Katarzyna Śliżewska, Politechnika Łódzka, Wydział Biotechnologii i Nauk o Żywności, Instytut Technologii Fermentacji i Mikrobiologii
Naturalne miejsce występowania bakterii Salmonella to przewód pokarmowy człowieka, zwierząt gospodarskich, domowych i dzikich. Ze względu na małe wymagania pokarmowe pałeczki Salmonella mogą również występować w wielu artykułach spożywczych. Głównie są to artykuły pochodzenia zwierzęcego, takie jak: mięso, drób, jaja i zawierające je produkty, mleko i produkty mleczne, ryby i skorupiaki.
Do zakażeń u ludzi najczęściej dochodzi poprzez spożywanie skażonej żywności. Warto jednak zaznaczyć, że chociaż w przyrodzie aktualnie znanych jest ponad 2500 serotypów bakterii Salmonella, tylko niewielka ich liczba jest źródłem zakażeń człowieka. Spośród 203 różnych serotypów tych bakterii wyizolowanych od kurcząt i indyków w Stanach Zjednoczonych, zaledwie 10-12 serotypów pałeczek odpowiedzialnych było za około 70% salmonelloz u ludzi.
Wnikanie bakterii do wnętrza komórki
Organizm ludzi i zwierząt posiada wiele barier chroniących go przed inwazją mikroflory chorobotwórczej, np. w żołądku i jelicie cienkim panują warunki dalekie od optymalnych dla wzrostu większości bakterii chorobotwórczych. Należą do nich: kwaśne pH żołądka, kwasy żółciowe, ruchy perystaltyczne jelit oraz własna mikroflora będąca ważnym czynnikiem zabezpieczającym organizm przed zakażeniem pałeczkami Salmonella. Ewolucja zdołała jednak przystosować patogeny na działanie bakteriostatycznych substancji i pozwolić im na dotarcie do komórek nabłonka jelitowego oraz kolonizację komórek fagocytujących. Odporność organizmu na kolonizację patogenów wynika z konkurencji wzrostu między mikroflorą bytującą w jelitach, a mikroorganizmami chorobotwórczymi, które dążą do zainfekowania komórek. Prawidłowa mikroflora jest profilowana przez wspólną, korzystną interakcję między błoną śluzową jelita a mikroflorą jelitową, która przeciwdziała wnikaniu np. bakterii Salmonella do nabłonka jelit. Pierwszym etapem inwazji bakteriami Salmonella spp. w komórkach nabłonka jelitowego pokrywającego kępki Peyera jest adherencja bakterii do swoistych miejsc na powierzchni enterocytów oraz komórek M, dzięki obecności na powierzchni komórki flagelli oraz fimbrii. Apikalna część komórek M bogata jest w glikoproteiny, prezentujące odmienną strukturę niż białka znajdujące się blisko enterocytów kosmków jelitowych. Przypuszcza się, że białka te partycypują w przyciąganiu bakterii do powierzchni tych miejsc. Glikoproteiny znajdujące się na powierzchni kosmków jelitowych wykazują swoistą adherencję względem różnych serotypów Salmonella. Wnikanie bakterii Salmonella do wnętrza komórki jest wynikiem wielokierunkowego mechanizmu, którego aktywność elementów składowych jest możliwa dzięki ekspresji wielu genów, głównie inv/spa występującym w regionach odpowiedzialnych za patogenność. Miejsca te nazwano wyspami patogenności PAI (pathogenity island), umożliwiającymi bakteriom Salmonella inwazję komórek nabłonkowych jelita oraz zniszczenie makrofagów. Pałeczki Salmonella mogą zostać wydalone z komórek M, na zasadzie endocytozy oraz przetransportowane do układu limfatycznego jelita GALT (Gut-Associated Lymphoid Tissues). Małą liczbę bakterii na tym etapie można zupełnie zniwelować dzięki mechanizmom swoistej odpowiedzi immunologicznej gospodarza. Duża liczba patogenów może rozprzestrzeniać się początkowo w układzie limfatycznym, następnie przy udziale makrofagów po całym organizmie. Zakażenie uogólnione najczęściej wywołuje Salmonella Typhimurium, która namnaża się głównie w wątrobie i śledzionie zwiększając swoją ilość ponad 100-krotnie dziennie. Po uwolnieniu się powoduje zakażenie krwi, a w następstwie obfitego wzrostu może doprowadzić nawet do śmierci ludzi lub zwierząt. Lista czynników decydujących o wnikaniu bakterii Salmonella nie jest zakończona. Badania nad nimi dostarczają nowych informacji o mechanizmach inwazyjności, którymi dysponuje ta Gram- ujemna pałeczka z rodziny Enterobacteriaceae.
