Forschung

Forschungsarbeiten der letzten Jahre haben gezeigt, dass Nutzpflanzen als Sekundärwirte für Humanpathogene fungieren können, und es stellt sich die Frage, welchen Einfluss diese Interaktion sowie die technologischen Prozesse in der Lebensmittelherstellung auf die Virulenz von Pathogenen haben. Unser besonderes Interesse gilt der Interaktion des humanpathogenen Bakteriums Listeria monocytogenes mit der Salatpflanze und soll basierend auf diesen Hypothesen erforscht werden:

• Pathogene nutzen ähnliche molekulare Mechanismen zur Adhäsion an/ Internalisierung in Kulturpflanzen wie im menschlichen Wirt. Hier wird die Genregulation in repräsentativen Stämmen in Anwesenheit der Pflanze untersucht. Zusätzlich soll der Einfluss der Lokalisation der Bakterien auf und in der Pflanze mit der Expression ausgewählter Gene korreliert werden. Als relevant identifizierte Strukturen würden zuerst mittels Deletionsmutagenese der zugehörigen Gene bestätigt. Die Interaktion von Wildtypstämmen sowie Deletionsmutanten und Pflanzen wird mittels mikroskopischer Methoden evaluiert.
• Pathogene reagieren auf den Wirt durch Änderung der Transkriptionsmuster, was zu einer veränderten Virulenz führt. Es soll durch Transcriptomics (DualRNASeq) die Anpassung von adhärierenden und/oder internalisierten Bakterien untersucht werden, und inwieweit sich diese auf die Virulenz und Resistenz der Bakterien auswirken. Da Pflanzen immer auch eine autochthone Mikrobiota besitzen und da davon ausgegangen werden muss, dass diese Mikroorganismen direkt oder indirekt interagieren, ist statt einer einfachen Beziehung ein Netzwerk von Parametern zu untersuchen.

Mittels „omics“ Technologien sollen Stämme selektieren werden, die in Lebensmitteln die gewünschten Eigenschaften aufweisen.

Ein Teil dieser Arbeiten baut auf ein bereits abgeschlossenes FEI-Projekt (AiF 19688 N) auf. Lactococcus lactis ist ein in der Milchindustrie zur industriellen Fermentation eingesetzter Starterorganismus. Stämme dieser Spezies sind auf Grund ihres Plasmidoms genetisch divers. Die für das Wachstum in Milch essentiellen Enzyme des proteolytischen Systems sind ebenfalls teilweise plasmidkodiert. Aus der industriellen Erfahrung ist bekannt, dass manche Stämme die Bildung von Bitterpeptiden induzieren, andere aber nicht. Es ist unbekannt, welche genetischen Determinanten in Kombination mit welchen Umgebungsbedingungen, besonders erhöhten Calciumgehalten, wie sie in der Fermentation von Konzentraten auftreten, dazu führen. Basierend auf eigenen Ergebnissen wird die Hypothese aufgestellt, dass Calcium einen Einfluss auf die Bildung von Bitterpeptiden durch Starterkulturen hat, der nicht in einer unterschiedlichen Transkription der für die Enzyme/Proteine des proteolytischen Systems kodierenden Gene begründet ist.

In einem durch die Allianz industrieller Forschung über den Forschungskreis der Ernährungsindustrie geförderten Projekt wird erforscht, wie mittels Fermentation aus pflanzlichen Rohstoffen Analoge für Rohwurst und Rohmilchkäse hergestellt werden können. Diese Arbeiten finden an der Universität Hohenheim statt. Hierfür müssen Mikroorganismen als Starterkulturen identifiziert werden, die in den entsprechenden Rohwaren und unter den gewählten Prozessbedingungen reproduzierbar den pH-Wert absenken und durch Bildung von antimikrobiellen Wirkstoffen die Vermehrung von humanpathogenen Bakterien oder Verderbsorganismen verhindern. Die ausgewählten Stämme sollen antinutritive Substanzen in den pflanzlichen Rohstoffen abbauen, wodurch es zu einer Verminderung von Fehlgerüchen kommen soll.

Diese Forschungsarbeiten werden im Rahmen des bereits laufenden Marie Skłodowska Curie Innovative Training Network Projektes ITN-ETN-956257 HiStabJuice “Establishing a strong and lasting international training network for innovation in food and juice industries: A 4D-research approach for fruit juice processing” durchgeführt. In diesem Projekt mit insgesamt 17 universitären und industriellen Partnern werden klassische und nicht-thermische Inaktivierungsverfahren hinsichtlich ihres Einflusses auf Mikroorganismen, Enzyme und wertgebende Bestandteile der Lebensmittel miteinander verglichen. Die Hypothesen des Teilprojektes sind wie folgt:

• Durch Auswahl geeigneter Parameter können mit nicht-thermischen Verfahren gleiche Keimzahlreduktionen erzielt werden wie mit konventionellen Verfahren. Dafür werden der Einfluss thermischer und nicht-thermischer Inaktivierungsverfahren auf Verderbniserreger und Pathogene bestimmt und die D- und z-Werte ausgewählter Verderbniserreger und Pathogene in Puffersystemen und Lebensmittelmatrices analysiert.
• Eine Auswahl von repräsentativen Surrogatorganismen für enterohämorrhagische E. coli (in Zusammenarbeit mit FG Lebensmittelmikrobiologie und -hygiene, Universität Hohenheim) und Salmonella spp. ist möglich. Dazu wird das Absterbeverhalten potenzieller Surrogate in vitro in Puffersystemen und in Lebensmittelmatrices evaluiert. Ausgewählte Stämme werden im Pilotmaßstab (Kooperation mit der Industrie) untersucht.
• Konventionelle und nicht-thermische Verfahren haben unterschiedliche Einflüsse auf die Genexpression von Mikroorganismen. Der Einfluss konventioneller und nicht-thermische Verfahren auf die globalen Genexpressionsmuster ausgewählter Stämme wird mittels RNASeq untersucht. Besonderes Augenmerkt wird auf Virulenzgene gelegt.