Untersuchung der Unterschiede in der Empfindlichkeit von Campylobacter jejuni-Stämmen gegenüber UV-Licht

Scientific Reports Band 13, Artikelnummer: 9459 (2023) Diesen Artikel zitieren

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Campylobacter jejuni genießt weltweit weiterhin hohe Priorität in der öffentlichen Gesundheit. Derzeit wird die Technologie ultravioletter Leuchtdioden (UV-LED) erforscht, um den Campylobacter-Gehalt in Lebensmitteln zu reduzieren. Es sind jedoch Herausforderungen wie Unterschiede in der Arten- und Stammanfälligkeit, Auswirkungen wiederholter UV-Behandlungen auf das Bakteriengenom und das Potenzial zur Förderung des antimikrobiellen Kreuzschutzes oder zur Auslösung der Biofilmbildung aufgetreten. Wir untersuchten die Anfälligkeit von acht klinischen und landwirtschaftlichen C. jejuni-Isolaten gegenüber UV-LED-Exposition. UV-Licht bei 280 nm induzierte unterschiedliche Inaktivierungskinetiken zwischen den Stämmen, von denen drei eine Reduktion von mehr als 1,62 log KBE/ml aufwiesen, während ein Stamm mit einer maximalen Reduktion von 0,39 log KBE/ml besonders resistent gegen UV-Licht war. Allerdings verringerte sich die Inaktivierung bei diesen drei Stämmen um 0,46–1,03 log KBE/ml und stieg im resistenten Isolat nach zwei wiederholten UV-Zyklen auf 1,20 log KBE/ml. Genomische Veränderungen im Zusammenhang mit der UV-Lichtexposition wurden mithilfe von WGS analysiert. Es wurde auch festgestellt, dass C. jejuni-Stämme mit veränderten phänotypischen Reaktionen nach UV-Exposition Veränderungen in der Biofilmbildung und der Anfälligkeit gegenüber Ethanol und Oberflächenreinigern aufweisen.

Campylobacter spp. gehören derzeit zu den häufigsten durch Lebensmittel übertragenen Krankheitserregern und werden schätzungsweise jedes Jahr weltweit mit etwa 500 Millionen Campylobacteriose-Fällen in Verbindung gebracht. Als Erreger wurde in den meisten Fällen Campylobacter jejuni angegeben1. Geflügelfleisch ist häufig (60–80 %) mit Campylobacter spp. kontaminiert. und gilt als Hauptinfektionsquelle beim Menschen. Die Massenproduktion von Geflügel hat zur Verbreitung von C. jejuni unter Herden beigetragen, was zu einem hohen Anteil dieses Bakteriums im Geflügelfleisch des Einzelhandels führte. Folglich wurden auf landwirtschaftlicher und verarbeitender Ebene Anstrengungen unternommen, um die Anzahl von C. jejuni in Geflügelfleisch zu reduzieren. Mehrere Interventionen wie antimikrobielle Wirkstoffe, Impfstoffe, Warmwasser und Dampfbehandlung von Schlachtkörpern wurden als potenzielle Interventionen in der Geflügelproduktionskette untersucht2.

Ultraviolettes (UV) Licht hat sich aufgrund seiner Wirksamkeit bei der mikrobiellen Dekontamination von Oberflächen, Wasser und Luft als potenzielle Desinfektionstechnologie herausgestellt. Die Anwendung dieser nicht-thermischen Technologie in flüssigen Lebensmitteln und Lebensmitteloberflächen wurde auch im Agrar- und Lebensmittelsektor evaluiert, mit dem Ziel einer zukünftigen Implementierung in der Lebensmittelkette3. UV-Licht liegt in einem spezifischen Wellenlängenbereich von 100–400 nm im elektromagnetischen Spektrum, wobei der Bereich von 200–280 nm, auch UV-C genannt, nachweislich die maximale Inaktivierungswirkung für eine Vielzahl von Mikroorganismen hat . Die Wirkungsmechanismen von UV-C sind in der Literatur gut beschrieben4,5 und beinhalten die Bildung von Dimeren in der DNA wie Cyclobutan-Pyrimidin-Dimeren (CPDs) und Pyrimidin-6–4-Pyrimidon-Photoprodukten (6-4PPs), die zu Läsionen führen. Diese Läsionen beeinträchtigen die RNA-Transkription und DNA-Replikation und stören die normale Funktion der Zelle, was zum Zelltod führt3,4.

Zur Erzeugung von UV-Licht werden in der Industrie häufig Quecksilberlampen eingesetzt. Allerdings stellt Quecksilber eine giftige Gefahr dar, die Auswirkungen auf Mensch und Umwelt haben kann. Daher sind in den letzten Jahren andere Alternativen wie die UV-Leuchtdioden-Technologie (UV-LED) entstanden, um dieses Problem zu lösen. UV-LED-Geräte bieten gegenüber Quecksilberlampen weitere Vorteile, wie unter anderem niedrige Kosten, hohe Haltbarkeit, geringe Wärme- und Energieemissionen und Flexibilität. Dennoch erfordern diese neuartigen Geräte weitere Untersuchungen für ihre mögliche Umsetzung als Desinfektionsstrategien im Agrar- und Lebensmittelsektor5,6.

Laut Alvarez-Ordonez et al.7 können neuartige Verarbeitungstechnologien, die zur Lebensmitteldekontamination eingesetzt werden, wie UV-Licht, bei einigen Bakterien eine adaptive Reaktion auslösen und aufgrund der charakteristischen Subletalität des Stresses zu beständigeren Zellen führen. Daher kann die Wirksamkeit der Desinfektion nach mehreren Behandlungen mit derselben Technologie verringert werden7. Insbesondere wurde dokumentiert, dass UV-Lichtbehandlungen von der mikrobiellen Wachstumsrate, den optischen Eigenschaften der Matrix sowie den mikrobiellen Stamm- und Artenunterschieden beeinflusst werden. Letzteres kann bei der Bewertung der Wirksamkeit von UV-Licht von Bedeutung sein, wenn bei Stämmen derselben Art eine hohe Variabilität der UV-Resistenz festgestellt wurde8. Beispielsweise beobachteten Haughton et al.9 erhebliche Unterschiede in der Inaktivierungskinetik von 10 Campylobacter-Stämmen, wenn eine UV-Lampe und UV-LED-Geräte verwendet wurden. In einer anderen Studie wurden auch unterschiedliche Anfälligkeiten bei UV-Licht ausgesetzten Listeria-monocytogenes-Stämmen festgestellt, die Wachstumsphase hatte jedoch keinen Einfluss auf die Anfälligkeit10. Hinweise auf eine stammspezifische Variabilität bei der Resistenz gegen UV-Licht deuten darauf hin, dass weitere Informationen erforderlich sind, um dieses Phänomen zu verstehen und zukünftige Aussichten für die Implementierung von UV-LED zu unterstützen11. Beim Einsatz dieser Technologie bestehen weitere Herausforderungen, darunter die Auswirkungen wiederholter UV-Behandlung auf die Anfälligkeit von Bakterienzellen, die Bildung von Biofilmen und/oder die Co-Selektion für eine verringerte Anfälligkeit gegenüber Desinfektionsmitteln. Obwohl der Zusammenhang zwischen Biofilmbildung und UV-Resistenz in Bakterienzellen nach UV-Exposition noch wenig erforscht ist, hat sich gezeigt, dass die Resistenz gegen UV-Licht Kreuzschutzwirkungen gegen Stressfaktoren wie Ethanol, Säure, Hitze und Wasserstoffperoxid hat. Studien zur Bewertung dieses Kreuzschutzphänomens reichen jedoch nicht aus, um eindeutige Schlussfolgerungen zu ziehen7,10,11,12.

Die Ziele dieser Studie waren: (i) Untersuchung der Anfälligkeit von acht C. jejuni-Feldisolaten und einem Referenzstamm gegenüber einer einmaligen Exposition gegenüber UV-LED-Licht (UV280) und vier der ersteren Stämme gegenüber einer wiederholten Exposition gegenüber UV280 auf ihre beobachtete UV-Anfälligkeit, (ii) um alle beobachteten genomischen Veränderungen nach der Behandlung mithilfe der Gesamtgenomsequenzierung (WGS) zu untersuchen, (iii) um zu beurteilen, ob die Behandlung mit UV280 zu einer erhöhten Resistenz gegenüber Desinfektionschemikalien führen oder die Bildung von Biofilmen induzieren könnte.

