Stress tolerance of Listeria monocytogenes and control of the bacterium in the fish industry

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-5841-3
Title: Stress tolerance of Listeria monocytogenes and control of the bacterium in the fish industry
Author: Aalto-Araneda, Mariella
Contributor organization: University of Helsinki, Faculty of Veterinary Sciences, Department of Food Hygiene and Environmental Health
Doctoral Programme in Food Chain and Health
Helsingin yliopisto, eläinlääketieteellinen tiedekunta
Ruokaketjun ja terveyden tohtoriohjelma
Helsingfors universitet, veterinärmedicinska fakulteten
Doktorandprogrammet i livsmedelskedjan och hälsa
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2020-03-25
Language: eng
URI: http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-5841-3
http://hdl.handle.net/10138/312060
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: The severe foodborne disease listeriosis is caused by the bacterium Listeria monocytogenes, known as a problematic contaminant of the food chain. This facultative anerobe tolerates many conditions used for controlling harmful bacteria, including high salinity and temperature. Some L. monocytogenes strains tolerate external stressors better than others, which may complicate the control of the bacterium in food-related environments. Strains exposed to one stress condition may also develop tolerance towards another; such cross-adaptation occurs, for instance, between osmotic and heat stress. In food production, L. monocytogenes may encounter these stresses via salting and heat treatments or hot water used in sanitation. Vacuum-packaged ready-to-eat fish products frequently contain L. monocytogenes and have caused several listeriosis outbreaks. They often do not undergo listericidal processes before consumption, and thus, their processing requires stringent preventive measures. The aims of this dissertation were to investigate the strain variability and determinants of L. monocytogenes stress tolerance and to examine the framework of fish-processing plants and their official food control for managing L. monocytogenes contamination. Using optical density measurements of microbial growth, differences in growth ability under osmotic (NaCl) stress were determined for 388 wild-type L. monocytogenes strains. Notable strain variability as well as serotype- and lineage-dependent patterns of L. monocytogenes salt stress tolerance were discovered. Lineage-I-affiliated L. monocytogenes serotype 1/2b and 4b strains grew significantly better at NaCl 9.0% than lineage-II-affiliated serotypes 1/2a, 1/2c, and 3a. By enabling this comprehensive identification of NaCl-tolerant strains, our data assembly and analysis protocol elucidated the biologically relevant intra-species variability of L. monocytogenes salt stress tolerance phenotypes. A comparative whole-genome sequencing approach was implemented to identify underlying determinants of L. monocytogenes stress tolerance phenotypes. Accessory genetic mechanisms of stress resistance were investigated by comparison of heat survival phenotypes and whole-genome sequences of a heat-resistant and a heat-sensitive L. monocytogenes strain. The comparison identified a novel plasmid, pLM58, including an open reading frame annotated as an adenosine triphosphate (ATP) -dependent ClpL-protease-encoding gene, which was present in the heat-resistant strain but absent in the heat-sensitive strain. The curing of pLM58 resulted in a reduction of heat resistance. The conjugation of clpL increased the heat survival of a natively heat-sensitive L. monocytogenes strain. This study described, for the first time, plasmid-borne heat resistance of L. monocytogenes and identified the protease ClpL as a novel mechanism of L. monocytogenes heat resistance. To examine the framework for managing L. monocytogenes contamination in the fish industry, operational practices and efficacy of official control were studied in 21 Finnish fish-processing plants producing vacuum-packaged gravad (cold-salted) and cold-smoked fish products. Product samples were investigated for the presence and quantity of L. monocytogenes in 2014–2015. Additionally, the