Nicht die üblichen Verdächtigen: 3 Lücken in Ihrem Umgebungsmonitoring2021-01-18T09:58:09+01:00

Nicht die üblichen Verdächtigen: 3 Lücken in Ihrem Umgebungsmonitoring

Von Stefan Widmann, Produktmanager, Romer Labs

1: Lebensfähige, aber nicht kultivierbare (VBNC) Mikroorganismen

Was ist der lebensfähige, aber nicht kultivierbare Zustand?
Lange Zeit gingen Mikrobiologen davon aus, dass alle Bakterien, die nicht auf normalen Kulturmedien wachsen konnten, tot seien. Weiterführende Studien ergaben jedoch, dass es jenseits von kultivierbar und tot einen dritten Zustand gibt: lebensfähig, aber nicht kultivierbar (VBNC). Im Allgemeinen vermehren sich Bakterien im VBNC-Zustand nicht, sind aber noch am Leben, was sich anhand ihrer Stoffwechselaktivität nachweisen lässt. Am wichtigsten ist für uns die Tatsache, dass sie nach der Wiederbelebung kultivierbar werden können.

Es gibt viele Gründe, warum Bakterien in den VBNC-Zustand übergehen können: zum Beispiel Hunger, Inkubation außerhalb des für das Wachstum optimalen Temperaturbereichs, erhöhte osmotische Konzentration, der Grad der Sauerstoffkonzentration oder die Exposition gegenüber weißem Licht. Die spezifischen Eigenschaften des betreffenden Bakterienstammes bestimmen, was genau die Bakterien dazu veranlasst, in diesen Zustand überzugehen.

Warum sollten sich Lebensmittelhersteller für VBNC-Bakterien interessieren?
Bestimmte Bakterien, die in den VBNC-Zustand übergehen können, sind für Lebensmittelhersteller besorgniserregend. Wir kennen zwar noch nicht alle Bakterienarten, die in den VBNC-Zustand übergehen können, aber einige schon. Sie zählen zu den Indikatororganismen (z.B. Enterobacter aerogenes, Klebsiella pneumoniae), Verderbniserreger (z.B. Lactobacillus plantarum, Lactococcus lactis) und Pathogenen (z.B. Salmonella typhimurium, Campylobacter coli). Bakterien, die in einen kultivierbaren Zustand zurückkehren können, können auch wieder pathogen werden. Es gibt Beispiele dafür, dass genau dieses Phänomen zu Ausbrüchen führt. Beispielsweise wurde das VBNC-Bakterium E. coli O157 bei einem Ausbruch in Japan 1997 vermutet, da die Zahl der pathogenen E. coli zu gering war, um eine Infektion zu verursachen.

Wie können Lebensmittelhersteller VBNC-Bakterien nachweisen?
Lebensmittelhersteller haben im Allgemeinen nicht viele Möglichkeiten. Es gibt zwar Möglichkeiten, VBNC-Bakterien nachzuweisen, aber sie sind in der Regel unter den spezifischen Umständen der Lebensmittelproduktion nicht anwendbar oder für den praktischen Einsatz zu teuer. Die Durchflusszytometrie ist vielversprechend, da dabei Zellen direkt gezählt werden und zwischen lebenden oder VBNC-Zellen und toten Zellen unterschieden wird. Eine andere Methode wäre die Vitalfärbung in Kombination mit Mikroskopen, aber das funktioniert nur bei sehr sauberen Proben und ist extrem zeitaufwendig.

2: Anaerobe und mikroaerophile Bakterien

Was sind anaerobe und mikroaerophile Bakterien?
Anaerobe Bakterien oder allgemeiner anaerobe Mikroorganismen lassen sich in drei Gruppen einteilen: obligat, aerotolerant und fakultativ. Wie der Name schon sagt, haben sie jeweils besondere Anforderungen an die Luft, genauer gesagt an den Sauerstoff, der sie umgibt. Obligate Anaerobier wie Clostridioides difficile werden durch Sauerstoff geschädigt und sterben kurz nach der Exposition ab. Aero-tolerante Bakterien wie können Sauerstoff nicht verwerten und sterben bzw. wachsen in seiner Gegenwart nicht. Fakultative Anaerobier können Sauerstoff nutzen, brauchen ihn aber nicht zum Wachstum, wie zum Beispiel E. coli. Es gibt auch die Gruppe der mikroaerophilen Bakterien wie Campylobacter, die Sauerstoff zum Wachstum benötigen, wenn auch in viel geringeren Mengen (1 ‒ 2 %) als in normaler Luft.