Die Auswirkungen einer UV280-Exposition für 1, 3, 5, 7 und 11 Minuten auf neun C. jejuni-Stämme sind in Abb. 1 dargestellt. Im Allgemeinen zeigten alle untersuchten C. jejuni-Stämme danach Reduktionen von mehr als 0,8 Log KBE/ml 11 Minuten UV-Lichtexposition, mit Ausnahme von NCTC 11168, das besonders widerstandsfähig gegenüber dem UV-Inaktivierungseffekt war, mit einer maximalen Reduzierung von 0,39 ± 0,23 Log KBE/ml. MF6671 war der anfälligste Stamm gegenüber UV-Licht mit der höchsten Bakterienreduktion (1,62 ± 0,33 Log KBE/ml), gefolgt von MF716 (1,59 ± 0,37 Log KBE/ml) und MF13415 (1,51 ± 0,19 Log KBE/ml). Unterschiede in der Inaktivierungskinetik wurden zwischen diesen Stämmen beobachtet, wenn UV bei 280 nm angewendet wurde. Sieben von neun Stämmen waren gegenüber längeren UV-Lichtbehandlungen resistent, sodass eine Behandlungsdauer von 11 Minuten nicht zu einer signifikant höheren Bakterienreduktion führte als kürzere Behandlungszeiten (p ≥ 0,05).

Bakterienreduktionen (Log KBE/ml), die bei den neun C. jejuni-Stämmen vor und nach UV-Exposition bei 280 nm für 0, 1, 3, 7, 9 und 11 Minuten beobachtet wurden. Statistische Unterschiede zwischen den Behandlungen sind mit * gekennzeichnet (p < 0,05).

Die Stämme MF6671, MF13415, 5.33 AP und NCTC 11168 wurden aufgrund ihrer unterschiedlichen Inaktivierungskinetik unter UV-Licht bei 280 nm ausgewählt, wie in Abb. 1 dargestellt. Um die Wirkung wiederholter UV-Exposition auf diese Stämme zu bewerten, wurde die Bakterienreduktion nach einer Verdoppelung ermittelt Die UV-Behandlung wurde mit der Reduzierung durch eine Einzelbehandlung verglichen (siehe Abb. 2). Überraschenderweise nahm die Wirksamkeit der zweiten Behandlung mit UV280 deutlich ab, wenn sie 1 Minute lang auf die Stämme MF6671 (von 1,81 auf 0,78 Log KBE/ml) und MF13415 (von 1,43 auf 0,78 Log KBE/ml) und 11 Minuten lang auf MF13415 ( von 1,51 bis 1,05 Log KBE/ml) (p < 0,05). Darüber hinaus wurde bei 5,33 AP der gegenteilige Effekt beobachtet, wobei die Reduzierung von 0 auf 0,49 log KBE/ml nach 1-minütiger Exposition und 1,23–2,35 log KBE/ml nach 11-minütiger Exposition anstieg (p < 0,05). NCTC 11168 verzeichnete nach 11-minütiger Exposition einen Anstieg der Bakterienreduktion von 0,39 auf 1,05 Log KBE/ml (p < 0,05). Somit erhöhte die wiederholte Behandlung mit UV280 die Anfälligkeit der letztgenannten Stämme deutlich. Darüber hinaus zeigte sich, dass 11-minütige Behandlungen mit UV280 die Toleranz der C. jejuni-Stämme, die 2 UV-Zyklen lang behandelt wurden, im Vergleich zu denen, die 1 Minute lang behandelt wurden, verringerten (p < 0,05).

Bakterienreduktionen (Log KBE/ml), die bei den vier ausgewählten C. jejuni-Stämmen beobachtet wurden, wenn sie 1 und 11 Minuten lang einem oder zwei UV-Zyklen bei 280 nm ausgesetzt wurden. Statistische Unterschiede zwischen den Behandlungen sind mit * gekennzeichnet (p < 0,05).

Die WGS-Analyse wurde durchgeführt, um mögliche Unterschiede in den Genomen der C. jejuni-Stämme zu untersuchen, die vor und nach der UV-Behandlung unterschiedliche Inaktivierungskinetiken zeigten. Das Pangenom der 9 C. jejuni-Stämme ist in Abb. 3 dargestellt. Im Kerngenom dieser Stämme wurden 12.334 Genaufrufe und 1356 Gencluster gefunden. Darüber hinaus bestand das Gesamtgenom aus 2173 Genclustern und 15.414 Genen. Das Pangenom dieser Stämme wies zwei Cluster auf, von denen die Stämme MF6671, MF13415, 5.33 AP und C16 sowie die Stämme NCTC 11168, A28f64, MF716, A21f105 und MF701989 zusammengefasst wurden. Herkunft und Quelle der isolierten Stämme hatten keinen Einfluss auf die Clusterbildung.

Cluster-Tree-Analyse der Pangenome von C. jejuni-Stämmen sowie Herkunft und Quelle der eingeschlossenen Isolate mit neun Stämmen, die keinem UV-Licht ausgesetzt waren.

Potenzielle Mutationen im Genom UV-behandelter C. jejuni-Stämme wurden mit Snippy analysiert, um UV-behandelte Genome mit nicht behandelten zu vergleichen. Eine Heatmap von Mutationen basierend auf SNPs und Indels ist in Abb. 4 dargestellt. Mutationen in nicht-kodierenden Sequenzregionen (CDS) oder solche, die hypothetische Proteine betreffen, wurden nicht berücksichtigt und sind im Ergänzungsmaterial (Ergänzungstabelle S.1) zu finden. Im Allgemeinen traten UV-induzierte Mutationen unabhängig von der Behandlungszeit im Genom von NCTC 11168, 3,55 AP und im apt-Gen in MF6671 und MF13415 auf, das für Adeninphosphoribosyltransferase kodiert, wenn es 1 oder 11 Minuten lang UV-Licht bei 280 nm ausgesetzt wurde. Darüber hinaus wurden Mutationen aufgrund von SNPs, Deletionen und Insertionen gleichermaßen beobachtet. Jedes mutierte Gen wurde einem KEGG-Signalweg zugeordnet, um den möglichen Einfluss von UV-Licht auf die Funktion und Struktur von Bakterien zu untersuchen. Es wurde festgestellt, dass NCTC 11168 die höchste Anzahl an Mutationen aufwies, wobei ein breites Spektrum an Stoffwechselwegen, Strukturen und Funktionen durch UV-Exposition beeinflusst wurde und die Reaktion identisch war, obwohl es unabhängig unterschiedlichen UV-Expositionszeiten ausgesetzt war (Abb. 4). Eine SNP-Mutation im waaA-Gen (Glykan-Biosynthese und -Metabolismus) wurde im 5.33 AP-Stamm gefunden, der 1 Minute lang UV-Licht ausgesetzt wurde, im Gegensatz zum gleichen Stamm, der 11 Minuten lang behandelt wurde. Darüber hinaus wurden andere Mutationen in Genen, die mit der Translation sowie dem Kohlenhydrat-, Cofaktoren- und Vitaminstoffwechsel verbunden sind, festgestellt, als 5,33 AP beiden Expositionszeiten ausgesetzt wurde. Nach UV-Exposition zeigte das am Nukleotidstoffwechsel beteiligte apt-Gen eine Mutation in den Stämmen MF6671 und MF13415. Bei diesen beiden Stämmen wurden weitere Mutationen in Genen gefunden, die mit dem Kohlenhydrat- und Aminosäurestoffwechsel, dem Flagellenaufbau sowie der Replikation und Reparatur zusammenhängen.

Dargestellt ist eine Heatmap der Snippy-Befunde für ausgewählte C. jejuni-Stämme, die 1 und 11 Minuten lang UV-Strahlung bei 280 nm ausgesetzt wurden, wobei die Art der Mutation angegeben ist: Einzelnukleotidpolymorphismen (SNPs), Insertionen und Deletionen; und KEGG-Pfade für jedes mutierte Gen enthalten.

