockantwort auf Expressionsebene.. Bereits nach kurzen Hitzeschockbelastungen bei 48° C kommt es zu starken RNA- Degradierungs-Erscheinungen, die sich phänotypisch in massiven Verlusten der Keimzahl niederschlagen. Zur Minderung alimentär bedingter humaner Campylobacter (C.)- Infektionen spielt neben der Senkung der Campylobacter-Belastung in Nutztierbeständen und der Vermeidung von Kreuzkontaminationen auch die Reduktion des Erregers in der Lebensmittelkette u.a. durch technologische Prozesse eine große Rolle. Trotz seiner hohen Empfindlichkeit gegenüber Stressoren und seiner - gegenüber anderen Bakterien - geringen Ausstattung mit Genen, die Stressantwortfaktoren codieren, sind Campylobacter spp. in der Lage, in der Umwelt und in der Lebensmittelmittelkette zu überleben. Ziel der Arbeiten war es - exemplarisch an ausgewählten technologischen Stressoren - den Einfluss der Wachstumsphase auf das Überleben unter solchen Stressoren zu beschreiben. Dazu wurden extensive Temperatur-Zeit-Matrizes erstellt. C. jejuni zeigte hierbei eine erhöhte Resistenz gegenüber Hitzestress. Obwohl der Eintritt in die stationäre Phase von Campylobacter jejuni nicht rpoS-reguliert ist (es fehlt ein RpoS-Homolog), übernehmen andere Regulationssysteme (wie CsrA/CsrB, carbon storage regulator) vermutlich die Kontrolle der Expression von stationäre-Phase-induzierten Genen. Begleitende Genexpressionsanalysen demonstrieren die rasche Auslösung der Hit-zeschockantwort auf Expressionsebene. Bereits nach kurzen Hitzeschockbelastungen bei 48° C kommt es zu starken RNA- Degradierungs-Erscheinungen, die sich phänotypisch in massiven Verlusten der Keimzahl niederschlagen. Die Fähigkeit, schnell auf Änderungen von Umweltbedingungen reagieren zu können, entscheidet über den Überlebenserfolg einzelner Bakterienspezies bzw. einzelner Stämme. Durch Kenntnisse der Überlebensmechanismen unter Einwirkung lebensmitteltechnologischer Prozesse ist es möglich, die Verfahrenstechnik zur Stabilisierung von Lebensmitteln zu optimieren. Ziel der vorliegenden Arbeit war eine Charakterisierung der Hitzeschockantwort von C. jejuni unter einem milden Hitzestress. Die Anpassung unter milden Stressoren, ohne sublethale Schädigung von Zellen gelten ersten Studien zufolge als wichtiger Faktor in der Ausbildung von Adaptationsmechanismen mikrobieller Lebensmittelinfektionserreger. Mit Hilfe einer Komplettgenom-Mikroarrayanalyse konnten die einer Hitzeschockantwort (46 °C für 5 min, 10 min und 20 min) zugrunde liegenden globalen Genexpressionsänderungen von Campylobacter jejuni NCTC 11168 erfasst werden. Campylobacter spp. fehlen bestimmte Stressantwortmechanismen, die in anderen Bakterien das Überleben unter Stressoren vermitteln. Um genauere Einblicke in die Stressantwort von Campylobacter spp. auf Proteinebene zu erzielen, wurde die Methode der 2D-Gelelektrophorese etabliert und anschließend die Proteinexpression nach einem Hitze- bzw. Säurestress untersucht. Nach einem Hitzestress konnte eine erhöhte Proteinexpression verschiedener Chaperone gezeigt werden, deren Expression nach dem Säurestress jedoch unverändert bleibt. Die Antwort auf diese unterschiedlichen Stressoren scheint demnach über verschiedene Wege reguliert zu werden.

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