Επίδραση των γλυκαντικών στην ανάπτυξη του παθογόνου μικροοργανισμού Listeria monocytogenes και του προβιοτικού Lactobacillus pentosus

Abstract

Η διαρκής αύξηση των περιστατικών παχυσαρκίας, καθώς και η συνεχόμενη ευαισθητοποίηση των καταναλωτών σε θέματα υγείας που σχετίζονται με την υπερκατανάλωση της ζάχαρης, έχουν οδηγήσει στην αντικατάσταση της επιτραπέζιας ζάχαρης με μια ευρεία γκάμα γλυκαντικών. Έτσι, έχει αυξηθεί η κατανάλωση τροφίμων που περιέχουν γλυκαντικά χαμηλής θερμιδικής αξίας ή μη θερμιδικά γλυκαντικά. Τα γλυκαντικά αυτά δίνουν τη δυνατότητα στο τρόφιμο που προστίθενται ναι μεν να διατηρούν την γλυκύτητά τους αλλά ταυτόχρονα να έχουν μειωμένο θερμιδικό περιεχόμενο. Ωστόσο, η αντικατάσταση της ζάχαρης με γλυκαντικά μπορεί να αλλάξει τις χαρακτηριστικές ιδιότητες των τροφίμων και να επηρεάσει τη δυναμική των βακτηρίων και τη μικροβιολογική ασφάλεια του τροφίμου. Πολλές μελέτες αναφέρουν την επίδραση των γλυκαντικών στην μικροβιολογική ασφάλεια του τροφίμου. Ο σκοπός της παρούσας μελέτης ήταν να αξιολογηθεί η επίδραση των γλυκαντικών στην μικροβιολογική ανάπτυξη και στην γονιδιακή έκφραση ενός παθογόνου βακτηρίου της Listeria monocytogenes και ενός γαλακτικού προβιοτικού βακτηρίου του Lactobacillus pentosus. Συγκεκριμένα, τα βακτηριακά στελέχη εμβολιάστηκαν με κυτταρικό πληθυσμό 10^2 CFU/ml, σε θρεπτικό ζωμό με γλυκόζη ή με τα επιλεγμένα γλυκαντικά, στις συγκεντρώσεις 2,5% και 10% w/v. Οι γλυκαντικές ουσίες που χρησιμοποιήθηκαν είναι έξι γλυκαντικά ευρέως χρησιμοποιούμενα στη βιομηχανία τροφίμων. Οι εμβολιασμένοι ζωμοί επωάστηκαν στις ιδανικές συνθήκες και η βακτηριακή τους ανάπτυξη προσδιορίστηκε με χρόνους ανίχνευσης απορρόφησης και περιγράφηκε μέσω προσδιορισμού των εξής παραμέτρων: 1) Tdet (ο χρόνος ανίχνευσης ο οποίος απαιτείται για να παρατηρηθούν αλλαγές στην οπτική πυκνότητα του μέσου ανάπτυξης), 2) MSrODC (η μέγιστη κλίσης των αλλαγών στην οπτική πυκνότητα) και 3) το εμβαδόν (περιοχή) κάτω από την καμπύλης οπτικής πυκνότητας/χρόνου.Στα αποτελέσματα που προέκυψαν πραγματοποιήθηκε στατιστική ανάλυση (ANOVA) για να διαπιστωθεί αν υπάρχουν στατιστικά σημαντικές διαφορές μεταξύ των παραγόντων. Επίσης, κατά τη διάρκεια της επώασης, συλλέχθηκαν δείγματα που προέρχονταν από διαφορετικές φάσεις ανάπτυξης και υποβλήθηκαν σε ανάλυση γονιδιακής έκφρασης μέσω αλυσιδωτής αντίδρασης πολυμεράσης με αντίστροφη μεταγραφή σε πραγματικό χρόνο (RT-PCR). Πιο συγκεκριμένα, το ολικό RNA εξήχθη από τα δείγματα αυτά και προσδιορίστηκε η έκφραση γονιδίων που εμπλέκονται στην παθογένεια, την αίσθηση απαρτίας, τον σχηματισμό βιοϋμενίων και άλλα χαρακτηριστικά. Ποικίλα ευρήματα παρατηρήθηκαν σχετικά με τη συμπεριφορά των εξεταζόμενων βακτηρίων στις διάφορες συνθήκες που υποβλήθηκαν (γλυκόζη έναντι γλυκαντικών και στις δύο συγκεντρώσεις) και η ανάλυση της γονιδιακής έκφρασης οδήγησε σε σημαντικές πληροφορίες σχετικά με τις γενετικές τους αποκρίσεις. Συνολικά, οι έρευνες που έχουν γίνει ως τώρα για τις πιθανές επιδράσεις των γλυκαντικών στην ανάπτυξη των βακτηρίων στα τρόφιμα είναι ελάχιστες, και για το λόγο αυτό πρέπει να γίνουν περαιτέρω αναλυτικές μελέτες για τη διασφάλιση της καλύτερης ασφάλειας και ποιότητας των τροφίμων.

The continuous increase in the incidence of obesity, as well as the continuous consumer awareness of health issues related to the overconsumption of sugar, has led to the replacement of table sugar with a wide range of sweeteners. This has resulted in an increase in the consumption of foods containing low-calorie or non-caloric sweeteners. These sweeteners make the food, that are added into, capable to retain its sweetness and at the same time to have a reduced caloric content. However, replacing sugar with sweeteners may alter the characteristic properties of food and affect its bacterial dynamics and microbiological safety. Few studies have focused on the effect of sweeteners on the microbiological safety of food. The aim of the present study was to evaluate the effect of sweeteners on the microbiological growth and gene expression of a pathogenic bacterium Listeria monocytogenes and a lactic probiotic bacterium Lactobacillus pentosus. Specifically, bacterial strains were inoculated with a cell population of 10^2 CFU/ml, in nutrient broth with glucose or with the selected sweeteners, in concentrations 2.5% or 10% w/v. The sweeteners used are six sweeteners widely used in the food industry. The inoculated broths were incubated under ideal conditions and their bacterial growth was determined by absorbance detection times and described by determining the following parameters: 1) Tdet (the detection time required to observe changes in the optical density of the growth medium), 2) MSrODC (the maximum incline of the optical density changes) and 3) the area under the optical density/time curve. The data were then examined by a statistical analysis (ANOVA), to determine if there are statistically significant differences between the factors. Also, during incubation, samples from different growth phases were collected and subjected to gene expression analysis by real-time reverse transcription-polymerase chain reaction (RT-PCR). More specifically, total RNA was extracted from these samples and the expression of genes involved in pathogenesis, quorum sensing, biofilm formation and other characteristics was determined. A variety of findings were observed regarding the behavior of the examined bacteria under the different conditions they were subjected to (glucose versus sweeteners at different concentrations) and genomic analysis led to important information about their genetic responses. Overall, the research done so far on the possible effects of sweeteners on the growth of bacteria in food is very weak, and therefore further detailed studies are needed to ensure the optimal food safety and quality.