Das Wachstum von Campylobacter-Biofilmen wurde in nährstoffreichen (TSB) und nährstoffarmen (M9) Medien sowohl unter aeroben als auch mikroaeroben Bedingungen bei zwei verschiedenen Temperaturen (37 und 4 °C) beurteilt, und die Ergebnisse wurden nach 24-stündiger Inkubation beurteilt . Dieses Protokoll wurde mit Kulturen wiederholt, die 7 Minuten lang UV280 ausgesetzt waren. Die stärkste Biofilmbildung wurde bei jedem C. jejuni-Isolat beobachtet, wenn es in einem nährstoffreichen Medium bei 37 °C unter mikroaeroben Bedingungen gezüchtet wurde. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengefasst. Von den 9 Isolaten zeigten drei die Fähigkeit, starke Biofilme zu bilden bei niedrigen Temperaturen in Abwesenheit von Sauerstoffkonzentrationen in der Umgebung, während eine geringe Nährstoffverfügbarkeit in den meisten Isolaten zur Bildung schwächerer Biofilme beitrug. Allerdings zeigten der Referenzstamm C. jejuni NCTC 11168 und die Isolate C16, MF701989, MF13415, MF6671, 5.33 AP und a28f64 bei 37 °C unter mikroaeroben Bedingungen in nährstoffbegrenztem (M9) Medium eine gewisse moderate Biofilmbildung. Unter aeroben Bedingungen bei 4 °C wurde in den Rich Media nur bei einem Isolat (a21f105) eine stärkere Biofilmbildung beobachtet, während bei zwei weiteren Isolaten (C16 und MF701989) eine mäßige Biofilmbildung beobachtet wurde. Unter den gleichen Bedingungen wurde bei den meisten Campylobacter-Isolaten bei geringer Nährstoffhäufigkeit eine schwache Biofilmbildung beobachtet.

Mit UV-Licht behandelte Isolate zeigten im Vergleich zu unbehandelten Isolaten unter allen in dieser Studie verwendeten Bedingungen eine geringere Fähigkeit zur Bildung von Biofilmen. Wachstumsbedingungen mit reichlich Nährstoffen (TSB), wärmeren Temperaturen (37 °C) und der Anwesenheit von Sauerstoff führten zu dem stärksten Biofilmwachstum in UV280-behandelten Zellen, obwohl die Biofilmbildungskapazität in unbehandelten Zellen bei allen Stämmen mit Ausnahme von noch geringer war isoliert a28f64 und MF6671. Niedrige Wachstumstemperatur und geringer Nährstoffreichtum (M9-Medium) führten bei allen Isolaten mit Ausnahme von a21f105 zu einer signifikanten Verringerung (p < 0,05) der Biofilmbildung nach UV-Behandlung. Die Behandlung mit UV280 reduzierte die Biofilmbildung unter allen Bedingungen für jedes untersuchte Isolat signifikant (p < 0,05) (Tabelle 1).

In Tabelle 2 zeigten 3 von 9 Stämmen vor der UV-Behandlung von Zellsuspensionen eine Anfälligkeit gegenüber Ethanol, Haushaltsbleichmittel (Natriumhypochlorit) und Haushaltsoberflächenreinigerlösungen, mit Ausnahme von C16, 5,33 AP, NCTC 11168. Darüber hinaus ist das antimikrobielle Mittel Die Wirkung dieser Lösungen war bei der Mehrzahl der C. jejuni-Stämme verringert, wenn sie einer Temperatur von 4 °C ausgesetzt wurden. Während die Stämme MF13415 und NCTC 11168 bei 4 °C keine Zellaktivität zeigten, zeigten andere Stämme, darunter A21F105, C16, MF701989, MF716 und a28f64, selbst bei empfohlenen Arbeitskonzentrationen eine höhere Widerstandsfähigkeit gegenüber den untersuchten Verbindungen. Der Einsatz der UV-LED-Technologie verbesserte oder hielt die Inaktivierungswirksamkeit dieser Desinfektionsmittel bei 5 von 9 Stämmen aufrecht. Dennoch zeigte das Isolat C16 bei 42 °C nach der UV-Behandlung eine verringerte Empfindlichkeit gegenüber Ethanol, während nur der Reiniger auf Tensidbasis bei 42 °C noch eine Wirkung gegen UV-behandeltes MF716 zeigte. Ebenso war die Beständigkeit gegenüber EtOH- und NaOCl-basierten Reinigern bei UV-behandelten Zellen von MF6671 und bei MF701989 gegenüber EtOH und dem Oberflächenreiniger höher (Tabelle 2). Eine erhöhte Empfindlichkeit gegenüber EtOH insbesondere wurde auch nach UV-Behandlung bei den Isolaten MF13415, NCTC 11168 und insbesondere 5.33 AP beobachtet, die gegenüber jeder getesteten antimikrobiellen Klasse empfindlicher waren. Dies ist bemerkenswert, da unbehandelte Suspensionen von 5,33 AP eine größere Widerstandsfähigkeit zeigten, wenn Desinfektionsmittel eingesetzt wurden. Die Einwirkung von UV-Licht und die Inkubation bei 4 °C führten zu einer erhöhten Empfindlichkeit von a21f105 gegenüber Ethanol und MF701989 und 5,33 AP gegenüber NaOCl, gleichzeitig zeigte MF701989 jedoch eine erhöhte Widerstandsfähigkeit gegenüber dem Oberflächenreiniger und MF6676 gegenüber allen bewerteten Lösungen (Tabelle 2). ). Interessanterweise zeigten die Wildtypen MF13415 und NCTC 11168 bei 4 °C kein Überleben, mutierte Stämme konnten jedoch bei dieser Temperatur überleben.

Der Einsatz der UV-LED-Technologie zur Reduzierung der Campylobacter-Anzahl in Flüssigkeiten, Oberflächen und Lebensmitteln wurde bereits in anderen Studien untersucht13,14,15. Nach bestem Wissen der Autoren wurden Unterschiede in der bakteriellen Inaktivierungskinetik nach UV-Behandlung jedoch nur von Haughton et al.14, Haughton et al.9 und in der aktuellen Studie bewertet. In der früheren Studie wurde beobachtet, dass die unterschiedliche Empfindlichkeit von Campylobacter-Isolaten gegenüber UV-Licht bei 395 nm in einem transparenten Medium auf die biologische Wirkung und nicht auf einen Faktor der Lichtintensitätsabschwächung zurückzuführen ist14. Um die Anfälligkeit von Campylobacter gegenüber UV-LED in unserer Studie zu bewerten und die Anfälligkeit der Stämme zu vergleichen, war es notwendig, die Absorption des Mediums zu modifizieren, um die Durchlässigkeit von UV-Licht und die hohe Dekontaminationswirksamkeit der UV-LED-Technologie in transparenten flüssigen Medien zu verringern . Im Vergleich zu Haughton et al.14 waren die erreichten Bakterienreduktionen in der vorliegenden Studie um 6 Log niedriger (Abb. 1). Dies kann eine Folge der verringerten Durchlässigkeit des UV-Lichts im Medium sein, was Bakterienzellen schützen und ihr Überleben begünstigen kann13. In der Studie von Haughton et al.9 wurden C. jejuni-Suspensionen in einer Mischung aus MRD- und UHT-Magermilch mit einem UV-Lampengerät bei 254 nm behandelt und bei allen 10 Campylobacter-Isolaten wurden Reduktionen von bis zu 6 log KBE/ml beobachtet , wobei für den am wenigsten anfälligen Stamm eine Reduzierung um 3,5 log KBE/ml beobachtet wurde. Obwohl die Reduktionen in unserer Studie geringer waren (≤ 1,6 log KBE/ml), wahrscheinlich aufgrund eines höheren Fettgehalts (2 %) in der Milchmatrix oder der unterschiedlichen UV-Wellenlängen, wurden danach auch Unterschiede in der Inaktivierung bei allen untersuchten Stämmen beobachtet UV-Belastung. Die Pangenomanalyse der 9 C. jejuni-Stämme ergab zwei Cluster, unabhängig von Quelle und Herkunft der Isolate. Andere Autoren wie Thépault et al.16, Wilson et al.17 und Méric et al.18 untersuchten das Pangenom von C. jejuni-Isolaten mit dem Ziel, deren Herkunft und Quelle zu korrelieren. Aufgrund der hohen genotypischen Vielfalt empfanden sie diese Aufgabe als Herausforderung.

