Bacteriën bestrijden met enzymen | De strijd tegen biofilms

EVMI 3-22 Biofilms

Door Lilian Vermeer
Foto's: WUR

Biofilms, lagen van aan elkaar gegroeide micro-organismen op oppervlakken, kunnen zorgen voor grote besmettingen in voedingsproducten. Met soms ernstige gevolgen.

“Het ontwerp van een hygiënisch goed schoon te houden apparaat en een zorgvuldig schoonmaakproces, zijn de twee belangrijkste factoren om biofilmvorming te voorkomen,” zegt Hermien van Bokhorst-van de Veen, onderzoeker bij Wageningen Universiteit & Research.

Micro-organismen zoals bacteriën, schimmels en algen hebben de neiging om zich aan oppervlakken te hechten en een biofilm te vormen. Vooral als die oppervlakken niet goed gereinigd zijn en/of als ze ruw, bekrast of poreus zijn. Biofilms zijn kolonies van micro-organismen die zich aan elkaar en aan oppervlakken hechten. Biofilms bestaan zowel uit de cellen als uit extracellulaire polymere stoffen (EPS). De EPS wordt door de cellen geproduceerd en bestaat uit eiwitten, polysachariden en extracellulair DNA (e-DNA) en zelfs dode cellen kunnen er onderdeel van zijn.

Ander fenotype

Bacteriën zijn in biofilms beter bestand tegen toxische stoffen zoals reinigings- en desinfectiemiddelen. Ze krijgen dan als het ware een ander fenotype waarbij ze bijvoorbeeld hun groeisnelheden aanpassen en stresstolerantiemechanismen activeren in antwoord op vijandige milieuomstandigheden.
“Laat je dezelfde concentratie desinfectiemiddel los op losse cellen in een vloeistof of op een biofilm dan zie je dat losse cellen niet overleven maar die in een biofilm wel”, zegt collega-onderzoeker Hasmik Hayrapetyan. “Biofilms op een oppervlak vormen een veiligere omgeving voor micro-organismen en reinigings- en desinfectiemiddelen kunnen maar van één kant inwerken. Herbesmetting van voedselproducten kan optreden wanneer een biofilm openbreekt en stukken ervan verderop opnieuw hechten. Hierdoor kan besmetting van het eindproduct optreden, met de stillegging van de productie tot gevolg.”

Reinigingsproces

Wat is er tegen de biofilms te doen? “Het allerbelangrijkste is om biofilmvorming te voorkomen”, benadrukt Hermien van Bokhorst-van de Veen. “Dat begint al met het ontwerp van een apparaat dat hygiënisch te reinigen is. Dus bijvoorbeeld zo min mogelijk dode hoeken, gaten of spleten waar je niet bij kunt komen en waarin water achter kan blijven. Idealiter zouden ontwerpers van een machine voor de voedingsmiddelenindustrie rond de tafel moeten gaan zitten samen met diegenen die de machine gaan gebruiken en diegenen die voor de schoonmaak zorgen. Gebruikers en schoonmakers hebben ervaring in wat wel werkt en wat niet. Dan kun je een betere machine ontwerpen die beter te reinigen is. Het kan een investering zijn om extra rekening te houden met het schoonmaakproces maar op de lange termijn heb je er meer profijt van.”

“Ook het juiste schoonmaakproces is cruciaal. Het schoonmaakproces begint met de toepassing van een reinigingsmiddel, in laten werken, met water wegspoelen en controle op achtergebleven resten. Daarna desinfectiemiddel aanbrengen, in laten werken en wegspoelen met schoon water.”

Vijf factoren

Er zijn vijf factoren van belang bij het schoonmaakproces:

1) De tijd: het schoonmaak- of desinfectiemiddel moet lang genoeg kunnen inwerken.

2) De temperatuur: hoe hoger de temperatuur hoe beter het resultaat, maar te hoog is ook niet goed vanwege verbrandingsgevaar, eiwit- coagulatie of vetstolling en de temperatuur van de verschillende afdichtingen (denk aan afdichtingsringen van apparatuur). De optimale temperatuur voor verschillende desinfectiemiddelen is per middel weer anders.

3) Chemische werking: hoe effectief is het gebruikte reinigingsmiddel/desinfectiemiddel in relatie tot de aanwezige verontreiniging en de gebruikte concentratie? In het algemeen geldt dat de reiniging sneller gaat naarmate er meer mechanische actie wordt uitgeoefend.

