WYKŁAD XII 29.05.2013r.




Typy zakażeń patogenami

- Intoksykacja (rzeczywiste zatrucie pokarmowe) – zatrucie konsumpcja żywności zawierającej toksyny bakteryjne i pleśniowe: Staphylococcus aureus, Clostridium botulinum, Aspergillus flavus

- Infekcja – rozwój choroby w wyniku konsumpcji żywności zawierającej odpowiednią liczbę żywych komórek bakterii patogennych: Listeria monocytogenes, Salmonella sp., Campylobacter jejuni, Escherichia coli, Yersinia enteroliticia, Vibrio parahaemolyticus, Aeromonas hydrophila, wirusy

- Toksyko-infekcja – zatrucie pokarmowe będące wynikiem konsumpcji żywności zawierającej żywe komórki bakterii patogennych, które ulegają namnożeniu w przewodzie pokarmowym i uwalniają enterotoksyny: Clostridium perfingens, Bacillus cereus, Vibrio cholerae, Escherichia coli (enteotoksyczna)

Zatrucia pokarmowe: a) Intoksykacja
b) Infekcje: infekcje inwazyjne, toksykoinfekcje

Lokalizacja zmian chorobowych

Infekcje inwazyjne: a) nabłonek jelita
b) inne tkanki i narządy
c) Ogólnoustrojowe

Intoksykacje wywoływane przez mikroorganizmy:

a) Mikotoksyny
b) Toksyny wytwarzane przez glony
c) Toksyny bakteryjne: biegunkowe, enterotoksyny, inne, wymiotne, neurotoksyny

Drobnoustrój patogenny

Postulaty Kocha (1843-1910) – warunki, które musi spełniać drobnoustrój, aby być uznawany za czynnik etiologiczny konkretnej choroby

Mikroorganizm powinien:

- być izolowany od wszystkich chorych osobników wykazujących identyczne objawy chorobowe
- być otrzymywany w czystej hodowli in vitro
- po celowym zakażeniu gospodarza wywoływać objawy chorobowe identyczne z poprzednio obserwowanymi

Gen jako czynnik wirulencji

Molekularne postulaty Kocha (S. Falkow, 1988r.) – opisują kryteria jakie powinien spełniać gen, aby jego produkt mógł być zaklasyfikowany jako czynnik wirulencji

Gen:

- Powinien być odnajdywany jedynie w szczepach chorobotwórczych, a jeśli występuje w genomie szczepów niewirulentnych, to powinien być zmutowany lub nie ulegać ekspresji
- Powinien on ulegać ekspresji na pewnym etapie infekcji, a kodowany przez niego produkt powinien indukować pewien typ odpowiedzi immunologicznej
- Unieczynnienie genu kodującego czynnik wirulencji powinno, choć nie musi, prowadzić do obniżenia poziomu wirulencji, zaś jego wprowadzenie do szczepu niewirulentnego może przekształcić go w szczep chorobotwórczy

Co czyni drobnoustrój patogennym?

Infekcje dróg pokarmowych

- dotarcie do celu (wiązanie do komórek):

Przetrwanie przejścia przez żołądek
Przyczepienie się do nabłonka jelit – rzęski, wici..

- unikanie lub przezwyciężenie mechanizmów obrony:

Otoczki – chronią przed fagocytozą
Możliwość życia wewnątrz elementów układu odpornościowego
Zabijanie nieaktywowanych fagocytów
Upodobnienie do tkanek gospodarza – nierozpoznawalne
Bezpośredni atak na komórki układu odpornościowego

- zdolność uzyskiwania niezbędnych składników odżywczych

Fe ( stężenie FE w tkankach i krwi jest niewielkie, ponieważ organizm wytwarza białka wiążące – transferynę, laktoferynę) <- skuteczny system pobierania żelaza
Enzymy, które rozkładają wielocukry i białka, uwalniając z nich węgiel i azot

- powodowanie objawów

Od czego zależy wystąpienie choroby?