Die bemerkenswertesten Stämme wurden aufgrund der beobachteten starken Schwankungen in der Inaktivierungskinetik ausgewählt und zwei Zyklen einer UV-Lichtbehandlung bei 280 nm unterzogen. Interessanterweise hatten die wiederholten Behandlungen mit UV-Licht bei 280 nm im Vergleich zu UV-Einzelbehandlungen den gegenteiligen Effekt auf die Reduzierung von C. jejuni in den untersuchten Stämmen. Somit zeigten anfälligere Stämme nach einmaliger UV-Behandlung eine erhöhte Resistenz nach zwei UV-Zyklen und umgekehrt. Álvarez-Molina et al.21 untersuchten den Anpassungsprozess von Escherichia coli, Salmonella spp. und Listeria monocytogenes nach 10 wiederholten UV-Zyklen gegenüber UV-Licht und beobachteten, dass Bakterienzellen danach widerstandsfähiger gegenüber UV-Licht waren. Diese Autoren vermuten, dass dieses Phänomen eine Folge der adaptiven Mutagenese sein könnte, wenn Zellen subletalem Stress ausgesetzt sind19. Obwohl für MF6671 und MF13415 nach zwei UV-Zyklen ähnliche Beobachtungen gemacht wurden, steht die erhöhte Empfindlichkeit gegenüber UV-Licht, die bei den Stämmen NCTC 11168 und 5.33 AP festgestellt wurde, im Gegensatz zu ersteren. Es ist wichtig zu beachten, dass MF6671 und MF13415 die anfälligsten Stämme gegenüber UV-Licht waren und 5,33 AP und NCTC 11168 die widerstandsfähigsten Stämme waren, wenn sie einer einzelnen UV-Behandlung unterzogen wurden. Daher ist möglicherweise eine Korrelation zwischen beiden Effekten möglich. Derzeit sind in der wissenschaftlichen Literatur jedoch nicht genügend Informationen verfügbar, um Schlussfolgerungen ziehen zu können. Unterschiede, die bei den Alignments UV-behandelter Isolate festgestellt wurden, könnten auf induzierte Missense-Mutationen im Bakteriengenom zurückzuführen sein. Um dies zu überprüfen, wurde eine Snippy-Analyse durchgeführt, bei der das Genom von UV-behandelten und nicht-behandelten Stämmen verglichen wurde. Die Stämme NCTC 11168 und 3.55 AP, die nach zwei UV-Zyklen anfälliger waren, zeigten Mutationen in Genen, die mit der Signaltransduktion und -translation verbunden sind. Im Gegensatz dazu wurden Mutationen in den Genen flip und fliR (kodierend für die Flagellen-Biosyntheseproteine FliP und FliR) bei Stämmen beobachtet, die nach zwei UV-Zyklen widerstandsfähiger gegenüber UV-Licht waren und mit Motilität und Wirtsbesiedelung in Zusammenhang stehen20. Diese Autoren schlugen vor, dass diese reversiblen Mutationen ein adaptiver Mechanismus zur Aufrechterhaltung der Genomstabilität (Genomrobustheit) bei Campylobacter spp. sind. als Reaktion auf Stressfaktoren wie UV20. In unserer Studie wurde auch eine Mutation im fdtA-Gen (kodierend für TDP-4-oxo-6-desoxy-alpha-d-glucose-3,4-oxoisomerase) identifiziert, die mit der Adhäsion und Kolonisierung von E. coli in Verbindung gebracht wurde21. Allerdings wurde die Funktion dieses Gens bisher bei C. jejuni nicht beschrieben. Darüber hinaus wurde nachgewiesen, dass Mutationen in purF (kodierend für Amidophosphoribosyltransferase) und apt-Genen, die in den am wenigsten anfälligen Stämmen dieser Studie gefunden wurden, mit einem neuartigen adaptiven Mechanismus von C. jejuni verbunden sind, der seine Überlebenswahrscheinlichkeit erhöht, basierend auf der Förderung der genetischen Heterogenität von die Bakterienpopulation22. Schließlich wurde eine in dieser Studie beobachtete Mutation im ung-Gen, das für die Uracil-DNA-Glykosylase kodiert, auch bereits in anderen Studien festgestellt23,24. Obwohl dieses Gen mit der Initiierung des BER-Wegs (Base Excision Repair) und durch UV-Stress induzierten Mechanismen verbunden war, kamen Gaasbeek et al.24 und Dai et al.23 zu dem Schluss, dass die Mutation dieses Gens die Reparatur von DNA-Schäden oder die Rekombination nicht fördert Reparatur in C. jejuni. Somit zeigten C. jejuni-Stämme, die gegenüber UV-Strahlung widerstandsfähiger waren, Mutationen, die mit Überlebensmechanismen verbunden waren.

Für die in dieser Studie durchgeführte Analyse der Biofilmbildung wurden bei unbehandelten C. jejuni-Stämmen unter den verschiedenen untersuchten Bedingungen (4 und 37 °C; aerob und mikroaerob; nährstoffreiche und nährstoffarme Medien) Unterschiede in der Biofilmstärke und im Vorhandensein/Fehlen beobachtet ). Stammvariabilität bei der Biofilmbildung wurde bereits für andere lebensmittelbedingte Krankheitserreger beobachtet25. Diese Autoren wiesen darauf hin, dass weitere Untersuchungen erforderlich sind, um die Bildung von bakteriellem Biofilm unter realistischeren Bedingungen zu bewerten25. Somit zeigte unsere Studie die Stammvariabilität von C. jejuni bei der Biofilmbildung, selbst in kühlen, mikroaeroben oder nährstoffarmen Umgebungen. Im Allgemeinen verringerte UV-Licht die Biofilmproduktion bei den meisten untersuchten Stämmen, wobei bei zusätzlichen Belastungen (4 °C und schlechtes Nährmedium) eine stärkere Verringerung beobachtet wurde. Einige der zuvor erwähnten mutierten Gene (flhA, rcsC, mreB und waaA) in NCTC 11168 und 5.33 AP könnten mit der Biofilmbildung verbunden sein, da sie mit Zellmotilität, Morphologie und Peptidoglycanbildung assoziiert sind26,27,28,29. Laut Luo et al.30 wurde die UV-Lichttechnologie hauptsächlich zur Inaktivierung von Mikroorganismen untersucht, die sich bereits in gebildeten Biofilmen befinden. Dennoch gibt es einige Studien, die UV-Licht als Behandlung zur Verhinderung der Biofilmbildung untersuchen30. Studien, die den Einsatz von UV zur Verhinderung der Biofilmbildung durch E. coli- und Pseudomonas aeruginosa-Zellen untersuchten, waren in dieser Hinsicht erfolgreich31,32,33. Die störende Wirkung von UV-Licht auf den Biofilmbildungsprozess hält jedoch möglicherweise nicht lange an34. Die Bakterienkulturen in der vorliegenden Studie wurden nur 24 Stunden lang inkubiert und daher sind weitere Untersuchungen erforderlich, um dieses Problem zu beurteilen.

Die antimikrobielle Aktivität von EtOH und ausgewählten Oberflächenreinigern wurde verringert, wenn Bakterien niedrigen Temperaturen ausgesetzt wurden. Diese temperaturabhängige Aktivität von Bioziden wurde von mehreren Autoren für die meisten häuslichen und industriellen Oberflächenreiniger ausführlich nachgewiesen35. In Übereinstimmung mit unserer Studie beobachteten Bakht et al.36 Unterschiede in der antimikrobiellen Empfindlichkeit gegenüber Bioziden wie EtOH 70 % und NaOCl 5 % bei 120 P. aeruginosa-Stämmen, von denen 59 gegenüber EtOH 8,75 % und 33 Stämme gegenüber NaOCl 0,08 resistent waren %. In der vorliegenden Studie inaktivierten EtOH 70 % und NaOCl 2 % den Stamm 5.33 AP C. jejuni bei 42 °C nicht. Gleichzeitig waren C16 und NCTC 11168 unter den gleichen Bedingungen resistent gegenüber einer 2 %igen NaOCl-Konzentration. Bei der Mehrzahl der Stämme zeigte sich, dass eine Behandlung mit UV-Licht vor der Biozid-Exposition die antimikrobielle Wirksamkeit der ausgewählten Biozide verbesserte oder aufrechterhielt. Die kombinierte Hemmwirkung von UV-Licht zusammen mit EtOH oder NaOCl wurde bei anderen pathogenen Bakterien beobachtet, darunter unter anderem E. coli, Bacillus cereus, Cronobacter sakazakii und S. Typhimurium37,38,39. Allerdings zeigten in der vorliegenden Studie 4 C. jejuni-Stämme nach UV-Behandlung eine erhöhte Toleranz gegenüber mindestens einem der untersuchten Biozide. Das Vorhandensein der mutierten Gene apt und purF in MF6671, das als toleranter Stamm gegenüber Reinigungsmitteln auf EtOH- und NaOCl-Basis nach UV-Exposition identifiziert wurde, kann die Stresstoleranz dieser Bakterien erhöhen. Daher waren C. jejuni-Zellen mit mutierten Purin-Biosynthesegenen (purF und apt) toleranter gegenüber hyperosmotischem Stress. Dieses Phänomen kann durch einen Kreuzschutzmechanismus verursacht werden, der sich aufgrund der mutagenen Natur von UV-Licht entwickeln könnte40. Hartke et al.41 untersuchten die Wirkung einer Vorbehandlung mit 254 nm UV auf Lactococcus lactis und fanden heraus, dass Bakterienkulturen die Toleranz gegenüber 20 % (v/v) Ethanol, Hitze (52 °C) und H2O2 (15 mM) erhöhten. Diese Autoren vermuten, dass es zu einem überlappenden Regulationsweg zwischen UV-Strahlung und anderen Belastungen kommen könnte41. Nach unserem besten Wissen fehlen Studien, die einen Kreuzschutz von UV-Licht gegenüber gängigen Industrie- und Haushaltsbioziden wie EtOH und NaOCl festgestellt haben. Zukünftige Forschung sollte sich auf den Vergleich der Ergebnisse dieser Studie mit der Transkriptomanalyse konzentrieren, um die Auswirkungen von UV-Licht auf das Bakteriengenom, induzierte Mutationen und seine Verbindung mit Kreuzschutz besser zu verstehen.

