Bacteriofagen in de voedselverwerking
“Voedselgerelateerde ziekten zijn, ondanks vele vorderingen in voedselhygiëne en de bewaking van ziekteverwekkers, nog steeds een van de belangrijkste oorzaken van ziekenhuisopnames en sterfgevallen wereldwijd.” Conventionele antimicrobiële methoden zoals pasteurisatie, hogedrukverwerking, bestraling en chemische desinfectiemiddelen kunnen de microbiële populaties in voedingsmiddelen in verschillende mate verminderen, maar hebben ook aanzienlijke nadelen, zoals een hoge initiële investering en mogelijke schade aan verwerkingsapparatuur vanwege hun corrosieve aard en een schadelijk effect op de organoleptische eigenschappen (en mogelijk de voedingswaarde) van voedingsmiddelen. Misschien wel het belangrijkste is dat deze decontaminatiestrategieën willekeurig doden, inclusief veel – vaak nuttige – bacteriën die van nature in voedingsmiddelen aanwezig zijn.Een veelbelovende techniek die verschillende van deze tekortkomingen aanpakt, is de biobestrijding met bacteriofagen, een milieuvriendelijke en natuurlijke methode waarbij lytische bacteriofagen, geïsoleerd uit de omgeving, gericht pathogene bacteriën in voedingsmiddelen aanpakken en elimineren (of hun gehalte in voedingsmiddelen significant verminderen). Sinds het eerste idee om bacteriofagen in voedingsmiddelen te gebruiken, hebben talloze onderzoeksrapporten het gebruik van biobestrijding met bacteriofagen beschreven om een breed scala aan bacteriële ziekteverwekkers in diverse voedingsmiddelen te bestrijden, van kant-en-klaar vleeswaren tot vers fruit en groenten. Het aantal commercieel verkrijgbare producten die bacteriofagen bevatten en die zijn goedgekeurd voor toepassingen op het gebied van voedselveiligheid, is eveneens gestaag toegenomen.Hoewel er nog enkele uitdagingen zijn, wordt biobestrijding met bacteriofagen steeds meer erkend als een aantrekkelijke modaliteit in ons arsenaal aan hulpmiddelen voor de veilige en natuurlijke eliminatie van pathogene bacteriën uit voedingsmiddelen.
1. Inleiding
Van slabladeren tot cheddar kaas in een Cobb-salade, tot diepgevroren kant-en-klaarmaaltijden, de voedingsmiddelen die we consumeren zijn onderhevig aan een constante dreiging van besmetting door microbiële pathogenen, die vervolgens kunnen worden overgedragen op de consument. Onlangs heeft de Wereldgezondheidsorganisatie (WHO) de Foodborne Disease Epidemiology Reference Group (FERG) opgericht om wereldwijd door voedsel overgedragen ziekten te monitoren. FERG monitorde de 31 door voedsel overgedragen pathogenen die de hoogste morbiditeit en mortaliteit bij mensen veroorzaakten. In hun meest recente (2015) schatting van de wereldwijde last van door voedsel veroorzaakte ziekten, schatte FERG dat er in 2010 600 miljoen door voedsel overgedragen infecties plaatsvonden, die meer dan 400.000 sterfgevallen veroorzaakten. Van de vijf meest voorkomende micro-organismen die door voedsel overgedragen ziekten veroorzaken, waren er vier bacteriën: Escherichia coli (~111 miljoen), Campylobacter spp. (~96 miljoen), niet-tyfus Salmonella enterica (~78 miljoen) en Shigella spp. (~51 miljoen), waarbij het aantal door deze bacteriën veroorzaakte door voedsel overgedragen sterfgevallen werd geschat op ~15.000 voor Shigella spp. tot ~63.000 voor E. coli [ 1 ]. Opvallend was dat kinderen onder de vijf jaar onevenredig zwaar werden getroffen; zij zijn verantwoordelijk voor 40% van de sterfgevallen en vertegenwoordigen slechts 9% van de wereldbevolking [ 1 ]. Deze door voedsel overgedragen ziekten belasten ook de nationale economieën enorm. In de Verenigde Staten bijvoorbeeld wordt de gemiddelde incidentie geschat op ongeveer 1500 USD per persoon, waarbij de geschatte totale jaarlijkse kosten van deze door voedsel overgedragen ziekten meer dan 75 miljard USD bedragen [ 2 ].