4) Mechanische kracht: het uitoefenen van kracht tijdens het schoonmaakproces, bijvoorbeeld schrobben met een borstel of het spuiten met een waterstraal met hoge druk. Maar met dit laatste (hogedrukreiniging) moet zorgvuldig omgegaan worden om verspreiding van micro-organismen en andere contaminanten te voorkomen.

5) Procedures: tot slot moet het hele reinigings- en desinfectieprotocol nauwkeurig van begin tot eind omschreven staan in procedures.

Bakkerijen

Een ander belangrijk aspect bij reiniging is dat het zowel nat als droog kan plaatsvinden. Het nadeel van nat reinigen is dat vuil verspreid kan worden door het schoonspuiten met water. Met nat reinigen kan je wel beter overal bij, maar sommige apparaten zijn niet geschikt voor natte reiniging. Bijvoorbeeld veel van de apparatuur in bakkerijen.

Doordat broodbakken bij hogere temperatuur plaatsvindt, worden micro-organismen geïnactiveerd. Maar wanneer het uit de oven komt om af te koelen, kan het nabesmet worden door micro-organismen in de lucht.

Van Bokhorst-van de Veen: “Uit onderzoek zagen we dat wanneer de ruimte voor de oven iedere keer goed schoongemaakt wordt er minder nabesmettingen optraden in de ruimte na de oven. Het droogreinigen gebeurt tot nog toe vooral handmatig. Er worden wel proeven gedaan met alternatieven zoals reinigen met droog ijs, maar dit is duurder.”

Besmetting controleren

Hoe weet je of het oppervlak echt schoon is? Om dat te controleren zijn er vele methodes. Dat begint al met het oog; zijn er na reiniging en desinfectie nog zichtbare vuildeeltjes op de oppervlakken die in contact komen met voedsel? Een biofilm is vaak glibberig en dus kan je het meestal voelen. Maar veel micro-organismen en beginnende biofilms zijn niet waarneembaar met het blote oog.

Een veel gebruikte controlemethode na het reinigings- en desinfectieproces is bijvoorbeeld het gebruik van contactplaten (een voedingsbodem van bijvoorbeeld het merk Rodac). Door zo’n plaat op het oppervlak te houden en daarna te incuberen in een stoof, is het aantal opgekomen kolonies te bepalen en daarmee of de schoonmaak wel of niet goed is uitgevoerd.

Andere voorbeelden zijn het gebruik van swabs (vegen en dan op een voedingsbodem opkweken) of met een PCR-test, maar deze zijn meer indirect. Er zijn ook sprays (zoals van Christeyns en Realco) die bij aanwezigheid van een biofilm na een aantal minuten een kleuring laten zien. Dat is sneller dan wanneer er een incubatiestap nodig is. “Maar je moet wel goed weten wat de beperkingen zijn van een test,” aldus Van Bokhorst-van de Veen.

Weet wat en hoe je test

“Het is belangrijk dat diegene die test kennis van zaken heeft en weet wat de detectielimiet is van een test. Soms mis je levende cellen die niet aantoonbaar zijn in de test maar nog wel besmettingen kunnen veroorzaken doordat deze uitgroeien tot een biofilm. Verder moet de persoon weten hoe het food processing apparaat in elkaar zit, waar het in contact komt met het levensmiddel en waar je moet testen om bijvoorbeeld bij een besmetting of biofilm te komen. In een leiding is de toegang vaak lastig. Je moet weten waarvoor je test, is het na reiniging en desinfectie of is het voor uittesten van een nieuw protocol.”

Hayrapetyan: “Idealiter is het een combinatie van iemand van het bedrijf zelf die weet waar de verborgen lastig schoon te maken plekken zich bevinden en waar biofilms kunnen vormen en iemand die gespecialiseerd is in reiniging/desinfectie en opsporing van biofilms.”