Insgesamt 8 Feldisolate von C. jejuni und einem Referenzstamm (NCTC 11168) wurden aus der mikrobiologischen Kultursammlung des Teagasc Food Research Centre, Ashtown (Dublin, Irland) gewonnen. Stämme wurden aus verschiedenen Quellen (klinischer und landwirtschaftlicher Herkunft) isoliert, wie im Abschnitt „Erweiterte Daten“ gezeigt, und in defibriniertem Pferdeblut (Cruinn Diagnostics Limited, Dublin, Irland) bei –80 °C gelagert. Die Vorbereitung der Isolate bestand aus der Wiederbelebung von Bakterienbeständen auf Mueller-Hinton-Agarplatten (Oxoid, Basingstoke, UK) und der anschließenden Inkubation bei 42 °C für 48 Stunden in einer mikroaeroben Atmosphäre. Die Kolonien wurden auf modifiziertem Holzkohle-Cefoperazon-Desoxycholat-Agar (mCCDA, Oxoid, Basingstoke, UK), ergänzt mit Campylobacter-Wachstumszusatz (Oxoid, Basingstoke, UK), ausgestrichen. Nach 48-stündiger mikroaerober Inkubation bei 42 °C wurden isolierte Kolonien in 30 ml Mueller-Hinton-Brühe (MHB) (Oxoid, Basingstoke, UK) inokuliert und die Suspensionen 48 Stunden lang bei 42 °C unter mikroaeroben Bedingungen inkubiert.

Bakterienzellsuspensionen wurden 15 Minuten lang bei 4000 × g zentrifugiert und zweimal mit 30 ml Verdünnungsmittel mit maximaler Rückgewinnung (MRD, Oxoid, Basingstoke, UK) gewaschen. Eine endgültige C. jejuni-Konzentration von ~ 5 log KBE/ml wurde in 20 ml einer Ultrahochbehandlungsmilch (UHT) (2 % Fett) erreicht, die in MRD (1:4, v:v) verdünnt wurde, um die zu reduzieren UV-Licht dringt in das Medium ein und unterstützt das Überleben der Zellen9. Bakteriensuspensionen (20 ml) wurden in Petrischalen mit einer Flüssigkeitstiefe von ~ 6 mm und einem Fassungsvermögen von 24 cm3 (Höhe: 1,3 cm und Durchmesser: 5,8 cm) gegossen und in einem Abstand von 5 cm mittig in der LED-Kammer platziert die Lichtquelle. Bakteriensuspensionen wurden mit einem UV-LED-Gerät (PearlLab Beam, Aquisense Technologies, NC, USA) bei einer Wellenlänge von 280 nm 1, 3, 5, 7, 9 und 11 Minuten lang behandelt. Es wird eine ausführliche Beschreibung des UV-LED-Geräts bereitgestellt und die Wellenlänge von 280 nm wurde aufgrund ihrer hohen Inaktivierungswirkung ausgewählt15,42. Als Kontrolle dienten unbehandelte Proben. Die UV280-Dosis wurde berechnet, indem die gemessene Fluenzrate des Lichts (W/cm2) mit der Behandlungszeit in Minuten multipliziert wurde. Die UV-Licht-Fluenzrate wurde mit einem Radiometer (Opticalmeter, Modell ILT2400, International Light Technologies, MA, USA) gemessen und mit 0,041 W/cm2 bestätigt. UV-Lichtdosen für jede Behandlungszeit werden im Abschnitt „Erweiterte Daten“ bereitgestellt.

Unmittelbar nach der UV-Behandlung wurden die C. jejuni-Gehalte in den Suspensionen der UV-behandelten Proben und der Kontrollproben für jeden Stamm bestimmt. Es wurden zehnfache Serienverdünnungen in MRD hergestellt und 0,1-ml-Aliquots auf mCCDA-Platten ausplattiert. Nach 48-stündiger Inkubation bei 42 °C unter mikroaeroben Bedingungen wurden die Bakterienkolonien gezählt und die durchschnittliche Anzahl der behandelten Proben und Kontrollproben bestimmt. Die Bakterienreduktion wurde berechnet, indem die Anzahl der behandelten C. jejuni-Proben von der nicht behandelten Probe subtrahiert wurde, ausgedrückt in Log-KBE-Einheiten pro ml Suspension.

Aufgrund ihrer unterschiedlichen Empfindlichkeit gegenüber UV-Licht wurden vier C. jejuni-Stämme für die weitere Analyse ausgewählt: die Stämme MF6671, MF13415, NCTC 11168 und 5.33 AP. Stammsuspensionen wurden wie oben beschrieben hergestellt, wobei 1 ml Suspension in 9 ml MRD beimpft wurde. Diese ~ 5 log KBE/ml-Suspensionen wurden 6 s lang in einem Abstand von 5 cm von der Quelle mit UV280 behandelt, um die gesamte Campylobacter-Population aller getesteten Stämme um 48–61 % zu reduzieren (aufgezählt wie oben). Überlebende Kolonien nach der UV280-Behandlung wurden in MHB kultiviert und 48 Stunden lang bei 42 °C mikroaerob inkubiert. Nach der Inkubation wurden die Suspensionen wie oben beschrieben in eine Mischung aus MRD- und UHT-Milch geimpft. In diesem Fall wurden Belichtungszeiten von 1 und 11 Minuten mit UV280 zur Behandlung von Milch- und MRD-Suspensionen aufgrund ihrer unterschiedlichen Inaktivierungskinetik gewählt. Als Kontrollen dienten unbehandelte Proben. Die Zählung der Überlebenden der vier C. jejuni-Stämme wurde für alle Behandlungs- und Kontrollproben mit dem zuvor beschriebenen Verfahren durchgeführt.

Die DNA-Extraktion der Stämme MF6671, MF13415, NCTC 11168 und 5.33 AP wurde aus Kolonien durchgeführt, die auf mCDDA-Platten wuchsen, nachdem sie 1 und 11 Minuten lang UV280 ausgesetzt worden waren, unter Verwendung des DNeasy® Blood & Tissue Kit (Qiagen, Manchester, UK) gemäß den Anweisungen des Herstellers Anweisungen. Die Reinheit der extrahierten DNA wurde mit einem NanodropTM 1000-Spektrophotometer (ThermoFisher Scientific, Eaton Socon, UK) bewertet und die DNA-Konzentrationen wurden mit einem Qubit 4.0 Fluorometer (Invitrogen, ThermoFisher Scientific, Eaton Socon, UK) bestimmt. Die Sequenzierung wurde im Sequenzierungszentrum des Teagasc Food Research Centre Moorepark (Fermoy, Irland) durchgeführt. Die Vorbereitung der DNA-Bibliotheken erfolgte mit dem Illumina DNA Prep Kit (Illumina, San Diego, CA, USA) gemäß den Anweisungen des Herstellers. Anschließend wurde eine Sequenzierung mit 2 × 150 bp unter Verwendung des NextSeq 2000-Systems (Illumina, San Diego, CA, USA) mit P2-Reagenzien durchgeführt.

