ERA-NET: SafeFood

Bakterievekst i mat er et stort risikosak, med store konsekvenser for helse, sikkerhet, miljø og økonomi hos matforbrukere og produsenter. Minimalt bearbeidet mat blir stadig mer populær i Europa, men den er utsatt for bakterievekst, inkludert det humane patogenet Listeria monocytogenes (LM). Ulike behandlinger finnes, inkludert termisk behandling, salttilsetningsstoffer, etc., men ikke alle er det egnet til å rense fersk mat fra bakterier på grunn av hensyn til smak, tekstur, kvalitet og helse (for eksempel å redusere saltkonsentrasjonen). Høytrykksbehandling (HPP) er en lovende metode, da den kan drepe de fleste bakterier uten uønskede sensoriske bivirkninger på kvaliteten på mange matvaregrupper. Imidlertid har den en begrenset suksess, siden noen bakterier, inkludert LM, klarer å komme seg raskt fra høy trykkbehandling, noe som øker risikoen for matforurensning. Inntil nylig var det bare spekulasjoner om årsakene til denne raske utvinningen etter høytrykksbehandlingen. Dette transnasjonale SafeFood industrielle bioteknologiprosjektet samlet 8 grupper fra 6 land over hele Europa, med det formål å slå maten tryggere ved å drepe LM. Konsortiet studerte flere mekanismer som gjør at LM kan overleve HPP. Konsortiet fant flere viktige resultater som kan endre måten vi behandler maten på i bransjen. For det første ble det funnet at selv om høytrykksbehandling dreper mange bakterieceller, renser denne prosesseringsmetoden ikke alle bakteriene fullstendig. Våre funn antyder at bakterier som ser ut til å være døde, faktisk er inaktiverte, men ikke døde. Vi viser at ved å vise at deres genetiske materiale, deres RNA, som blir nedbrutt i døde celler etter minutter, er stabilt selv etter flere dager, og mobilisert for å muliggjøre funksjonalitet. Dette er publisert i open access science channel BMC Genomic (2020). For det andre ser det ut til at noen bakterier har evne til å overleve sjokket ved evolusjonære mekanismer. Konsortiet publisert i vitenskapelige open access publikasjonskanaler (f.eks. BMC genomics) at bakteriene gjennomgår overgang fra SOS-respons til sjokk, til gjenopprettingsmodus i løpet av de første 2 dagene, og etter en reparasjonsprosess, inkludert membranen, og til slutt til funksjonell inndeling etter flere dager. Videre, ved hjelp av spesielle vitenskapelige verktøy vi brukte (fluorescensmikroskopi) og modellering, klarte vi å beregne størrelsen på porene, skade hull i membranen til bakteriene som følge av høytrykksbehandling. For første gang i historien kunne folk observere hvordan hull i membranen til patogenen listeria monocytogenes gjenvinnes i løpet av dager. I tillegg undersøkte vi grundig de genetiske endringene som skjer i cellene som er i live etter høytrykksbehandling, og klarte å bedre forstå hvordan de overlever, hvordan de mobiliserer gener og proteiner for å overleve, og for å reparere skadene. Implikasjonen av disse resultatene er at cellene overlever eksepsjonelt godt, også til meget høye trykkverdier som brukes i industrien. Vi fant ut at høytrykksbehandling ikke dreper all bakteriepopulasjonen i maten, og de overlevende klarer å komme seg med en spesiell gjenopprettingsmodus som stammer fra evolusjon. Det innebærer at 'null listeria' krav fra myndighetene om import av mat (for eksempel USAs krav om null listeria) ikke er realistisk, siden bakteriene er inaktiverte, snarere enn døde. Ved å forstå mekanismene for denne evnen til å overleve, vil vi senere lære hvordan vi kan målrette mot spesifikt protein for å hindre at bakteriene reparerer membranen og overlever. Dette har potensial til å forlenge matvarens levetid betydelig uker, og til og med måneder.

1. Wider knowledge of how the pathogen Listeria survives and grow under different conditions. Novel knowledge about its temporal gene mechanisms that may help the industry to target and deactivate. 2. Our results can help to improve the high pressure processing regimes in the industry. for instance by increasing the holding times and decreasing the pressure. This will improve the economy of the HPP and bacteria treatment of food. 3. Our results has the potential to increase the shelf life of the food, by preventing or delaying the growth of listeria in the food. This has both economic impact, but also environmental impact. 4. Listeria is deactivated, but not dead after HPP. This implies that the demands (for instance by the USA authorities) for 'zero listeria' is not realistic one, because although measurements indicate zero growth in the first days after HPP, it does not imply zero listeria, as the pathogen is still presence and alive in the food.

Fresh and ready-to-eat (RTE) foods are becoming increasingly popular in Europe. Food, particularly RTE, is susceptible to foodborne pathogens such as Listeria monocytogenes (LM). The LM is the cause of listeriosis, a disease with increasingly health and economical issues in Europe. Food manufacturers must comply with strict EU regulations of LM in food, whereas the US adopted a zero-listeria policy. This poses also great economical and environmental challenges, due to large food waste and short expiration dates. Various ways for mild conservation exist, including mild heat, salt, and pH adjustments. However, not all treatments are of interest due to undesired changes in taste, texture and quality. Traditional thermal and preservative conservation can have negative health issues and often lead to reduced nutritional quality of foods. High pressure processing (HPP) is a new and promising method. It has reached increasing popularity as it can prolong shelf life and preserve the quality of the food. However, LM is highly durable and some survive the HPP treatment by having fast recovery. They are even able to grow in refrigeration. Recent studies show that stress induced by HPP damages primarily the cell walls, cell membrane and DNA structures. The bacteria respond by activating regulatory genes and pathways that are responsible for the expression of specific repair enzymes, repairing the damages in a very efficient manner, thereby preventing cell death. Targeting these regulatory genes and pathways will provide an excellent foundation for developing SafeFood, an improved HPP method which can fight foodborne bacteria. This transnational SafeFood industrial biotechnology project unites 8 groups from 6 countries across Europe, managed by the Norwegian University of Science and Technology (NTNU), with the purpose to turn food safe, by killing the contaminators LM.