Er zijn verschillende benaderingen om de veiligheid van onze voedingsmiddelen te verbeteren. Hittepasteurisatie wordt gewoonlijk gebruikt om het aantal bacteriën in vloeistoffen en zuivelproducten, met name melk, te verminderen. Pasteurisatie is echter niet geschikt voor veel verse voedingsmiddelen, omdat het proces ertoe leidt dat de producten worden gekookt. Een andere methode om pathogenen in voedingsmiddelen te verminderen, is hogedrukverwerking (HPP), waarbij voedingsmiddelen worden blootgesteld aan hoge druk om microben te inactiveren. Deze techniek is met succes toegepast op vloeibare producten en voorgekookte maaltijden die bestemd zijn om in te vriezen. Net als bij hittepasteurisatie wordt het echter over het algemeen niet gebruikt bij vers vlees en producten, omdat het het uiterlijk (de kleur) en/of de voedingswaarde van deze producten kan beïnvloeden [ 3 , 4 ]. Bestraling is ook een effectief middel om de belasting van pathogene organismen in voedingsmiddelen te verminderen. Bestraling kan echter de organoleptische eigenschappen van voedingsmiddelen nadelig beïnvloeden. Bovendien is de acceptatie van deze methode door klanten laag en wordt deze verergerd door een etiketteringsplicht voor veel met straling behandelde voedingsmiddelen [ 5 , 6 ]. Ten slotte worden chemische desinfectiemiddelen zoals chloor en perazijnzuur (PAA) veelvuldig gebruikt om microbiële besmetting van veel verse groenten en fruitproducten, evenals kant-en-klare (RTE) voedingsmiddelen, te verminderen [ 7 , 8 ]. Hoewel ze over het algemeen effectief zijn, zijn veel van deze chemicaliën corrosief en kunnen ze apparatuur voor voedselverwerking beschadigen. Chemische desinfectiemiddelen kunnen ook nadelige gevolgen hebben voor het milieu (d.w.z. ze zijn niet milieuvriendelijk), en gezien de huidige trends naar chemicaliënvrije biologische voedingsmiddelen, neemt de acceptatie van chemische additieven in voedingsmiddelen (vooral in verse producten) door consumenten snel af. Een gemeenschappelijk nadeel van al deze technieken is dat ze microben willekeurig doden. met andere woorden, zowel de pathogene als de potentieel gunstige normale flora-bacteriën worden in gelijke mate getroffen. Bovendien komen, ondanks de verscheidenheid aan beschikbare methoden, door voedsel overgedragen uitbraken nog steeds relatief vaak voor.Deze gecombineerde factoren illustreren de noodzaak van een gerichte antimicrobiële aanpak die alleen of in combinatie met de hierboven beschreven technieken kan worden gebruikt om extra barrières te creëren in een meervoudige hordebenadering, om te voorkomen dat door voedsel overgedragen bacteriële pathogenen de consument bereiken. Een dergelijke techniek is het gebruik van lytische bacteriofagen om specifieke door voedsel overgedragen bacteriën in onze voedingsmiddelen aan te pakken, zonder de normale – en vaak gunstige – microflora van voedingsmiddelen nadelig te beïnvloeden. Deze aanpak wordt “bacteriofaag-biobestrijding” of “faag-biobestrijding” genoemd.