Für jeden getesteten Stamm wurden Rohsequenzen erhalten. Rohsequenzen der nicht mit UV280 behandelten Teststämme wurden aus einer früheren Studie von Truccollo et al.43 erhalten und die Rohsequenz von C. jejuni NCTC 11168 wurde aus der NCBI-Datenbank (BioProject PRJNA8) wiederhergestellt. Die Reinigung war ein systemischer Prozess, der mit Trimmomatic (v0.3.8) nach dem Entfernen von Adaptern, Lesevorgängen mit mehr als 10 % unbestimmten Basen (N > 10 %) und Lesevorgängen geringer Qualität mit einem Qscore unter oder gleich 5 (Qscore ≤ 5) in a durchgeführt wurde 50 % der gesamten Basen wurden entfernt. Nach der Reinigung wurde die Qualität der Lesevorgänge mit FastQC (v0.11.8) in Kombination mit MultiQC-Programmen (v1.9) bewertet44,45. Bevor wir fortfahren, wurde die Identifizierung der Stämme mit Kraken 2 (v2.0.7 Beta) über die Standard-Kraken-2-Datenbank46 durchgeführt. Die Zusammenstellung von Lesevorgängen für Contigs und Scaffolds wurde mit SPAdes (v3.13.0) mit der Option –careful durchgeführt. Die Qualität der Gerüste wurde mit QUAST (v5.1.0) und MultiQC45,47,48 bewertet. Um das Pangenom der untersuchten C. jejuni-Stämme zu visualisieren, wurde der anvi'o (v7.1)-Workflow in den erhaltenen zusammengestellten scaffold.fasta-Dateien unbehandelter und behandelter Stämme eingesetzt (https://merenlab.org/2016/11). /08/pangenomics-v2/; abgerufen am 23. November 2022)49. Die früheren Dateien wurden mit dem Programm „anvi-gen-contigs-database“ in Anvi'o-Contig-Datenbanken konvertiert. Nach diesem Schritt wurde die Identifizierung von Genen in Gerüsten mit Prodigal durchgeführt, um offene Leserahmen zu erkennen, und ihre Annotation erfolgte mithilfe der Clusters of Orthologous Groups-Datenbank des NCBI (Programm „anvi-run-ncbi-cogs“)50,51 gegenüber vier HMM-Profile von anvi'o, bereitgestellt durch versteckte Markov-Modelle (Programm „anvi-run-hmms“). Um das Pangenom aufzubauen, wurden Ähnlichkeiten der Aminosäuresequenz bestimmt und in allen Genomen mit NCBI-Blastp verglichen. Minbit-Heuristiken von 0,552 wurden verwendet, um schwache Übereinstimmungen zwischen Aminosäuresequenzen zu eliminieren, und der MCL-Algorithmus („anvi-pan-genome“-Programm)53 wurde zur Identifizierung von Clustern verwendet.

Genome von UV-behandelten Stämmen wurden mit nicht behandelten Stämmen mit Snippy (v4.3.6) verglichen, das Unterschiede basierend auf Einzelnukleotidpolymorphismen (SNPs) und kleinen Insertionen und Deletionen (Indels), auch bekannt als „Variant Calling“54, feststellt.

C. jejuni-Isolate wurden über Nacht in Brain-Heart-Infusionsbrühe mit 0,5 % (v/v) defibriniertem Pferdeblut gezüchtet. Eine zuvor bewertete Behandlung mit UV280 wurde verwendet, um diese Bakteriensuspensionen 7 Minuten lang auszusetzen. Anschließend wurden diese Suspensionen für den Biofilmbildungstest verwendet. Als Kontrollen dienten unbehandelte Proben. Die Isolate wurden in Eppendorf-Röhrchen aliquotiert und 5 Minuten lang bei 13.000 × g zentrifugiert. Der Überstand wurde entfernt und das Pellet in sterilem Ringermedium (Oxoid, Ltd., Basingstoke, UK) gewaschen. Dies wurde erneut zentrifugiert und der Überstand verworfen. Das Pellet wurde in Tryptic Soya-Brühe (Oxoid, Ltd., Basingstoke, UK) und M9-Medium (MP Biomedicals Germany LLC., Eschwege, Deutschland) resuspendiert und in Duplikaten von 200 µL in eine sterile 96-Well-Platte gegeben. Vier identische Platten wurden vorbereitet und jeweils unter einer von vier Bedingungen inkubiert: 37 °C unter Sauerstoffkonzentrationen in der Umgebung, 37 °C unter mikroaeroben Bedingungen, 4 °C unter Sauerstoffkonzentrationen in der Umgebung und 4 °C unter mikroaeroben Bedingungen. Nach 24 Stunden wurde das Medium entfernt und die gebildeten Biofilme wurden mithilfe eines Kristallviolett-Färbeprotokolls analysiert55. Die Parameter für die Stärke der Biofilmbildung basierten auf dem logischen Test: X > 1, „+++++“, X > 0,8, „++++“, X > 0,6, „+++“, X > 0,3, „++“, X > 0,1, „+“, H90 < 0,1, „−“, wobei X die optische Dichte (OD) bei 600 nm ist.

Campylobacter jejuni-Isolate wurden über Nacht in Brain-Heart-Infusionsbrühe mit 0,5 % (v/v) defibriniertem Pferdeblut gezüchtet. Die Suspensionen wurden 7 Minuten lang mit UV280 behandelt und die Kontrollproben wurden nicht behandelt. Die Beurteilung der antimikrobiellen Resistenz wurde gemäß Balouiri et al.56 durchgeführt. Kurz gesagt, über Nacht in Müller-Hinton-Bouillon gezüchtete Bakteriensuspensionen wurden auf eine OD600 = 0,1 verdünnt und anschließend wurde 1 ml dieser Suspension zum Animpfen von geschmolzenem Müller-Hinton-Agar bei 45 °C (5 % defibriniertes Pferdeblut in Müller-Hinton-Agar) verwendet. Nach dem Aushärten werden 10-µl-Lösungsaliquots mit den Arbeitskonzentrationen gängiger industrieller Desinfektionsverbindungen hergestellt, darunter 70 % (v/v) Ethanol (EtOH) (Sigma-Aldrich Ltd., Arklow, Irland), Haushaltsbleiche (< 5 % Bleichmittel auf Chlorbasis). Mittel, 2 % Natriumhypochlorit) (Milton®, Procter & Gamble, USA) und Haushaltsoberflächenreiniger (5-Chlor-2-methyl-4-isothiazolin-3-on und 2-Methyl-2H-isothiazol-3-on). ) (2Work Multi-Surface Cleaner, 2Work Supplies, Sheffield, UK) und 50 % dieser Konzentrationen wurden auf die Platte gegeben, um Verdünnungsereignisse in einer industriellen oder häuslichen Umgebung nachzuahmen. Nach 48-stündigem Wachstum bei 42 °C unter aeroben und mikroaeroben Bedingungen wurde das Bakterienwachstum in Gegenwart dieser antimikrobiellen Verbindungen bewertet56.

UV-Lichtbehandlungen wurden doppelt durchgeführt und drei unabhängige Experimente wurden ausgewertet (N = 6). Die Normalität der Daten wurde mit dem Kolmogorov-Smirnov-Test getestet und der Vergleich von behandelten Proben und Kontrollproben wurde durch faktorielle Varianzanalyse (ANOVA) für jeden der C. jejuni-Stämme durchgeführt. Statistische Unterschiede wurden mit dem Tukey-Post-hoc-Test bei einem α < 0,05-Niveau ermittelt. Das Programm GraphPad Prism (GraphPad Prism Version 8.4.2 Inc, San Diego, CA, USA) wurde verwendet, um die statistische Analyse durchzuführen und die präsentierten Diagramme zu erstellen. Die Pangenom-Visualisierung wurde mit der interaktiven Anvi'o-Schnittstelle und dem Programm „anvi-display-pan“ durchgeführt und bearbeitet. Snippy-Ergebnisse wurden mit R (v4.2.1; 23.06.2022) und RStudio (v2021.09.2) zusammen mit dem Pheatmap-Paket (v1.0.12) visualisiert. Die Qualität von Pangenome- und Snippy-Figuren wurde mit Affinity Designer (v1.8.5.703, Serif) verbessert.

Die sequenzierten Rohdaten der 8 C. jejuni-Isolate wurden aus dem Datensatz der BioProject-ID PRJNA688841 erhalten. Der Rohdatensatz der UV-behandelten Isolate aus dieser Studie ist unter der BioProject-ID PRJNA906059 zu finden.

Chlebicz, A. & Slizewska, K. Campylobacteriose, Salmonellose, Yersiniose und Listeriose als zoonotische lebensmittelbedingte Krankheiten: Eine Übersicht. Int. J. Umgebung. Res. Öffentliche Gesundheit 15, 863 (2018).

Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

Soro, AB, Whyte, P., Bolton, DJ & Tiwari, BK Strategien und neuartige Technologien zur Bekämpfung von Campylobacter in der Geflügelkette: Ein Überblick. Kompr. Rev. Food Sci. Lebensmittelecht. 19, 1353–1377 (2020).

