Presenza di biofilm di Staphylococcus aureus nei cibi

La contaminazione da biofilm di Staphylococcus aureus

Lo Staphylococcus aureus è un batterio Gram positivo presente in un quarto della popolazione sana del mondo, in grado di formare resistenti biofilm. Staphylococcus aureus colonizza tipicamente naso, pelle e mucose dell’uomo e di vari altri mammiferi. Questo batterio può però migrare in vari siti dell’organismo ospite, provocando diversi tipi di infiammazione e patologie. La sua pericolosità è data dall’espressione di svariate tossine, sette delle quali coinvolgono la contaminazione di alimenti di consumo comune.

Staphylococcus aureus è in grado di colonizzare soprattutto formaggi ed altri derivati del latte. La contaminazione spesso avviene tramite il contatto di operatori nelle catene di produzione alimentare, i quali possono essere portatori ignari del batterio che risiede nella loro pelle.

L’ingestione di cibo contaminato dal batterio è quasi sempre non mortale. Tuttavia coinvolge un discreto numero di persone all’anno, con vari sintomi ed eventuale ospedalizzazione per i soggetti a rischio. I sintomi tipici sono quelli dell’infiammazione intestinale, ossia diarrea, febbre, vomito e dolori addominali.

Staphylococcus aureus nel cibo: resistenza, diagnosi, trattamento e prevenzione

Il batterio ha grandi capacità di adattamento. Infatti Staphylococcus aureus, oltre a possedere un’ottima tolleranza al sale e ad un ambiente acido, può produrre delle tossine resistenti al calore. Per cui, seppur cuocendo un alimento il batterio può essere ucciso, esse rimarranno stabili tra i tessuti del cibo.

Staphylococcus aureus colonizza rapidamente formaggi e lattici, ma anche carni di vario tipo, in particolare le carni rosse. L’infezione da S.aureus ingerito è solitamente temporanea. Viene diagnosticata in base ai sintomi elencati nel paragrafo precedente e spesso non serve un intervento medico. Tuttavia in caso di sintomi presenti a lungo nel tempo (oltre i 3-5 giorni) può essere necessaria l’ospedalizzazione ed il trattamento antibiotico.

I soggetti più a rischio sono gli anziani, i bambini e gli immunodepressi. Per la prevenzione buone norme di trattamento degli alimenti sono: lavarsi le mani prima di cucinare o servire a tavola, mantenere piano di lavoro disinfetto, evitare il latte non pastorizzato, conservare alimenti a temperature sopra i 60°C o sotto i 4°C.

Resistenza di Staphylococcus aureus al trattamento dei cibi

Uno studio pubblicato su Scientific Reports da parte del team del Professor Jian Miao (Università delle Tecnologie della Cina del Sud) mette alla prova la resistenza delle colonie di Staphylococcus aureus durante i processi di preparazione degli alimenti. In particolare il gruppo ha analizzato la formazione e stabilità di biofilm durante delle simulazioni di cottura e cucina, basandosi su quattro principali fattori: temperatura, pH, salinità e concentrazione di glucosio.

Hanno poi considerato la tipica reazione di Maillard, tramite la quale un alimento riscaldato, come la carne, assume un colore marroncino rilasciando il tipico aroma. Durante il processo, porzioni di zuccheri intersecano con diverse proteine tramite cross-link, generando AGEs (molecole prodotte da glicazione avanzata). Queste molecole possono accumularsi all’interno di biofilm batterici preesistenti, favorendone la crescita e stabilità.

Il gruppo di ricerca ha quindi incubato biofilm di Staphylococcus aureus a condizioni diverse di temperatura, pH e concentrazione di sali e zuccheri. I biofilm sono stati estratti ed analizzati in PCR per confermare che fossero formati da Staphylococcus aureus. I marcatori presi in considerazione per l’identificazione sono gli operoni tipici del batterio: atl, ica, sasG e agr.

Per quanto riguarda le AGEs, la più tipica trovata nei cibi cotti, che più abbondantemente si accumula nei biofilm, è la Nε-carbossimetil-lisina (CML), di cui è stata fatta un’analisi quantitativa nei vari campioni tramite cromatografia liquida e spettrometria di massa, osservando sia la CML libera sia la CML legata al biofilm.

Immagine SEM di biofilm di Staphylococcus aureus sulla superficie di una conduttura in acciaio
Figura 1 – Immagine SEM di biofilm di Staphylococcus aureus sulla superficie di una conduttura in acciaio

Risultati e conclusioni

L’alimento usato per la sperimentazione è il latte materno, la CML è stata inoculata sia su siero che su latte contaminati da Staphylococcus aureus. I tre ceppi usati, 4506, 120184 e 10071, possiedono rispettivamente una capacità forte, media e debole di formazione di biofilm.

La quantità di CML libera è aumentata costantemente dopo l’inoculazione. La crescita è stata lenta nella prima fase e rapida dopo la maturazione del biofilm. D’altra parte invece, la quantità di CML legata al biofilm aumentava più lentamente, la fase di crescita esponenziale è avvenuta tra lo step di aderenza del biofilm e quello di maturazione. Il numero di cellule vive e l’attività metabolica hanno raggiunto il picco intorno le 16h, scendendo drasticamente superate le 24h.

Dai dati ottenuti si è concluso che la crescita ideale per il biofilm avveniva ad una temperatura di 37°C e a un pH pari a 7.0; inoltre la condizione alcalina favoriva lo sviluppo di biofilm rispetto ad una condizione acida. Una considerevole perdita di massa del biofilm è avvenuta invece a 65°C e pH pari a 9.0.

Per quanto riguarda il glucosio, una concentrazione tra lo 0,5% e il 3% permetteva una crescita esponenziale della biomassa del biofilm. Una concentrazione compresa tra il 5 e il 10% gli permetteva di raggiungere il picco di attività metabolica dopo 8h, seguito da una fase di stasi e di decrescita dopo le 24h. Gli scienziati hanno da qui dedotto che una quantità molto alta di glucosio provoca una crescita precoce del biofilm, da qui la fase statica e la perdita di biomassa dopo il primo giorno.

La salinità, infine, influisce nella perdita di biomassa quando si trova tra il 15 e il 20% di concentrazione.

Bibliografia

  1. “Staphylococcus aureus Food Poisoning”- Healthline.com LINK
  2. Miao, J., Lin, S., Soteyome, T. et al. Biofilm Formation of Staphylococcus aureus under Food Heat Processing Conditions: First Report on CML Production within Biofilm. Sci Rep 9, 1312 (2019). https://doi.org/10.1038/s41598-018-35558-2

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