Bezpośrednimi czynnikami wywołującymi zakażenie bakteriami Salmonella u zwierząt mogą być:
- niewłaściwe warunki bytowania, wynikające z postępu technologicznego w masowej produkcji zwierzęcej oraz duże zagęszczenie osobników na niewielkiej powierzchni,
- stosowanie trudnych w czyszczeniu urządzeń do zadawania paszy,
- obecność szkodników, które mogą być naturalnym nosicielem Salmonella,
- czynniki stresogenne, które wywołują zwiększone wydalanie pałeczek jak również obniżenie oporności zdrowych zwierząt,
- stosowanie mieszanek paszowych zanieczyszczonych pałeczkami Salmonella, może stanowić początkowy etap zagrożenia epidemiologicznego w łańcuchu żywnościowym.
W tabeli 1 przedstawiono problemy i działania zapobiegawcze w rozprzestrzenianiu się pałeczek Salmonella wśród drobiu.
Rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady nr 2160/2003 nakłada na kraje członkowskie UE obowiązek zwalczania salmonellozy i eliminacji pałeczek Salmonella u zwierząt, w środowiskach żywienia zwierząt i w żywności pochodzenia zwierzęcego, jak również monitorowanie ich oporności na substancje antybakteryjne. Polska wdrażając nałożone obowiązki wymienionymi aktami prawnymi UE, przystąpiła do oceny sytuacji epidemiologicznej w tym zakresie, jako istotny czynnik ochrony zdrowia człowieka. W celu obniżenia częstości występowania salmonellozy u ludzi, należy wprowadzić skuteczne systemy zapewniające bezpieczeństwo w produkcji, obrocie i przygotowywaniu żywności. Szczególnie pilna potrzeba doskonalenia takiego systemu dotyczy produkcji jaj i mięsa drobiowego. Kontrola żywności pochodzenia zwierzęcego powinna być prowadzona na wszystkich etapach produkcji, a system kontroli przed zakażeniem bakteriami Salmonella powinien być wielokierunkowy i uwzględniać:
- silną bioasekurację i monitoring ferm na każdym etapie produkcji drobiarskiej i w każdym cyklu produkcyjnym,
- produkcję piskląt wolnych od zakażeń,
- stosowanie antybiotyków i innych leków przeciwbakteryjnych w pełni kontrolowane przez lekarza weterynarii,
- szczepienia profilaktyczne,
- stosowanie preparatów zasiedlających przewód pokarmowy korzystną flora bakteryjną i preparatów zakwaszających treść przewodu pokarmowego,
- unikanie zakażeń paszy,
- eliminowanie pałeczek Salmonella ze środowiska hodowlanego (dezynfekcja budynków drobiarskich i środków transportu).