- Wystąpienie i przebieg choroby zależy ( od określonego czynnika oraz od liczby komórek patogenów lub toksyny wnikającej do organizmu, a także od stanu zdrowia osobnika

- Miarą patogenności jest najmniejsza dawka infekcyjna MID ( ang. Minimal infective dose), która może wywołać chorobę

- MID zależy od:

rodzaju patogenu
rodzaju żywności
wieku i stanu zdrowia osobnika (YOPI – young, old, pregnant, immunocompromised)
innych czynników

- Większość zatruć pokarmowych ulega samowyleczeniu (niezbędne uzupełniania płynów – w przypadku występowania biegunki, podawanie leków przeciwbiegunkowych raczej pogłębia chorobę i wydłuża czas jej trwania ze względu na zatrzymywani patogenów w jelitach)

Zapobieganie zatruciom

- zapobieganie zanieczyszczeniom surowców ze źródeł pierwotnych – kontrola i nadzór sanitarny
- zapobieganie namnażaniu się drobnoustrojów w żywności – prawidłowa obróbka termiczna, przechowywanie, dystrybucja

Bakteryjne zatrucia pokarmowe typu intoksykacji

1) Clostridium botullinum

- Gram + laseczka beztlenowa
- wytwarza rzetrwalniki
- temp. Wzrostu. 3,3-48 stopni Celcjusza
- pH 4,6-9,0
- Wytwarza toksynę botulinową
- ryby i przetwory rybne, przetwory mięsne domowej produkcji, konserwy o pH>4,5
- czas inkubacji 18-96 h
- MID: 5 ng

2) Staphylococcus aureus

- Gram + ziarniaki, względnie beztlenowe
- temp. Wzrostu 5-48 stopni
- pH 4-10
- wytwarza ciepłooporną toksynę
- oporne na sól
- mleko i produkty, sałatki
- czas inkubacji 2-6 h
- MID: ok. 51 mikrogram

Toksyny gronkowcowe

Gronkowce z gatunku Stapylococcus aureus wywołują rzeczywiste zatrucia pokarmowe (typu intoksykacji) przez wytwarzanie enterotoksyn działających na odcinku żołądkowo-jelitowym przewodu pokarmowego człowieka

Warunki tworzenia toksyn:

- szeroki zakres temperatury 10-45
- pH powyżej 5
- warunki beztlenowe i tlenowe

Enterotoksyny gronkowcowe ( 50-70% szczepów S. Aureus)

- białka rozpuszczalne
- nie ulegają rozkładowi w niskich temp
- ich ciepłooporność jest wyższa


inne toksyny, agresyny, inwazyny to:

- peptydoglikan ściany komórkowej
- kwasy tejchojowe
- białka wiążące glikoproteinową macierz komórek i osocza (plazminogen, elastyna, fibrynoektyna)
-receptor dla fibrynogenu – czynnik skupienia ( ang. Clumping factor – tzw. koagulaza związana)
- hemaglutyniny
- otoczki
- śluz zewnątrzkomórkowy
- proteazy, hialuronidaza, koagulaza, stafylokinaza, nukleazy, lipazy, fosfolipazu
- czynnik hamujący agregację płytek krwi
- hemolizy ( B-toksyny, alfa-toksyna, gamma-tokyna, ∂- toksyna)
- toksyna wstrząsu toksycznego

Infekcyjne zatrucia pokarmowe

1) Listeria monocytogenes

- g+, pałeczka tlenowa
- temp. Wzrostu 0-45 stopni Celcjusza
- pH 5,5-9,6
- odporna na sól
- czas inkubacji 3-90 dni
- „wszędobylska”
- żywność typu ready-to-eat przechowywana chłodniczo
- MID: >10^3 jtk/g

2) Salmonella sp.

- gram – tlenowiec
- temp. Wzrostu. 5,2-48 stopni Celcjusza
- pH 4,5-9,0
- czas inkubacji 3-90 dni
- zakażenia wtórne przez środowisko naturalne
- salmonellozy – choroby brudnych rąk
- MID: 10^5 jtk/g

Zapobieganie salmonellozom:

- mycie rąk
- utrzymywanie w czystości naczyń, sprzętów kuchennych
- przechowywanie żywności w niskiej temperaturze – w lodówce