Faag-biobestrijding wordt steeds meer geaccepteerd als een natuurlijke en milieuvriendelijke technologie die gericht bacteriële pathogenen in verschillende voedingsmiddelen kan aanpakken om de voedselketen te beschermen ( Tabel 1 ). Bacteriofagen werden voor het eerst geïdentificeerd in 1917 door Felix d’Herelle, en het nut van deze “bacterie-eters” voor de bestrijding van bacteriële ziekten werd snel benut [ 9 ].In de context van voedselveiligheid pakken bacteriofagen veel consumentenbezwaren aan. De faag-biobestrijding biedt bijvoorbeeld, vanwege de specificiteit van bacteriofagen, een unieke mogelijkheid om pathogene bacteriën in voedingsmiddelen aan te pakken zonder de normale microflora van voedingsmiddelen te verstoren. Opmerkelijk is dat het Amerikaanse leger onlangs een project (W911QY-18-C-0010) heeft geïnitieerd om de effecten van faagtoepassing versus conventionele chemische antibiotica op de normale microbiota van verse producten en de mogelijke gevolgen hiervan voor de voedingswaarde van voedingsmiddelen nader te onderzoeken. Bovendien is faag-biobestrijding waarschijnlijk de meest milieuvriendelijke antimicrobiële interventie die momenteel beschikbaar is. De meeste, zo niet alle, commercieel verkrijgbare faag-biobestrijdingsproducten bevatten natuurlijke fagen, d.w.z. uit de omgeving geïsoleerde fagen die niet genetisch gemodificeerd zijn. Veel van deze preparaten bevatten ook geen additieven of conserveermiddelen; het zijn doorgaans oplossingen op waterbasis, bestaande uit gezuiverde fagen en kleine hoeveelheden zouten. Sommige op de markt verkrijgbare faagpreparaten zijn ook gecertificeerd als koosjer en halal en zijn beschikbaar voor gebruik in biologische voedingsmiddelen (OMRI-geregistreerd in de VS; SKAL in de EU) ( Tabel 2 ). Hoewel er beperkte tests zijn, suggereren de werkzaamheden van onze groep dat bacteriofagen de organoleptische (d.w.z. sensorische) eigenschappen van voedingsmiddelen niet veranderen [ 10 ]. Vergeleken met andere voedselveiligheidsmaatregelen zijn de kosten voor de toepassing van bacteriofagen relatief laag, doorgaans variërend van 1 tot 4 cent per pond van het behandelde voedingsmiddel. De behandeling en bestraling met HPP kosten doorgaans 10 tot 30 cent per pond [ 11 ]. Het is belangrijk op te merken dat deze cijfers alleen de kosten van elke interventie weergeven en geen rekening houden met situaties waarin een meervoudige hordebenadering om voedselveiligheidsredenen nodig kan zijn (bijv. de vrees dat voedsel besmet is met meer dan één door voedsel overgedragen pathogeen) of om voedselkwaliteitsredenen (bijv. bederf van voedsel, dat doorgaans wordt veroorzaakt door meerdere verschillende micro-organismen).
De biologische eigenschappen van lytische bacteriofagen en andere kenmerken van commerciële faag-biobestrijdingsproducten, zoals hierboven uiteengezet, maken faag-biobestrijding tot een zeer aantrekkelijke methode om de veiligheid van onze voedingsmiddelen verder te verbeteren, en een toenemend aantal bedrijven wereldwijd houdt zich bezig met de ontwikkeling en commercialisering ervan [ 12 ] ( Tabel 2 ). Faag-biobestrijding heeft echter zijn beperkingen en nadelen. Faagpreparaten vereisen bijvoorbeeld gekoelde opslag (doorgaans 2–8 °C) en moeten mogelijk afzonderlijk worden toegepast in combinatie met chemische desinfectiemiddelen, aangezien agressieve chemicaliën ook de faagdeeltjes kunnen inactiveren en de faag-biobestrijding minder effectief kunnen maken. Vanwege hun hoge natuurlijke specificiteit kunnen faagpreparaten gericht pathogenen in voedingsmiddelen effectief bestrijden. Als voedingsmiddelen echter toevallig besmet zijn met twee of meer pathogenen van voedselbacteriën, is een faagpreparaat dat gericht is tegen een enkel pathogeen niet effectief bij het verwijderen van niet-pathogenen uit voedingsmiddelen. Als laatste overweging moet erop worden gelet lytische fagen te gebruiken en getemperde fagen uit bacteriofaagpreparaten uit te sluiten. Getemperde fagen zijn doorgaans minder effectief in het doden van hun bacteriële gastheren dan lytische fagen. Bovendien kunnen getemperde fagen hun DNA integreren in het bacteriële chromosoom en daardoor mogelijk de overdracht van virulentiegenen of andere ongewenste genen (bijv. genen die coderen voor antibioticaresistentie) tussen bacteriestammen bevorderen, wat kan leiden tot het ontstaan van nieuwe pathogene stammen. Het risico op een dergelijk optreden is significant lager wanneer lytische fagen worden gebruikt.
