Complexe interacties tussen bacteriesoorten maken biofilms hardnekkig

In het onderzoek werden technieken gebruikt die baanbrekend zijn voor de microbiologie-tak van de wetenschap, maar de studie biedt ook perspectief voor de ontwikkeling van effectievere schoonmaak- en ontsmettingsprotocols in de melkvee- en zuivelindustrie. Het fellowship leverde nieuwe kennis op over multispecies biofilms, die reeds heeft geleid tot verschillende wetenschappelijke publicaties, waaronder recent in ISME Communications.

Wereldwijd wordt in de voedselketen naar schatting 324 miljard dollar (US) per jaar besteed aan het beheersen en verwijderen van biofilms. Ook in de zuivelindustrie is het probleem significant. Biofilms die ontwikkelen op roestvrijstalen oppervlaktes zoals in een pasteur kunnen het bederf van zuivel versnellen of een besmetting met pathogenen zoals Listeria monocytogenes veroorzaken. De omstandigheden (temperatuur, vochtigheid, organisch materiaal) in een zuivelfabriek en bij uitbreiding in een melkveebedrijf zijn optimaal voor de groei van bepaalde bacteriën en de vorming van biofilms.

Biofilms als gemengde bacteriegemeenschappen

Een grote variatie aan bacteriën kan biofilms ontwikkelen op roestvrij staal. Schoonmaken en desinfecteren volstaat vaak niet. Of een biofilm een antibacteriële behandeling overleeft, wordt in belangrijke mate bepaald door de bacteriën die er samenleven en de manier waarop ze interageren. Hun interactie gaat van samenwerking tot concurrentie en vormt een delicaat evenwicht dat de weerbaarheid van de biofilm bepaalt. De aan- of afwezigheid van bepaalde bacteriesoorten kan een biofilm weerbaarder of kwetsbaarder maken voor desinfectie.

Sleutelbacteriën

Een belangrijke vaststelling uit het onderzoek is de noodzakelijke aanwezigheid van ‘sleutelbacteriën’ die de vorming van de biofilm en de groei van andere bacteriën versnelt. Ze vormen als het ware een hoeksteen die het complexe web van bacteriën in een biofilm in stand houdt en bevorderen de groei van andere bacteriën, zoals Stenotrophomonas. Ze beïnvloeden ook de productie door nog andere bacteriën van een beschermende matrix, een kleverige substantie die de biofilm samenhoudt en beschermt tegen reinigings- en desinfectiemiddelen.

Een voorbeeld van zo’n sleutelbacterie die relevant is voor de zuivelsector is Microbacterium lacticum.

Faizan Sadiq (ILVO): “Dit onderzoek zet de traditionele kennis van biofilms, gebaseerd op de aanname dat één soort voldoende is om een biofilm te vormen, op de helling. Het doet ons kijken naar biofilms als gemengde bacteriegemeenschappen die zich organiseren om samen te groeien, zelfs wanneer er voor hen conflict dreigt.”

Nieuw piste voor protocols en chemicaliën

Het belang van deze nieuwe inzichten voor de beheersing en preventie van biofilms in de zuivelindustrie is niet te onderschatten. Faizan Ahmed Sadiq: “We willen deze resultaten via vervolgonderzoek nog verder vertalen in concrete aanbevelingen voor de industrie. Een eerste kan zijn om oppervlakten te screenen op de aanwezigheid van Microbacterium lacticum, zodat bedrijven gealarmeerd worden en sneller kunnen ingrijpen. Bij de ontwikkeling van nieuwe antibacteriële middelen en schoonmaakprotocols is het interessant te zoeken naar chemicaliën en methoden die de sociale afhankelijkheid in de gemeenschap destabiliseren of de sleutelbacteriën verzwakken.”

Het onderzoek krijgt niet alleen gevolg voor de zuivelindustrie. Ook voor de pluimvee- en varkenssector wordt gekeken naar de vorming van biofilms in drinkwaterleidingen en hoe schoonmaakprotocols verbeterd kunnen worden op basis van deze nieuwe inzichten.

Marie Skłodowska-Curie fellowship

Het is de eerste keer dat ILVO via het Marie Skłodowska-Curie postdoc fellowship programma een topwetenschapper met ervaring uit het buitenland kon aantrekken. Tijdens zijn onderzoek ontstond ook een sterke samenwerking met onderzoeksgroepen van KULeuven en de Universiteit van Copenhagen. Alleen dankzij de complementaire expertise en aanpak van de drie kennisinstellingen kon de complexiteit van de dynamiek in biofilms ontrafeld worden.

Meer info

Lees een langer artikel met link naar de verschillende wetenschappelijke publicaties, in het Engels.

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Marie Sklodowska-Curie grant agreement No 101025683.

Disclaimer

De resultaten en conclusies in deze presentatie geven uitsluitend de visie van de auteurs weer. Het Research Executive Agency (REA), gedelegeerd door de Europese Commissie, is niet verantwoordelijk voor het gebruik van de informatie die het bevat.