Konieczne jest także wdrożenie i przestrzeganie systemów jakościowych takich jak: dobra praktyka higieniczna GHP (Good Hygienic Practise), dobra praktyka produkcyjna GMP (Good Manufacturing Practise) oraz analiza zagrożeń i krytycznych punktów kontroli HACCP (Hazard Analisis and Critical Control Point). Identyfikacja krytycznych punktów kontroli w produkcji drobiarskiej jest bardzo ważnym aspektem w bezpieczeństwie żywności (Rysunek 1). Największe ryzyko zakażeń niesie ze sobą woda oraz pasza. Ważna jest także praktyka hodowli (zaczynając od wylęgarni, aż po transport ptaków na ubój lub jaj w celach konsumpcyjnych), sposób uboju oraz późniejsze obchodzenie się z produktami mięsnymi oraz jajami. Na uwadze trzeba mieć również stan zdrowotny piskląt, które zostają wprowadzone do hodowli, aby uniknąć wprowadzenia do stada nosicieli tych chorobotwórczych bakterii.
Istotny problem zwalczania bakterii Salmonella dotyczy między innymi: zakażenia mieszanek paszowych, jak również hamowania rozwoju tych bakterii w środowisku przewodu pokarmowego. W rozwiązaniu tych problemów ma służyć odpowiednie żywienie zwierząt, jako czynnik ograniczający zakażenie żywności.
Jak można walczyć z Salmonellą w paszy?
W usuwaniu zakażenia pasz bakteriami patogennymi mogą być stosowane różne zabiegi chemiczne i termiczne. Do środków chemicznych należą: kwas mrówkowy, fosforowy, solny, propionowy, azotowy, siarkowy, alkohol izopropylowy, mrówczany, propioniany oraz fosforan trójsodowy. W zapobieganiu skażenia pasz bakteriami Salmonella szczególne znaczenie ma hydrotermiczna obróbka pasz. W typowych procesach obróbki pasz stosuje się najczęściej temperaturę w zakresie 70-90°C. W temperaturze powyżej 83°C, Salmonella jest eliminowana podczas granulowania. Znaczenie ma również łączenie zabiegów chemicznych i termicznych, które są bardziej efektywne niż działanie tylko podwyższoną temperaturą. Jednak należy pamiętać, że istnieje ryzyko ponownego zakażenia paszy w transporcie, które jest większe dla mieszanek paszowych poddanych obróbce termicznej niż nie poddanych takiemu procesowi. W wielu badaniach oceniano również efektywność promieniowania γ w eliminacji problemu bakterii Salmonella. Wykazano, że dawka promieniowania wynosząca od 15 do 35 kGy jest wystarczająca do produkcji pasz nie zawierających bakterii Salmonella, natomiast mniejsze dawki jedynie zmniejszają liczebność tych bakterii do poziomu nie wykrywalnego przez rutynowe badania. Stosowanie fermentowanych pasz oraz zakwaszanie mieszanek paszowych również zmniejsza liczebność pałeczek Salmonella. Fermentacja pasz związana jest z rozwojem bakterii mlekowych, których aktywność wpływa na wzrost zawartości kwasu mlekowego i octowego. Kwasy te powodują hamowanie rozwoju bakterii patogennych. W badaniach in vitro wykazano, że dodatek do zakażonej paszy 5,7% kwasu mlekowego lub 0,7% kwasu octowego zmniejsza liczbę bakterii Salmonella do niemierzalnego poziomu w ciągu 2 godzin.
Znane są również metody zwalczania bakterii Salmonella wykorzystujące antybakteryjną aktywność takich roślin jak: Organum vulgare, Piper Nigrum, Syzygiom aromaticum i Tymus vulgaris i składników olejków eterycznych (tymol, karakol, piperyna, kurkumina, eugenol). Wykazano również bakteriobójcze i bakteriostatyczne właściwości roślin fitoncytowych tj.: cebula, chrzan, czarna rzepa, gorczyca, czosnek, cynamonowiec, imbir, jałowiec, brzoza, jodła syberyjska, goździkowiec, nasturcja, tymianek, rozmaryn, cząber, kardamon, sosna, mięta, kolendra, seler. Fitoncydy nie hamują czynności układu odpornościowego, często nawet wywierają wpływ immunostymulujący. Wykazują także właściwości fungistatyczne, przeciwzapalne, grzybobójcze oraz pierwotniakobójcze.