Aangezien reinigings- en desinfectiemiddelen niet altijd afdoende zijn tegen biofilms, is het gebruik van een combinatie van verschillende methoden noodzakelijk: bijvoorbeeld desinfectiemiddelen en enzymen. Het gaat om enzymen die zich richten op de afbraak van componenten die specifiek zijn voor biofilms. Dat is ten eerste de EPS-laag waarin eiwitten, polysachariden en e-DNA zitten. Hayrapetyan: “Tussen verschillende microorganismen is er wel een verschil in aanmaak van EPS-componenten; het ene organisme maakt meer polysachariden en het andere meer eiwit of e-DNA. Maar een mix van enzymen tegen de verschillende componenten zal werkzaam zijn tegen biofilms van verschillende samenstelling.”

WUR Food and Biobased Research

Hermien van Bokhorst–van de Veen en Hasmik Hayrapetyan zijn onderzoekers van Wageningen Food & Biobased research, binnen het expertise van Applied Food Microbiology van de Wageningen Universiteit & Research (WUR). Van Bokhorst-van de Veen: “Wij werken op projectbasis in bijvoorbeeld EU-projecten, of in publiek-private samenwerkingsprojecten (PPS). We kunnen ook een-op-een met een bedrijf een project doen, als ze een antwoord willen op een bepaalde vraag die ze liever niet met concurrenten delen. We kunnen dus verschillende vragen vanuit de food supply chain beantwoorden die kunnen gaan over microbiologie. We doen ook onderzoek naar voedselveiligheid, -bederf, -hygiëne en fermentatie. De onafhankelijkheid in ons advies staat bij ons hoog in het vaandel.

Quorum sensing

Een ander specifiek aspect van een biofilm is dat er quorum sensing optreedt. Dit is een soort communicatie tussen bacteriën waarbij ze verschillende signaalmoleculen gebruiken. Op basis van dit mechanisme kunnen bacteriën te weten komen hoe druk het om hen heen is, hoeveel soortgenoten er zijn. Zo kunnen ze samenwerken en zich aanpassen aan de omstandigheden. Hoe meer bacteriën er zijn, hoe eerder biofilmvorming mogelijk is. Componenten tegen de signaalmoleculen van quorum sensing worden ook gebruikt als middel ter voorkoming van biofilms.

Besmetting van werkvlakken en apparatuur kan heel makkelijk optreden en daarom is regelmatig testen en schoonmaken zo belangrijk. Hayrapetyan: “Een van de beruchtste voedselpathogenen is Listeria monocytogenes. Het is een organisme dat ook in een koudere omgeving kan groeien zoals de koelkast. Veel andere pathogene micro-organismen kunnen dat niet. Dus als het al in je kant-en-klaar product zit bijvoorbeeld een salade die niet verhit hoeft te worden, kan het daarin uitgroeien. Vooral kwetsbare personen kunnen daar ziek van worden.”
“Veel ingrediënten zijn niet steriel en vormen dus een constante aanvoer van micro-organismen waaronder af en toe pathogenen”, aldus Van Bokhorst-van de Veen. “Afhankelijk van hoe ermee wordt omgegaan, wordt het verhit, gedroogd, is de verhitting in de eindverpakking, moet je rekening houden met een bepaald organisme dat overleeft. Dus moet je altijd alert zijn en regelmatig testen en schoonmaken.”

Lees ook
Ig Nobelprijs voor onderzoek naar bacteriën in kauwgom

Ig Nobelprijs voor onderzoek naar bacteriën in kauwgom

Wat voor micro-organismen krioelen er in een propje op straat gegooide kauwgom? En hoe verschilt dat per land? De onderzoekers die dat uitzochten mochten begin september de Ig Nobelprijs voor ecologie in ontvangst nemen.

Onderzoekers VS maken metaal antibacterieel

Onderzoekers VS maken metaal antibacterieel

Onderzoekers van Purdue University ontwikkelden een methode om metalen oppervlakten te behandelen met antibacteriële peptiden. De techniek kan gebruikt worden om besmettingen in voedselverwerkingsfabrieken te voorkomen.

Wetenschappelijk onderzoek laat hotspots biofilms zien

Wetenschappelijk onderzoek laat hotspots biofilms zien

Oostenrijkse microbiologen onderzochten een vleesverwerkingsfabriek. Ze ontdekten tien hotspots voor biofilm, waaronder afvoerputten en waterslangen. De onderzoekers vonden meer biofilms tijdens productie dan na schoonmaak. Dit laat zien dat schoonmaak helpt, maar niet altijd afdoende is.

Op de hoogte blijven van alles wat er speelt in de voedingsmiddelenindustrie?

 

Abonneren