Warum sollten sich Lebensmittelhersteller für anaerobe und mikroaerophile Bakterien interessieren?
Es gibt mehrere pathogene Bakterien, die diese speziellen Wachstumsanforderungen haben. Derzeit bereiten thermotolerante Campylobacter-Arten den Fachleuten im öffentlichen Gesundheitswesen Sorgen. Im Durchschnitt ist jedes zweite Huhn mit Campylobacter infiziert, was Geflügelfleisch zu einer der häufigsten Ursachen für Lebensmittelvergiftungen macht. In der EU treten Krankheiten, die durch Campylobacter-Arten verursacht werden, doppelt so häufig auf wie Krankheiten durch Salmonella. Aus der Gruppe der anaeroben Bakterien ist eine Clostridienart wie C. botulinum für die Lebensmittelvergiftung Botulismus verantwortlich.

Wie können Lebensmittelhersteller anaerobe und mikroaerophile Bakterien nachweisen?
Mit klassischen Agarplatten lassen sich zwar alle Gruppen anaerober und mikroaerophiler Bakterien nachweisen, doch können sie dort, mit der bemerkenswerten Ausnahme der fakultativen Anaeroben, nur unter sorgfältig kontrollierten Sauerstoffkonzentrationen wachsen. Daher können diese Organismen nicht mit einer herkömmlichen aeroben Keimzählung nachgewiesen werden. Ein weiteres Problem ist die Zeit: Wie bei jeder anderen Agarplattenmethode dauert die Inkubation anaerober und mikroaerophiler Bakterien mindestens zwei Tage, bevor ein vorläufiges Ergebnis vorliegt. Zu diesem Zeitpunkt kann ein kontaminiertes Produkt bereits den Weg zum Verbraucher gefunden haben.

Nr. 3: Die große Keimzahlanomalie

Was ist die große Keimzahlanomalie?
Mit den uns derzeit zur Verfügung stehenden Kenntnissen und Techniken kann nur 1 % der Bakterien kultiviert werden. Mit der „Keimzahlanomalie“ bezeichnen wir die Beobachtung, dass die mikroskopischen Zellzahlen signifikant höher sind als die entsprechen-den Zahlen der „koloniebildenden Einheiten“ auf Agarplatten. Ein Beispiel kann dieses Phänomen am besten veranschaulichen: Während 50 % der Mikroorganismen der Mundflora mit Agarplatten kultiviert werden können, kann der größte Teil der Darmflora überhaupt nicht kultiviert werden. Die Gründe dafür sind zahlreich, aber eine wichtige Rolle könnte die das betreffende Bakterium umgebende Organismengemeinschaft, einschließlich anderer Bakterien, Pflanzen und Tiere, spielen. Aerobe Keimzahlmethoden beruhen auf sehr allgemeinen Nährstoffzusätzen, die die meisten Bakteriengruppen nicht wachsen lassen. Technisch gesehen gehört dieses Problem nicht wirklich zur großen Keimzahlanomalie, da einige Bakterien unter besonderen Bedingungen (wie anaeroben oder mikroaerophilen Bedingungen) auf speziellen Agarplatten wachsen könnten.

Warum sollten sich Lebensmittelhersteller für die große Keimzahlanomalie interessieren?
Die große Keimzahlanomalie stellt im täglichen Testbetrieb kein wesentliches Problem dar, da die aerobe Keimzahl spezifisch für eine bestimmte Produktionsumgebung ist und daher immer im Verhältnis zu einer für diese Produktionsumgebung geltende festgelegte Grundbelastung steht.

Plattenverfahren sind jedoch sehr zeitaufwendig und erfordern je nach Protokoll eine Inkubationszeit von bis zu drei Tagen. Es gibt auch direkte Methoden ohne Kultivierungsschritt zur Zählung der Bakterien: Mikroskope bieten einen umfassenden Überblick über die Bakterien, sind aber sehr zeitaufwändig, während die derzeit auf dem Markt erhältlichen Durchflusszytometer teuer sind und eine intensive Bedienerschulung erfordern. Solche direkten Methoden sind zwar in Wasseraufbereitungsanlagen üblich, jedoch in der Lebensmittelindustrie noch nicht sehr verbreitet.

Wie können Lebensmittelhersteller erkennen, was Agarplatten nicht können?
Dank der technologischen Fortschritte werden ehemals sperrige und unhandliche Geräte tragbar, benutzerfreundlicher und erschwinglicher. Dies gilt auch für direkte Zählmethoden, die alle intakten Bakterien in einer Probe nachweisen können. Die Erweiterung des Umfangs der nachweisbaren Bakterien und – was entscheidend ist – die kürzere oder gar nicht mehr vorhandene Wartezeit für die Inkubation kann dazu beitragen, den Schwerpunkt der Hygieneüberwachung von der Postproduktion auf die Präproduktion zu verlagern. So können Lebensmittelhersteller den Ausschuss, hervorgerufen durch kurze Haltbarkeiten aufgrund hoher Hygienestandards wie z.B. bei Fleisch- und Milchprodukten minimieren.

Kontakt:
Romer Labs Deutschland GmbH
Schorbachstraße 9
35510 Butzbach
Tel.: 06033/7480 100
E-Mail: germany(at)romerlabs.com
www.romerlabs.com/de

Ausgabe November/Dezember 2020 „Der Lebensmittelbrief/ernährung aktuell”

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