Kolejnym działaniem podejmowanym w celu ograniczenia zakażeń bakteriami Salmonella jest stosowanie dodatków zwiększających oporność zwierząt. U kur zakażonych tymi bakteriami wzrasta poziom przeciwciał (IgA, IgG i IgM), dlatego korzystne jest wzbogacanie diety w czynniki wspomagające odporność tj.: selen, β-glukan. Również substancje oparte o związki nitrowe i chlorany są dodatkami działającymi selektywnie niszcząc patogeny jelitowe.
Dodatek aktywowanego węgla drzewnego może absorbować różne patogeny jelitowe. Połączenie aktywowanego węgla drzewnego z płynnym octem drzewnym wpływa na zahamowanie rozwoju bakterii Salmonella Enteritidis z kałomoczu drobiu. Korzystny wpływ na hamowanie rozwoju bakterii Salmonella mają również wszystkie czynniki ograniczające ryzyko wystąpienia problemu tzw. „mokrej ściółki”. Należy tu wymienić m. in.: unikanie nadmiaru soli w paszy, dobrą jakość tłuszczu, ograniczenie udziału takich zbóż jak pszenżyto i jęczmień, eliminacje mikotoksyn z pasz, profilaktykę infekcji powodowanych między innymi przez bakterie Campylobacter jejuni i Escherichia coli.
Stosowanie preparatów probiotycznych, które zawierają zwykle pojedyncze lub kilka różnych kultur bakterii fermentacji mlekowej korzystnie wpływa na hamowanie rozwoju bakterii patogennych, w tym Salmonella. Szczepy probiotyczne konkurują z mikroorganizmami patogennymi o adhezję i kolonizację błon biologicznych. Probiotyczne bakterie adherując, tworzą trwałe, cienkie warstwy zwane biofilmem. Badania naukowe potwierdziły, że bakterie z rodzaju Lactobacillus wykazują lepsze właściwości adhezyjne do śluzu jelitowego kurcząt niż pałeczki Salmonella. Ponadto stwierdzono, że adhezja bakterii Lactobacillus fermentum i L. acidophilus, zarówno łącznie jak i osobno, do śluzu jelitowego kurcząt, znacznie ograniczała możliwości adhezyjne patogenów. W kontroli układu mikroflory jelitowej ogromną rolę odgrywają metabolity bakterii mlekowych o aktywności antagonistycznej w stosunku do mikroorganizmów patogennych. Wśród związków hamujących ich rozwój za najistotniejsze uważa się kwasy organiczne, w tym szczególnie kwas mlekowy i octowy oraz nadtlenek wodoru i bakteriocyny.
Dymaniczny rozwój produkcji drobiarskiej i wzrost spożycia mięsa drobiowego i jaj nabierają istotnego znaczenia z punktu widzenia sanitarno-epidemiologicznego. Produkowana bowiem żywność musi być bezpieczna. Starania czynione w celu zapobiegania i zwalczania bakterii Salmonella należy rozpocząć już od wylęgarni. Na uwadze trzeba mieć stan zdrowotny piskląt, które zostają wprowadzone do hodowli, aby uniknąć wprowadzenia do stada nosicieli chorobotwórczych patogennych bakterii. Ważna jest również właściwa praktyka hodowli, sposób uboju oraz późniejsze obchodzenie się z produktami mięsnymi oraz jajami. Dane literaturowe wskazują, że właściwa kontrola na etapie produkcji pierwotnej oraz uboju zwierząt nawet 100-krotnie zmniejsza ryzyko zatruć pokarmowych spowodowanych obecnością pałeczek Salmonella w żywności. Jest to szczególnie ważne z punktu widzenia hodowcy zwierząt i konsumenta.