Artikel PubMed Google Scholar

Singh, H., Bhardwaj, SK, Khatri, M., Kim, K.-H. & Bhardwaj, N. UVC-Strahlung für die Lebensmittelsicherheit: Eine neue Technologie zur mikrobiellen Desinfektion von Lebensmitteln. J. Chem. Ing. 417, 128084 (2021).

Artikel CAS Google Scholar

Delorme, MM et al. Ultraviolette Strahlung: Eine interessante Technologie zur Erhaltung der Qualität und Sicherheit von Milch und Milchprodukten. Trends Lebensmittelwissenschaft. Technol. 102, 146–154 (2020).

Artikel CAS Google Scholar

Kebbi, Y. et al. Jüngste Fortschritte bei der Anwendung der UV-LED-Technologie zur mikrobiellen Inaktivierung: Fortschritt und Mechanismus. Kompr. Rev. Food Sci. Lebensmittelecht. 19, 3501–3527 (2020).

Artikel PubMed Google Scholar

Cheng, Y. et al. Inaktivierung von Listerien und E. coli durch Deep-UV-LED: Einfluss der Substratbedingungen auf die Inaktivierungskinetik. Wissenschaft. Rep. 10, 3411 (2020).

Artikel ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Alvarez-Ordonez, A., Broussolle, V., Colin, P., Nguyen-The, C. & Prieto, M. Die adaptive Reaktion bakterieller, durch Lebensmittel übertragener Krankheitserreger in der Umwelt, im Wirt und in der Nahrung: Auswirkungen auf die Lebensmittelsicherheit. Int. J. Lebensmittelmikrobiol. 213, 99–109 (2015).

Artikel PubMed Google Scholar

Cebrian, G., Manas, P. & Condon, S. Vergleichende Resistenz bakterieller Lebensmittelpathogene gegenüber nicht-thermischen Technologien zur Lebensmittelkonservierung. Vorderseite. Mikrobiol. 7, 734 (2016).

Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

Haughton, PN et al. Wirksamkeit der UV-Lichtbehandlung für die mikrobiologische Dekontamination von Hühnern, zugehörigen Verpackungen und Kontaktoberflächen. J. Lebensmittelschutz. 74, 565–572 (2011).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Gayan, GE, Serrano, MJ, Pagan, R., Alvarez, I. & Condon, S. Umwelt- und biologische Faktoren, die die UV-C-Beständigkeit von Listeria monocytogenes beeinflussen. Lebensmittelmikrobiol. 46, 246–253 (2015).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Soro, AB et al. Aktuelle Herausforderungen bei der Anwendung der UV-LED-Technologie zur Lebensmitteldekontamination. Trends Lebensmittelwissenschaft. Technol. 131, 264–276 (2023).

Artikel CAS Google Scholar

Kim, SH et al. Übersicht über Stresstoleranz bei Campylobacter jejuni. Vorderseite. Zellinfektion. Mikrobiol. 10, 596570 (2020).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Moazzami, M., Fernström, L.-L. & Hansson, I. Reduzierung von Campylobacter jejuni, Enterobacteriaceae und allen aeroben Bakterien auf Transportkisten für Hühner durch Bestrahlung mit 265-nm-Ultraviolettlicht (UV-C-LED). Lebensmittelkontrolle 119, 107424 (2021).

Artikel CAS Google Scholar

Haughton, PN et al. Anfälligkeit von Campylobacter gegenüber hochintensivem nahen ultravioletten/sichtbaren 395 ± 5 nm-Licht und seine Wirksamkeit bei der Dekontamination von rohem Huhn und Kontaktoberflächen. Int. J. Lebensmittelmikrobiol. 159, 267–273 (2012).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Soro, AB, Whyte, P., Bolton, DJ & Tiwari, BK Modellierung der Wirkung von UV-Licht bei verschiedenen Wellenlängen und Behandlungskombinationen auf die Inaktivierung von Campylobacter jejuni. Innov. Lebensmittelwissenschaft. Emerg. Technol. 69, 102626 (2021).

Artikel CAS Google Scholar

Thépault, A. et al. Genomweite Identifizierung wirtstrennender epidemiologischer Marker zur Quellenzuordnung bei Campylobacter jejuni. Appl. Umgebung. Mikrobiol. 83, e03085-e13016 (2017).

Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

Wilson, MK et al. Die Analyse des Pan-Genoms von Campylobacter jejuni-Isolaten, die aus Geflügel mittels Pulsfeld-Gelelektrophorese, Multilocus-Sequenztypisierung (MLST) und repetitiver Sequenzpolymerasekettenreaktion (rep-PCR) gewonnen wurden, zeigt unterschiedliche Unterscheidungsfähigkeiten. Mikrob. Ökologisch. 58, 843–855 (2009).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Méric, G. et al. Ein Referenz-Pan-Genom-Ansatz zur vergleichenden bakteriellen Genomik: Identifizierung neuer epidemiologischer Marker im pathogenen Campylobacter. PLoS One 9, e92798 (2014).

Artikel ADS PubMed PubMed Central Google Scholar

Álvarez-Molina, A. et al. Selektion auf antimikrobielle Resistenz bei lebensmittelbedingten Krankheitserregern durch Einwirkung von UV-Licht und nichtthermischen atmosphärischen Plasmadekontaminationstechniken. Appl. Umgebung. Mikrobiol. 86, e00102-00120 (2020).

Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

Sher, AA et al. Die experimentelle Evolution von Campylobacter jejuni führt zu Motilitätsverlust, rpoN (Sigma54)-Deletion und Genomreduktion. Vorderseite. Mikrobiol. 11, 579989 (2020).

Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

Ali, A. et al. Neuartige aviäre pathogene Escherichia coli-Gene, die für die Adhäsion an Zelllinien von Hühnern und Menschen verantwortlich sind. Appl. Umgebung. Mikrobiol. 86, e01068-e11020 (2020).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Cameron, A. et al. Die hochfrequente Variation der Purin-Biosynthese-Gene ist ein Erfolgsmechanismus bei Campylobacter jejuni. MBio 6, e00612-00615 (2015).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Dai, L., Xia, J., Sahin, O. & Zhang, Q. Identifizierung eines nth-ähnlichen Gens, das eine Endonuklease III in Campylobacter jejuni kodiert. Vorderseite. Mikrobiol. 10, (2019).

Gaasbeek, EJ et al. Funktionelle Charakterisierung der Exzisionsreparatur und RecA-abhängigen rekombinatorischen DNA-Reparatur in Campylobacter jejuni. J. Bakteriol. 191, 3785–3793 (2009).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Lianou, A., Nychas, G.-JE & Koutsoumanis, KP Stammvariabilität bei der Biofilmbildung: Eine Perspektive der Lebensmittelsicherheit und -qualität. Lebensmittelres. Int. 137, 109424 (2020).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Ferrières, L. & Clarke, DJ Die RcsC-Sensorkinase ist für die normale Biofilmbildung in Escherichia coli K-12 erforderlich und steuert die Expression eines Regulons als Reaktion auf das Wachstum auf einer festen Oberfläche. Mol. Mikrobiol. 50, 1665–1682 (2003).

Artikel PubMed Google Scholar

Rodrigues, RC et al. Beschreibung von Campylobacter jejuni Bf, einem atypischen aerotoleranten Stamm. Darm Pathog. 7, 30 (2015).

Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

Kalmokoff, M. et al. Die proteomische Analyse von Campylobacter jejuni 11168-Biofilmen zeigt eine Rolle des Motilitätskomplexes bei der Biofilmbildung. J. Bakteriol. 188, 4312–4320 (2006).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Steenackers, H., Hermans, K., Vanderleyden, J. & De Keersmaecker, SCJ Salmonellen-Biofilme: Ein Überblick über Vorkommen, Struktur, Regulierung und Ausrottung. Int. Lebensmittelres. J. 45, 502–531 (2012).