results of official food control sampling of products and facilities were assessed to retrospectively gain information on L. monocytogenes contamination in the participating fish-processing plant facilities in 2011–2013. The production and hygiene practices of the processing plants were surveyed with an in-depth inspection questionnaire, and the occurrence, control measures, and correction of non-compliances were drawn from their official inspection records. Associations of L. monocytogenes occurrence with fish-processing plant operational practices, compliance, and aspects of official control during the respective years were investigated with statistical modeling. L. monocytogenes product contamination was associated with number of processing machines, deficiencies in the processing environment and machinery sanitation, and staff movement from areas of low hygiene to high hygiene. Performing frequent periodic thorough sanitation was associated with a decreased risk of product contamination. The increased occurrence of L. monocytogenes in the facilities and products of the fish-processing plants was associated with hygiene deficiencies in processing machinery, a lack of demanding control measures for non-compliances, and recurrence of non-compliances. These results identified areas for improvement in the preventive measures of fish-processing plants and official food control, providing ways to reduce L. monocytogenes contamination in the fish industry.Listeria monocytogenes -bakteeri aiheuttaa ihmisille elintarvikevälitteistä tautia, listerioosia, jonka esiintyvyys on lisääntynyt Suomessa ja muualla Euroopassa 2010-luvulla. Listerioosi aiheuttaa aivokalvontulehdusta, verenmyrkytystä ja keskenmenoja, joihin kuolleisuus on 15–30 %. Riskiryhmiä ovat vastasyntyneet, yli 64-vuotiaat tai vastustuskyvyltään heikentyneet henkilöt sekä raskaana olevat naiset. L. monocytogenes sietää monia torjuntakeinoja ruokaketjussa ja pesiytyy elintarvikelaitoksiin, joissa se saastuttaa tuotteita pintojen ja laitteiden välityksellä. Suomessa listerian tyypillisiä tartuntalähteitä ovat sellaisenaan syötävät elintarvikkeet, etenkin tyhjiöpakatut kylmäsavustetut ja graavisuolatut kalatuotteet. Väitöskirjatutkimuksen tavoitteena oli tunnistaa keinoja estää tuotantoympäristön ja tuotteiden saastuminen listerialla kalalaitoksissa. Kyseessä oli ensimmäinen tutkimus, jossa selvitettiin yksityiskohtaisesti listeriahallinnan toteutumista ja viranomaisvalvonnan vaikuttavuutta suomalaisissa kalalaitoksissa. Tuotenäytteitä ja viranomaisasiakirjoja kerättiin 21 kalalaitoksesta, joissa toteutettiin riskienkartoituskysely. Laitoksissa esiintyi epäkohtia etenkin puhtaana- ja kunnossapidossa sekä tuotantohygieniassa. Huomattavan osan epäkohdista arvioitiin altistavan listerialle eli torjuntaa ei ollut toteutettu tehokkaasti kaikissa laitoksissa. Seitsemässä laitoksessa esiintyi pieniä määriä L. monocytogenesta kalatuotteissa vuosina 2014–2015. Listeriaa esiintyi vain siivutetuissa tuotteissa ja enemmän graavi- kuin kylmäsavukalassa. Tuotekontaminaatio liittyi tuotantolaitteisiin, puutteellisiin puhdistuskäytäntöihin ja työntekijöiden siirtymiseen eri hygieniatasoisten tilojen välillä. Tulokset osoittivat konkreettisia toimenpiteitä, joilla listerian esiintymistä voidaan vähentää kalalaitoksissa. Tutkimuksessa todettiin, että tuotantolaitteiden puhtautta ja epäkohtien korjaamista tulee varmistaa ja valvoa tehostetusti. Laitosten ja viranomaisvalvonnan toimivaan yhteistyöhön olisi myös tarvetta panostaa. Lisäksi väitöskirjassa tehtiin merkittäviä perustutkimuksellisia löydöksiä L. monocytogeneksen sopeutumisesta ja selviytymisestä elintarvikeketjussa esiintyvissä olosuhteissa. Listerioositapausten ehkäisemiseksi on tärkeää, että elintarviketeollisuudessa panostetaan listerian torjuntaan ja käytetään hyväksi torjunnasta kertynyttä tietoa.
Subject: Eläinlääketiede, Elintarvikehygienia
Rights: Julkaisu on tekijänoikeussäännösten alainen. Teosta voi lukea ja tulostaa henkilökohtaista käyttöä varten. Käyttö kaupallisiin tarkoituksiin on kielletty.


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
Stressto.pdf 2.587Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record