Novel Lytic Enterococcus Phage as a Biocontrol Strategy for Multidrug-Resistant Enterococcus faecalis Biofilms on Food-Contact Surfaces: Genomic and Functional Insights

In de verborgen wereld van voedselveiligheid loert een hardnekkig probleem op de oppervlakken van zuivelverwerkingsinstallaties. Het is niet één enkele bacterie, maar een gemeenschap van bacteriën die samenleven in een slijmerige, beschermende laag die bekend staat als een biofilmf. Deze gemeenschappen worden gevormd door bacteriën zoals Enterococcus faecalis, die van nature taai zijn en kunnen overleven in barre omstandigheden, van hoge hitte tot zoute omgevingen. Zodra ze aan roestvrijstalen apparatuur blijven plakken en deze biofilms opbouwen, zijn ze extreem moeilijk te verwijderen. Standaard reinigingsmiddelen falen vaak omdat het slijm fungeert als een schild dat de bacteriën binnenin beschermt. Dit is een groot probleem omdat deze bacteriën antibioticaresistentie kunnen dragen, wat ze gevaarlijk maakt voor de menselijke gezondheid, en ze kunnen voedsel bederven of de productielijn besmetten. Wetenschappers zoeken al lang naar een manier om deze schilden te doorbreken zonder agressievere chemicaliën te gebruiken die mogelijk de apparatuur of het voedsel zelf zouden beschadigen.

Een team onderzoekers uit Egypte en Japan heeft zich tot de eigen roofdieren van de natuur gewend om dit probleem op te lossen: de bacteriofaag. Dit zijn virussen die specifiek bacteriën opjagen. In tegenstelling tot de virussen die mensen infecteren, richten bacteriofagen zich uitsluitend op bacteriële cellen. Ze werken door zich aan een bacterie te hechten, hun genetisch materiaal te injecteren en de cel te veranderen in een fabriek die meer virussen produceert totdat de cel openbarst en sterft. De onderzoekers isoleerden twee van deze virussen uit rioolwatermonsters, op zoek naar virussen die specif specifiek Enterococcus faecalis aanpakken. Ze vonden twee kandidaten, genaamd BV26 en BV34, en zetten zich in om te zien of ze de zware omstandigheden van een zuivelfabriek zouden overleven en effectief de problematische Enterococcus faecalis-biofilms zouden wegvagen.

De onderzoekers onderzochten eerst het uiterlijk van deze virussen met behulp van krachtige elektronenmicroscopen. Ze ontdekten dat beide virussen behoren tot een familie die wordt gekenmerkt door een hexagonale kop en een lange, flexibele staart, wat lijkt op een piepkleine injectiespuit die klaarstaat om toe te slaan. Ze testten vervolgens hoe goed deze virussen konden overleven in verschillende omgevingen. De resultaten waren veelbelovend. De virussen bleven actief over een breed scala aan zuurgraadniveaus, van zeer zuur tot zeer alkalisch, en ze konden temperaturen tot 50 graden Celsius weerstaan. Misschien wel het meest verrassende was dat ze niet werden aangetast door ultraviolet licht, een veelgebruikte methode om oppervlakken te steriliseren. Dit betekende dat deze virussen potentieel gebruikt kunnen worden in faciliteiten die vertrouwen op UV-licht voor de reiniging, aangezien de virussen niet door dat proces gedood zullen worden.

Om er zeker van te zijn dat deze virussen veilig zijn voor gebruik, heeft het team hun volledige genetische code gesequenced. Ze zochten naar tekenen dat de virussen schadelijke genen zouden kunnen dragen, zoals genen die ziekte veroorzaken of bacteriën resistent maken tegen antibiotica. De analyse toonde aan dat de virussen puur lytisch zijn, wat betekent dat ze alleen hun gastheren vernietigen en niet integreren in het bacteriële DNA om latent aanwezig te blijven. Cruciaal was dat de genetische kaart geen virulentiefactoren of antibioticaresistentiegenen onthulde, wat bevestigt dat de virussen veilig zijn voor gebruik in voedselproductieomgevingen. De genetische studie toonde ook aan dat één van de virussen, BV26, onderscheidend is van andere bekende virussen en een nieuwe lijn vertegenwoordigt binnen de familie van Enterococcus-jagers.

Het team ging vervolgens over naar de meest kritieke test: konden deze virussen de bacteriën daadwerkelijk stoppen met het vormen van een biofilm of een reeds bestaande biofilm vernietigen? Ze kweekten de bacteriën op roestvrijstalen coupons, die de metalen oppervlakken simuleren die in zuivelapparatuur worden gevonden. Wanneer ze het virus toepasten om de vorming van de bacteriën te voorkomen, zagen ze dat het effect afhing van de hoeveelheid gebruikte virussen. Bij de hoogste concentratie voorkwam het virus de vorming van een significante biofilm, waardoor het aantal bacteriën in vijf dagen tijd met meer dan drie ordes van grootte werd verminderd. Dit betekent dat in plaats van miljoenen bacteriën, er slechts enkele duizenden overbleven.

Nog indrukwekkender was het vermogen van het virus om een bestaand probleem op te ruimen. De onderzoekers lieten een volwassen biofilm gedurende vijf dagen groeien op het staal, waardoor een dikke, gevestigde laag bacteriën ontstond. Vervolgens pasten ze het virus toe en observeerden wat er in de loop van de volgende 24 uur gebeurde. Binnen slechts één dag had het virus het aantal bacteriën in de volwassen biofilm met bijna zeven ordes van grootte verminderd. Dit is een enorme reductie; het heeft effectief het grootste deel van de bacteriële kolonie weggevaagd die er dagenlang voor nodig had gehad om op te bouwen. Het virus stopte de bacteriën niet alleen in hun groei; het dismantelde actief de bestaande gemeenschap.

De studie concludeert dat dit specifieke virus, BV26, een robuust en effectief instrument is voor voedselveiligheid. Het is stabiel genoeg om de wisselende omstandigheden van een zuivelfabriek te overleven, veilig genoeg om te gebruiken zonder angst voor het verspreiden van resistentie, en krachtig genoeg om zowel hardnekkige bacteriële films op metalen oppervlakken te voorkomen als te elimineren. Hoewel de onderzoekers opmerken dat er meer testen onder echte industriële omstandigheden nodig zijn, suggereren de bevindingen een nieuwe, natuurlijke manier om de hygiënestandaarden van voedselverwerkingsapparatuur op peil te houden. Door een virus te gebruiken dat specifiek de problematische bacteriën aanpakt, kan de industrie mogelijk hogere hygiënestandaarden handhaven zonder uitsluitend te vertrouwen op chemische desinfectiemiddelen waar de bacteriën resistentie tegen hebben ontwikkeld.