13.08.2021 - Cornell University

Lebensmittelwissenschaftler erstellen nationalen Atlas für tödliche Listerien

Listeria monocytogenes gehört zu den tödlichsten lebensmittelbedingten Krankheitserregern und könnte dank eines neuen genomischen und geologischen Kartierungsinstruments, das von Lebensmittelwissenschaftlern der Cornell University entwickelt wurde, bei Lebensmittelrückrufen und anderen Untersuchungen bald leichter aufzuspüren sein.

Der nationale Atlas wird Wissenschaftlern Aufschluss darüber geben, wo Listerien und andere verwandte Spezies in den zusammenhängenden Vereinigten Staaten vorkommen, was ihnen helfen könnte, die Quellen von Listerien in Zutaten, Lebensmittelverarbeitungsanlagen und Fertigprodukten aufzuspüren und zu lokalisieren, so die am 15. Juli in Nature Microbiology veröffentlichten Forschungsergebnisse.

"Da wir versuchen herauszufinden, wie hoch das Risiko ist, Listerien aus dem Boden und von verschiedenen Orten zu bekommen, hat unsere Gruppe eine systematischere Methode entwickelt, um zu bewerten, wie häufig verschiedene Listerien an verschiedenen Orten gefunden werden", sagte der Hauptautor Martin Wiedmann, Professor für Lebensmittelsicherheit und Lebensmittelwissenschaft an der Hochschule für Landwirtschaft und Biowissenschaften. "Wir haben Listerien an so unterschiedlichen Orten wie New York, Colorado und Kalifornien untersucht, aber vor diesem Atlas war es schwierig, Vergleiche anzustellen und die Listerienvielfalt an verschiedenen Orten zu bewerten."

Listeria mononcytogenes in Lebensmitteln kann Menschen extrem krank machen. Die Centers for Disease Control and Prevention (CDC) schätzen, dass jedes Jahr 1.600 Menschen in den USA an Listeriose erkranken, von denen etwa 260 sterben.

Da die Cornell-Gruppe wusste, dass Listerien auf natürliche Weise im Boden vorkommen, bat sie Hunderte von anderen Wissenschaftlern im ganzen Land, Bodenproben von in der Regel ungestörten Orten in der Natur zu nehmen, z. B. in den abgelegenen Gebieten von Staats- und Nationalparks.

Aus diesen Proben erstellte die Gruppe einen landesweiten Atlas mit 1 854 Listerien-Isolaten, die 594 Stämme und 12 Familien der Bakterien, die so genannten Phylogruppen, repräsentieren.

Die Hauptautorin Jingqiu Liao, die als Doktorandin in Wiedmanns Labor arbeitete, ist jetzt Postdoktorandin an der Columbia University. Sie hatte die Forschung durch den Erwerb von Bodenproben auf ihren eigenen Reisen ergänzt und fand Listerien in einem breiten Spektrum von Umweltbedingungen vor. Dieses Bakterium wird vor allem durch die Bodenfeuchtigkeit, die Salzkonzentration und Molybdän kontrolliert - ein Spurenelement, das in Milch, Käse, Getreide, Hülsenfrüchten, Blattgemüse und Organfleisch vorkommt.

"Ziel dieser Arbeit war es, systematisch Bodenproben in den gesamten Vereinigten Staaten zu sammeln", so Liao, "und die tatsächliche großräumige Verteilung, genomische Vielfalt und Populationsstruktur von Listerienarten in der natürlichen Umgebung zu erfassen.

"Mit der Sequenzierung des gesamten Genoms und umfassenden Populationsgenomanalysen", so Liao, "konnten wir Antworten auf die ökologischen und evolutionären Triebkräfte der bakteriellen Genomflexibilität geben - eine wichtige offene Frage auf dem Gebiet der Mikrobiologie."

Liao erklärte, dass diese Arbeit als Referenz für künftige Populationsgenomik-Studien dienen kann und der Lebensmittelindustrie durch die Lokalisierung von Listerienkontaminationen, die möglicherweise einen natürlichen Ursprung haben, wahrscheinlich zugute kommen wird.

Wenn Listerien beispielsweise in einem Verarbeitungsbetrieb im Westen der USA gefunden werden und dieser Betrieb Zutaten aus einem weit entfernten Bundesstaat verwendet hat, so Wiedmann, "können wir, wenn wir die genomischen Informationen der Listerienisolate und ihre möglichen Standorte in den USA kennen, die Herkunft besser auf eine bestimmte Region eingrenzen. Man kann diese Informationen fast wie eine Rückverfolgung nutzen. Sie sind nicht immer ein Beweis, aber sie führen zu Beweisen".

Neben Wiedmann und Liao sind die anderen Autoren der Studie "Nationwide Genomic Atlas of Soil-Dwelling Listeria Reveals Effects of Selection and Population Ecology on Pangenome Evolution" Daniel Buckley, Professor für mikrobielle Ökologie an der School of Integrative Plant Science Soil and Crop Sciences Section; Otto Cordero, außerordentlicher Professor für Bau- und Umweltingenieurwesen am Massachusetts Institute of Technology (MIT); Shaul Pollak, Postdoktorand am MIT; Daniel Weller, Forscher in Cornell, CDC; und Sean (Xiaodong) Guo, Forschungstechniker in Cornell.

Die Forschung wurde vom Center for Produce Safety in Woodland, Kalifornien, finanziert.

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