- Zapobieganie rozmrażaniu i ponownemu zmrażaniu żywności
- wydzielanie miejsca w lodówce na surowy drób, mięso i jajka
- całkowite rozmrażanie drobiu, mięsa, ryb i ich przetworów przed przystąpieniem do smażenia, pieczenia i gotowania
- poddawanie żywności działaniu wysokiej temperatury (gotowanie, pieczeni, duszenie)
- mycie jaj przed rozbiciem skorupki
- parzenie we wrzątku jaj używanych do wyrobu potraw i deserów, nie poddawanych działaniu wysokiej temperatury
- unikanie lodów i ciastek pochodzących od nieznanych wytwórców i przygodnych sprzedawców

3) Yersinia enterocolitica

- G -, względny beztlenowiec, pałeczka
- temp. Wzrostu -2-44 stopni Celcjusza
- pH 4-10
- czas inkubacji 1-3 dni
- środowisko naturalne, woda, mleko, mięso, warzywa
- MID: duża liczba komórek

4) Aeromonas hydrophila

- G- pałeczka, względnie beztlenowa
- temp. Wzrostu -5-42 stopni Celcjusza
- pH 4-10
- czas inkubacji – nie znany
- odchody zwierzęce, woda, gleba, ryby, drób
- MID: 10^6-10^7 żywność
MID: 10^10 – woda




5) Plesiomonas shigelloides

- G -, względny beztlenowiec, pałeczka
- gatunek wyodrębniony z Aeromonas
- wrażliwa na temperaturę
- woda, ryby, ostrygi, kraby

6) Enterococcus faecalis

- G +, paciorkowce kałowe, względnie tlenowe
- temp. Wzrostu 7-45 stopni Celcjusza
- pH do 9,6
- obecność NaCl do 6,5%
- oporne na zamrażanie
- woda, przetwory mięsne i mleczarskie
- MID: 10^6-10^7 jtk/g

7) Enterobacter cloace, Enterobacter sakazakii

- G - względnie beztlenowe pałeczki
- bakteria wskaźnikowa z grupy coli
- woda skażona fekaliami, gleba, mleko, warzywa
- MID – ok. 10^3 jtk/g

8) Campylobacter jejuni

- G - pałeczka, mikroaerofil
temp. Wzrostu 30-47 stopni celcjusza (42-45 stenotermofilne/stenotermiczne) – nie rozwijają się w temp. Pokojowej -> wywodzą się z przewodu pokarmowego ptaków, które posiadają wyższą temp. Ciała niż człowiek
- pH 4,9-9,5
czas inkubacje 48 h – 7 dni
- woda, rób, mleko, żywność pochodzenia zwierzęcego
- podatne na pasteryzację
- MID - 500 jtk/g

9) Shigella sp.

- G - pałeczka względnie beztlenowa
- temp. Wzrostu 10-45 stopni Celcjusza, pH 4-9
- „choroba brudnych rąk”
- czas inkubacji 1-7 dni
- zakażenia wtórne przez fekalia, sałata, mleko
- MID – 10^4 jtk/g, w przypadku czerwonki nawet 100 wystarczy





10) Vibrio cholerae

- G - zakrzywione pałeczki
- temp. Wzrostu 5-44 stopni
- pH 8,5-9,5
- woda, ryby, owoce morza
- okres rozwoju choroby 2-5 dni
- MID 10^8 jtk/cm

11) Vibrio parahaemolyticus

- G - pałeczka względnie beztlenowa
- temp. Wzrostu. 5-43 stopni celcjusza
- pH 5-11
- czas inkubacji 4-96 h
- przybrzeżne wody morskie, żywność pochodzenia morskiego
- MID >10 ^4 jtk/g

12) Legionella pneumophila

- G - pałeczka wzg. beztlenowa
- 1976 choroba legionistów
- temp. Wzrostu ok. 38 stopni celcjusza, mezofile 37-42
- zarażenie przez kontakt z aerozolem
- MID – 10 jtl/cm^3

13) Pseudomonas aeruginosa – Pałeczka ropy błękitnej

- G – pałeczki tlenowe
- temp. Wzrostu 4-43, optymalna 37 stopni Celcjusza
- woda, surowe produkty mleczne i mięsne
- bakteria oportunistyczna – wewnątrz szpitalna
- MID – 10^8-10^9 jtk/g
- wskaźnik dla wód butelkowanych
- ma zdolność produkcji barwników, jest to cecha gatunkowa:

piocyjanina – niebiesko-zielony barwnik, widoczny w wydzielinach
Fluorosceina – powoduje zieloną fluorescencję pod wpływem promieniowania UV, wydzialnuy do podłóża przy braku żelaza
Piorubina – czerwony barwnik
Melanina – barwnik brązowy