Artikel CAS Google Scholar

Luo, X., Zhang, B., Lu, Y., Mei, Y. & Shen, L. Fortschritte bei der Anwendung ultravioletter Strahlung zur Biofilmkontrolle in der Wasser- und Abwasserinfrastruktur. J. Hazard Mater. 421, 126682 (2022).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Vollmerhausen, TL et al. Sichtbares und UVA-Licht als potenzielles Mittel zur Verhinderung der Bildung von Escherichia coli-Biofilmen im Urin und auf Materialien, die in Harnröhrenkathetern verwendet werden. J. Photochem. Photobiol. B 170, 295–303 (2017).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Lakretz, A., Ron, EZ & Mamane, H. Biofilmkontrolle in Wasser durch einen UV-basierten fortschrittlichen Oxidationsprozess. Biofouling 27, 295–307 (2011).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Lakretz, A., Ron, EZ & Mamane, H. Biofouling-Kontrolle in Wasser durch verschiedene UVC-Wellenlängen und -Dosen. Biofouling 26, 257–267 (2010).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Torkzadeh, H., Zodrow, KR, Bridges, WC & Cates, EL Quantifizierung und Modellierung der Reaktion des Oberflächenbiofilmwachstums auf kontinuierliche UVC-Bestrahlung niedriger Intensität. Wasserres. 193, 116895 (2021).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

McDonnell, G. & Russell, AD Antiseptika und Desinfektionsmittel: Aktivität, Wirkung und Resistenz. Klin. Mikrobiol. Rev. 12, 147–179 (1999).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Bakht, M. et al. Phänotyp und genetische Bestimmung der Resistenz gegen gängige Desinfektionsmittel bei Biofilm-produzierenden und nicht-produzierenden Pseudomonas aeruginosa-Stämmen aus klinischen Proben im Iran. BMC Mikrobiol. 22, 124 (2022).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Ha, J.-H. & Ha, S.-D. Synergistische Effekte von Ethanol und UV-Strahlung zur Reduzierung der Konzentration ausgewählter lebensmittelbedingter pathogener Bakterien. J. Lebensmittelschutz. 73, 556–561 (2010).

Artikel PubMed Google Scholar

Ha, J.-H. & Ha, S.-D. Synergistische Wirkungen von Natriumhypochlorit und ultravioletter Strahlung bei der Reduzierung der Konzentration ausgewählter lebensmittelbedingter pathogener Bakterien. Durch Lebensmittel übertragene Krankheitserreger. Dis. 8, 587–591 (2011).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Lu, H., Wang, X., Li, Prozesse 10, 1622 (2022).

Artikel CAS Google Scholar

Oniciuc, E.-A. et al. Die Lebensmittelverarbeitung ist ein Risikofaktor für die Ausbreitung antimikrobieller Resistenzen entlang der Lebensmittelkette. Curr. Meinung. Lebensmittelwissenschaft. 30, 21–26 (2019).

Artikel Google Scholar

Hartke, A. et al. UV-induzierbare Proteine und UV-induzierter Kreuzschutz gegen Säure-, Ethanol-, H2O2- oder Wärmebehandlungen bei Lactococcus lactis subsp. Lactis. Bogen. Mikrobiol. 163, 329–336 (1995).

Artikel CAS Google Scholar

Soro, AB, Whyte, P., Bolton, DJ & Tiwari, BK Anwendung einer LED-UV-basierten Lichttechnologie zur Dekontamination von Hähnchenbrustfilets: Auswirkungen auf Mikrobiota und Qualitätsmerkmale. Lwt 145, 111297 (2021).

Artikel CAS Google Scholar

Truccollo, B., Whyte, P., Burgess, CM & Bolton, DJ Genomische Charakterisierung von Campylobacter jejuni-Isolaten, die während der kommerziellen Broilerproduktion gewonnen wurden. Vorderseite. Mikrobiol. 12, 716182 (2021).

Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

Andrews, S. FastQC: Ein Qualitätskontrolltool für Sequenzdaten mit hohem Durchsatz. http://www.bioinformatics.babraham.ac.uk/projects/fastqc/ (2010).

Ewels, P., Magnusson, M., Lundin, S. & Käller, M. MultiQC: Fassen Sie Analyseergebnisse für mehrere Tools und Proben in einem einzigen Bericht zusammen. Bioinformatik 32, 3047–3048 (2016).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Lu, J. et al. Metagenomanalyse mit der Kraken-Software-Suite. Nat. Protokoll. 17, 2815–2839 (2022).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Prjibelski, A., Antipov, D., Meleshko, D., Lapidus, A. & Korobeynikov, A. Verwendung von SPAdes de novo Assembler. Curr. Protokoll. Bioinform. 70, e102 (2020).

Artikel CAS Google Scholar

Gurevich, A., Saveliev, V., Vyahhi, N. & Tesler, G. QUAST: Qualitätsbewertungstool für Genomassemblierungen. Bioinformatik 29, 1072–1075 (2013).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Eren, AM et al. Von der Community geleitete, integrierte, reproduzierbare Multi-Omics mit Anvi'o. Nat. Mikrobiol. 6, 3–6 (2021).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Hyatt, D. et al. Prodigal: Prokaryotische Generkennung und Identifizierung der Translationsinitiationsstelle. BMC Bioinform. 11, 119 (2010).

Artikel Google Scholar

Tatusov, RL, Galperin, MY, Natale, DA & Koonin, EV Die COG-Datenbank: Ein Werkzeug für die Analyse von Proteinfunktionen und -entwicklung im Genommaßstab. Nukleinsäuren Res. 28, 33–36 (2000).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Benedict, MN, Henriksen, JR, Metcalf, WW, Whitaker, RJ & Price, ND ITEP: Ein integriertes Toolkit zur Erforschung mikrobieller Pangenome. BMC-Genom. 15, 8 (2014).

Artikel Google Scholar

van Dongen, S. & Abreu-Goodger, C. In Bacterial Molecular Networks: Methods and Protocols (Hrsg. van Helden, J., Toussaint, A. & Thieffry, D.) 281–295 (Springer, 2012).

Snippy: Schnelles Aufrufen bakterieller Varianten aus NGS-Reads. https://github.com/tseemann/snippy (abgerufen am 24. November 2022) (2015).

O'Toole, GA et al. Methoden in der Enzymologie, vol. 310, 91–109 (Academic Press, 1999).

Balouiri, M., Sadiki, M. & Ibnsouda, SK Methoden zur In-vitro-Bewertung der antimikrobiellen Aktivität: Eine Übersicht. J. Pharm. Anal. 6, 71–79 (2016).

Artikel PubMed Google Scholar

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Diese Studie wurde vom Department of Agriculture, Food, and Marine (DAFM) im Rahmen des Food Institutional Research Measure (FIRM)-Programms [Fördernummer: DAFM/17/F/275] unterstützt. Arturo B. Soro wird vom Teagasc Walsh-Stipendienprogramm unterstützt. Die Autoren möchten Dr. Fiona Crispie und Dr. Gaston Allendez für die Sequenzierung unserer Proben danken.

Teagasc Food Research Centre, Ashtown, D15 DY05, Dublin, Irland

Arturo B. Soro, Daniel Ekhlas, Declan J. Bolton, Catherine M. Burgess und Brijesh K. Tiwari

UCD School of Veterinary Medicine, University College Dublin, Belfield, D04 V1W8, Irland

Arturo B. Soro, Daniel Ekhlas und Paul Whyte

Infektionskrankheiten beim Menschen, Service Foodborne Pathogens, Sciensano, J. Wytsmanstraat 14, 1050, Brüssel, Belgien

Arturo B. Soro

UCD School of Agriculture and Food Science, University College Dublin, Belfield, D04 V1W8, Irland

Matthew Marmion und Amalia GM Scannell

UCD Centre for Food Safety, University College Dublin, Belfield, D04 V1W8, Irland

Matthew Marmion und Amalia GM Scannell

UCD Institute of Food and Health, University College Dublin, Belfield, D04 V1W8, Irland

Amalia GM Scannell

Teagasc Food Research Centre, Ashtown, Dublin, D15 DY05, Irland

Brijesh K. Tiwari

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ABS konzipierte die Studie, führte Experimente mit einem UV-Lichtgerät durch, analysierte den Großteil der experimentellen Arbeit und verfasste und redigierte das Originalmanuskript und die entsprechenden Überarbeitungen. DE überarbeitete und redigierte das Manuskript und führte zusammen mit ABS die WGS-Analyse und die bioinformatische Analyse durch, MM führte und analysierte Experimente zur Biofilmbildung und zum Empfindlichkeitstest gegenüber antimikrobiellen Mitteln und überarbeitete und redigierte das Manuskript. AS, PW, DJB, CMB und BKT überwachten die Studie und redigierten und überarbeiteten das Manuskript. BKT war für die Projektverwaltung und Finanzierungseinwerbung verantwortlich.

Korrespondenz mit Brijesh K. Tiwari.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Soro, AB, Ekhlas, D., Marmion, M. et al. Untersuchung der Unterschiede in der Anfälligkeit von Campylobacter jejuni-Stämmen gegenüber der UV-Leuchtdioden-Technologie (UV-LED). Sci Rep 13, 9459 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-35315-0

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Eingegangen: 01. Februar 2023

Angenommen: 16. Mai 2023

Veröffentlicht: 10. Juni 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-35315-0

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