冷蔵保存中に特徴的な表現型を持つ食品由来ITEM 17298のバイオフィルムと発病関連タンパク質

Biofilm and Pathogenesis-Related Proteins in the Foodborne ITEM 17298 With Distinctive Phenotypes During Cold Storage.

• Laura Quintieri
• Francesca Fanelli
• Daniela Zühlke
• Leonardo Caputo
• Antonio Francesco Logrieco
• Dirk Albrecht
• Katharina Riedel

抄録

フードチェーンでは、特に冷蔵保存中の生鮮品の賞味期限を短くすることで腐敗の原因となり、産業界に大きな経済的負担を与えています。しかし、最近の研究では、免疫不全の患者組織をコロニー化する際に発生する健康リスクに新たな光を当てている。また、免疫力が低下した患者の組織をコロニー化した場合の健康リスクにも注目が集まっていますが、その原因として、抗生物質耐性やバイオフィルム形成が挙げられます。バイオフィルム形成は、温度変動による生理的・代謝的変化（プロテアーゼや色素合成による）食品の腐敗を悪化させたり、接着分子の産生、化学戦術的または過小評価された病原性因子などの環境ストレスによって誘導される可能性がある。冷蔵保存されたチーズから分離されたスポイラーの表現型の多様性について新たな知見を得るために、本研究では19の菌株について、バイオフィルム、色素、エキソ多糖類の産生および低温での運動性について調査した。これらの表現型を示したのは9株のみであり、最も特徴的だったのは青色色素性チーズのITEM17298株であった。また，この菌株は感染幼虫の生存率を低下させ，初めて病原性を示した。ラクトフェリン由来の抗バイオフィルムペプチドで処理したか否かにかかわらず、ITEM17298プランクトン細胞を用いてゲノム解析およびプロテオミクス解析を行ったところ、バイオフィルムに関連する特異的な経路および病原性に関与するタンパク質が明らかになった。実際、cGMP依存性プロテインキナーゼによるシグナル伝達系、セルロース、ラム脂質、アルギン酸合成、抗生物質抵抗性、接着性、病原性因子に関連する遺伝子がいくつか発見された。また、未処理のITEM17298を低温で生育させた培養物のプロテオームを解析したところ、バイオフィルム制御、色素沈着運動性、抗生物質耐性、病原性に関連するタンパク質のほとんどが、未処理培養物と比較して抑制されているか、またはそのレベルが低下していることが明らかになった。このように、本研究の結果は、サイクロトロフィック・シュードモナスが食品冷蔵条件に適応し、腐敗を促進することを可能にする複雑な経路ネットワークに光を当てるものである。さらに、病原性因子と抗生物質耐性の決定因子の発見は、意識を高め、食品中の検出限界に関する法律を更新するためのインプットを提供するために、これらの過小評価されている細菌をより深く調査する必要性について、いくつかの疑問を提起している。

In food chain, spp. cause spoilage by reducing shelf life of fresh products, especially during cold storage, with a high economic burden for industries. However, recent studies have shed new light on health risks occurring when they colonize immunocompromised patient tissues. Likewise to , they exhibit antibiotic resistance and biofilm formation, responsible for their spread and persistence in the environment. Biofilm formation might be induced by environmental stresses, such as temperature fluctuations causing physiological and metabolic changes exacerbating food spoilage (by protease and pigment synthesis), and the production of adhesion molecules, chemotactic or underestimated virulence factors. In order to provide a new insight into phenotypic biodiversity of spoilers isolated from cold stored cheese, in this work 19 spp. were investigated for biofilm, pigments, exopolysaccharide production and motility at low temperature. Only nine strains showed these phenotypic traits and the blue pigmenting cheese strain ITEM 17298 was the most distinctive. In addition, this strain decreased the survival probability of infected larvae, showing, for the first time, a pathogenic potential. Genomic and proteomic analyses performed on the ITEM 17298 planktonic cells treated or not with lactoferrin derived antibiofilm peptides allowed to reveal specific biofilm related-pathways as well as proteins involved in pathogenesis. Indeed, several genes were found related to signaling system by cGMP-dependent protein kinases, cellulose, rhamnolipid and alginate synthesis, antibiotic resistance, adhesion and virulence factors. The proteome of the untreated ITEM 17298, growing at low temperature, showed that most of the proteins associated with biofilm regulation, pigmentation motility, antibiotic resistance and pathogenecity were repressed, or decreased their levels in comparison to that of the untreated cultures. Thus, the results of this work shed light on the complex pathways network allowing psychrotrophic pseudomonads to adapt themselves to food-refrigerated conditions and enhance their spoilage. In addition, the discovery of virulence factors and antibiotic resistance determinants raises some questions about the need to deeper investigate these underestimated bacteria in order to increase awareness and provide input to update legislation on their detection limits in foods.

Copyright © 2020 Quintieri, Fanelli, Zühlke, Caputo, Logrieco, Albrecht and Riedel.