14) Escherichia coli O157:H7

- G – pałeczka względnie beztlenowa
- temp. Wzrostu 8-44 stopni Celcjusza
- pH 4,4-9,5
- fekalia, surowce roślinne, mięso, mleko
- czas inkubacji 4 dni
- MID - 10^2

WYKŁAD XIII 05.06.2013


Szczepy chorbotwórcze E. Coli:

- EPEC – enteropatogenne – zatrucia pokarmowe, szczególnie u niemowląt
- EIEC – enteroinwazyjne – owrzodzenia śluzówki okrężnicy, ok. 100g powoduje
- ETEC – enterotoksyczne – „biegunki podróżnych”
- EHEC – enterokrwotoczne – E. Coli O157:H7 (oznaczenie związane z chorbotwórczością: O – E. Coli posiada antygent otoczkowy o numerze 157, H – antygent rzęskowy o numerze 7)

15) Clostridium perfringens

- G(+) laseczka beztlenowa, przetrwalnikująca
- temp. Wzrostu 10-50 stopni celcjusza
- pH 5-9
- gleba, drób, mięso, warzywa, sosy
- czas inkubacji 8-24 h
- MID 7x10^5 komórek
- toksyko infekcja
- wytwarzanie enterotoksyn

16) Bacillus cereus

- G (+) tlenowa laseczka przetrwalnikująca
- temp. Wzrostu 4-50 stopni
- pH 4,4-9,3
- gleba, surowce roślinne i zwierzęce
- czas inkubacji 0,5-1,5 h
- MID 10^3 komórek
- toksyko infekcja
- obecność skrobi w środowisku bardzo sprzyja rozwojowi
- ryż






17) Bacillus anthracis (laseczka wąglika)

- G (+) laseczka tlenowa
- Patogen najwyższego ryzyka
- 3 formy zakażenia: skórna (strzyżenie owiec), płucna, jelitowa
- MID: 1-3 spor
- Gleba, mięso, skóra i wełna zwierząt
- toksyko infekcja

Wirusowe zatrucia pokarmowe

Wirusy mogące stanowić potencjalne zagrożenie jako skażenie żywności i wody:

- picornawirusy ( wirus zapalenia wątroby, wirus polio, enterowirusy, wirus ECHO)
- reowirusy
- parvowirusy
- adenowirusy
- wirus EB (Epstein-Barr)

Epidemie wirusowe:

1) Wirus żółtaczki ( Hepatitis A)

- woda, skorupiaki, warzywa skażone wodą zanieczyszczoną ściekami
- czas inkubacji choroby 15-45 dni
- Inaktywacja w temp. 90 stopni celcjusza przez 90 sek

2) Wirus SRSV ( Small Round Structed Viruses), np. wirus Norwalk

- odpowiedzialny za 1/3 wirusowych zatruć pokarmowych
- czas inkubacji choroby 18-48 h
- Źródło zatruć – owoce morza, głównie ostrygi
- Eliminacja – obróbka cieplna

3) Rotawirusy

- szczególnie dzieci do 1 roku życia
- czas inkubacji 1-3 dni










Zakażenia wirusowe

- woda i skorupiaki – główne źródło wirusów powodujących zatrucia pokarmowe

- zapobieganie rozprzestrzenianiu się wirusów:

hodowla ostryg w czystej wodzie
dogotowywanie potraw
przechowywanie w niskiej temp. <4 stopni
przestrzeganie zasad higieny

Pleśnie i ich metabolity

- mikotoksyny pleśniowe
- produkowane przez grzyby strzępkowe
- rzadko powodują zatrucia pokarmowe
- kumulują się w narządach wewnętrznych

- Schorzenia spowodowane mikotoksynami

Marskość wątroby – sterigmatocystyna
Uszkodzenia narządów płciowych – zearalenon
Uszkodzenia nerek – ochratoksyna
Krwotoczność (płuc, mózgu, wątroby) – patulina
Działania rakotwórcze – aflatoksyna

Aflatoksyna

- Produkowana przez Aspergillus flavus – odkryta w 1960 r.
- Pozostałość aflatoksyny M1 (mikotoksyna o najsilniejszych właściwościach mutagennych, toksycznych i rakotwórczych da człowieka) wykrywano nawet w mleku w proszku i odżywkach dla dzieci
- Również w świeżej wołowinie, szynce, piwie, kakao, rodzynkach, serze, soku jabłkowym, orzeszki ziemne
- Efekt karmienia krów paszami zakażonymi pleśniami toksykotwórczymi

Trichoteceny

- produkowane przez Fusarium sp, Trichoderma
- A(>140)

Zearalenon

- wytwarzany przez Fusarium graminearum
- kukurydza i jej przetwory, chipsy, prażona kukurydza
- wykazuje działanie estrogenne i toksyczne dla komórek wątroby
- wpływa na zwiększenie produkcji estrogenu

Patulina

- produkowana przez Penicillium patulum, P. Expansum, Apergillus clavatus
- może wtórnie wystąpić w soku jabłkowym, winie, zapleśniałym chlebie

Ochratoksyna

- Produkowana przez Aspergillus alutaceus (ochraceus), Penicillium verrucosum
- Obecność w około 30% badanych zbóż i 10-21 % badanej mąki i pieczywa
- Najważniejsza w warunkach klimatycznych Polski

Oddychanie drobnoustrojów

- Fermentacje stanowią specjalny typ oddychania drobnoustrojów, w których za podstawę klasyfikacji można przyjąć:

rodzaj akceptora wodoru
stopień utlenienia substratu
ilość otrzymanej energii

Typy oddychania

- Fermentacje beztlenowe
- Utlenianie zw. Organicznych kosztem innych bez udziału tlenu atmosferycznego
- Utlenianie związków org. Połączone z redukcją związków mineralnych
- Oddychanie tlenowe (utlenianie bioogiczne)
- Fermentacje tlenowe (utleniające)

Etapy fermentacji cukrów

- wstępny rozkład wielocukrów za pomocą zewnątrzkomórkowych enzymów hydrolitycznych
w warunkach naturalnych, duże cząsteczki nie mogą przedostać się przez błonę cytoplazmatyczną i mogą zostać rozłożone do cukrów prostych

- rozkład heksoz do stadium pirogronianu, kluczowego związku pośrendniego w przemianach metabolicznych
- przekształcenie pirogronianu do końcowych produktów fermentacji

Embdena – Meyerhoffa – Parnasa (EPM) – glikoliza
Heksozomonofosforanu (HMP)
Entnera Doudoroffa (ED)






Rodzaje fermentacji

- W zależności od produktu:
alkoholowe, mlekowe, propionowe, mrówkowe, masłowe, octowe, cytrynowe

- W zależności od organizmu:
dzikie, właściwie (szlachetne)

Fermentacje beztlenowe:

- beztlenowy rozkład organicznych substancji do organicznych produktów, które nie mogą być dalej metabolizowane bez udziału tlenu
- energia jest odkładana w postaci ATP
- wydajność energetyczna fermentacji – kilkanaście razy mniejsza niż oddychania tlenowego

- Zaliczamy do nich:

alkoholowe
mlekowe
propionowe
masłowe

Fermentacja alkoholowa:

- zależy od pH środowiska:

pH ~ 4,5 – etanol
pH ~ 8,5 – glicerol

- Prowadzona głównie przez:

Drożdże Saccharomyces
Pleśnie Rhizopus, Mucor, Oidium, Monilia
Bakterie Thermobacterium mobile (Zymomonas mobilis)

Bilans fermentacji alkoholowej

Zymaza drożdżowa – kompleks enzymów Saccharomyces cerevisiae, odpowiedzialny za prowadzenie fermentacji

- Równanie Gay-Lussaca:

C₆H₁₂O₆ -> 2C₂H₅OH + 2CO₂ + E
180 g 2x46 g



Cechy fermentacji alkoholowej

- Gazowanie CO₂: zmniejszenie s.m. nastawu
- Obniżenie gęstości: d_c=1,589 g/cm³, d_a=0,79425 g/cm³
- Nieznany wzrost kwasowości: 0,3 jednostki pH

- Zastosowanie:

Gorzelnictwo
Piwowarstwo
Winiarstwo
Piekarnictwo

Metabolizm drożdży

- w obu przypadkach rozpoczyna się od glikolizy

- Beztlenowy: C₆H₁₂O₆ -> 2C₂H₅OH + 2CO₂ + ATP (2m)
180g 2x46g

- Tlenowy: C₆H₁₂O₆ + 6O₂ -> 6CO₂+6H₂0+ATP (38m)

Efekty regulacyjne

- Efekt Pasteura:

* w warunkach tlenowych drożdże produkują swoją biomasę w dużych ilościach, tlen silnie hamuje produkcję etanolu

* w warunkach beztlenowych zachodzi fermentacja alkoholowa

Efekt obserwowany u wszystkich drożdży z wyjątkiem browarniczych.

- w warunkach tlenowych, przy nadmiernym stężeniu glukozy w pożywce hodowlanej obserwują się częściowe hamowanie oddychania komórek drożdży:

- ujemny (negatywny) efekt Pasteura – hamowanie biosyntezy enzymów oddechowych
- efekt Crabtree – hamowanie aktywności drożdży










Fermentacja a hodowla biomasy

- Teoria Finka - węgiel zawarty w cząsteczce glukozy jest w 1/3 zużywany na procesy oddechowe, a w 2/3 na budowę biomasy komórkowej; węgiel stanowi 50% komórki drożdżowej

Zatem procesy te dają następujące ilości:

Proces beztlenowy 180g C₆H₁₂O₆ -> 2x46 g 2C₂H₅OH

Proces tlenowy C₆H₁₂O₆ -> 6x12gC (72g) : * 1/3
* 2/3-< 48g x 2 =96 g D₁₀₀ drożdże o 100% s.m.

Charakterystyka i rola drożdży w produkcji żywności

- Drożdże szlachetne – stosowane w piwowarstwie, winiarstwie, gorzelnictwie, w produkcji mlecznych napojów fermentowanych, drożdży piekarskich i paszowych, Saccharomyces cerevisiae

28-32 C, 20% cukru, pH 3-6
produkują 12-18% alkoholu

- Drożdże dzikie – działają szkodliwie lub nie wywierają żadnego wpływu na przebieg i wydajność danych procesów, Hansenula anomala

zawsze obecne na surowcu
małe wymagania pokarmowe, ale duże w stosunku do tlenu
oporne na środki dezynfekujące

Drożdże fermentacji:

* górnej – zbierają się w dużej ilości w pianie, fermentacja w temp. 15-25 C – Saccharomyces cerevisiae

* dolnej – szybko osiadają na dnie tanku, fermentują w temp. 5-12 C, Saccharomyces uvarum, S. Pastorianus (carlsbergensis)

Drożdże:

*pyliste – pozostają zawieszone w roztworze dając zmętnienie, np. piwo pszeniczne

* klaczkujące – ulegają flokulacji i wytrącają się w postaci osadu





Drożdże piekarskie

- produkowane w warunkach tlenowych na melasie
- należą do gatunku Saccharomyces cerevisiae
- Drożdże prasowane:

formowane w kostki
jasna, kremowa barwa
swoisty smak i zapach
odpowiednia siła pędna – zdolność do wytwarzania CO₂ – czas podnoszenia ciasta – suma pędów max. 120 minut

- Drożdże suszone – suszenie do 40 C

większa trwałość
łatwiejsza dystrybucja
obniżona aktywność fermentacyjna

- Drożdże paszowe – powinny charakteryzować się:

bogatym kompleksem enzymów
niską aktywnością fermentacyjną
wysoką zawartością białka
szybkim namnażaniem
małą wrażliwością na substancje toksyczne
zdolnością do korzystania z różnych źródeł węgla i azotu

Surowce odpadowe – melasa, wywary gorzelnicze, serwatka, słoma

Drożdże z gatunków:

Saccharomyces cerevisiae
Candida utilis, C. Tropicalis
Kuyveromyces marxianus, K. lactis

Wykorzystywane do produkcji preparatów białkowych, tzw. SCP (Single cell protein) – pasza dla zwierząt