Dit overzicht richt zich op toepassingen van wildtype bacteriofagen ter verbetering van de voedselveiligheid. We bespreken geen andere mogelijke faaggerelateerde methoden, zoals het gebruik van faagendolysinen om door voedsel overgedragen pathogenen te bestrijden of het gebruik van bacteriofagen om voedselbederf te bestrijden. Deze onderwerpen zijn reeds door andere auteurs besproken en relevante overzichten zijn beschikbaar [ 13 , 14 ].In de context van voedselveiligheidstoepassingen kunnen lytische wildtype bacteriofagen zowel vóór de oogst (bijv. bij levende dieren, toegediend via diervoeder of gesprayd vóór het slachten) als/en na de oogst (bijv. direct aangebracht op voedseloppervlakken, hetzij door direct sproeien, via verpakkingsmaterialen of op andere wijze) worden gebruikt om de besmetting door pathogene bacteriën te verminderen [ 12 , 15 ]. Faag-biobestrijding zou ook een middel kunnen zijn voor het desinfecteren van oppervlakken die worden gebruikt bij de productie en verwerking van voedingsmiddelen [ 16 , 17 ]. In eerdere overzichten [ 12 , 14 , 18 , 19 ] hebben wij en anderen een algemeen overzicht samengesteld van de industrieën en producten waarin bacteriofagen worden gebruikt in voedselveiligheidstoepassingen. Hier presenteren we een geactualiseerd overzicht (en een uitgebreide overzichtstabel) waarin studies worden beschreven waarin bacteriofagen voornamelijk zijn toegepast op voedsel na de oogst, met name vlees, verse producten en RTE-voedingsmiddelen ( Tabel 1 ). In het volgende gedeelte worden geselecteerde studies van de afgelopen vijf jaar besproken waarin faag-biobestrijding is gebruikt om vier belangrijke door voedsel overgedragen pathogenen te bestrijden. Ten slotte bespreken we ook de regulering van bacteriofagen voor toepassingen in voedselveiligheid en enkele van de uitdagingen van faag-biobestrijding.
2. Faag-biobestrijding ter bestrijding van de meest voorkomende door voedsel overgedragen bacteriële pathogenen
2.1. Listeria monocytogenes
Listeria monocytogenes is een staafvormige, grampositieve, facultatief anaerobe bacterie. De consumptie van voedingsmiddelen die besmet zijn met L. monocytogenes veroorzaakt bij mensen een reeks symptomen, zoals aanvankelijke griepachtige of gastro-intestinale symptomen, die in sommige gevallen kunnen leiden tot encefalitis of cervicale symptomen en mogelijk tot doodgeboorte bij zwangere moeders. Naar schatting waren er in 2010 wereldwijd meer dan 14.000 gevallen van door voedsel overgedragen infecties met L. monocytogenes, waarbij meer dan 3000 mensen om het leven kwamen [ 1 ]. L. monocytogenes kan overleven en groeien bij gekoelde temperaturen (2–8 °C), die gewoonlijk worden toegepast bij de distributie en opslag van veel voedingsmiddelen. Daarom is de detectie en eliminatie van L. monocytogenes van cruciaal belang voor het waarborgen van de veiligheid van de voedselketen, met name in RTE-voedingsmiddelen. In dit verband is door verschillende onderzoekers aangetoond dat de toepassing van bacteriofagen op diverse voedingsmiddelen (inclusief RTE-voedingsmiddelen) de besmetting met L. monocytogenes effectief vermindert ( Tabel 1 ). Er werd bijvoorbeeld gemeld dat een commercieel monofagenpreparaat (d.w.z. een faagpreparaat bestaande uit een enkele faag) dat gericht is op Listeria de niveaus van L. monocytogenes in hamplakken effectief verlaagt en superieur is aan lactaat-nisine en natrium bij de opslagmisbruiktemperatuur van 6–8 °C [ 47 ]. Een vergelijkbare studie van Chibeu en collega’s (2013) toonde aan dat hetzelfde monofagenpreparaat ook L. monocytogenes op het oppervlak van andere vleeswaren kon verminderen [ 44 ]. Het vlees (gekookte gesneden kalkoen en rosbief) werd bewaard bij 4 °C en een misbruiktemperatuur van 10 °C. De Listeria-specifieke faag was effectief tegen L. monocytogenes wanneer deze alleen werd gebruikt, en verhoogde de effectiviteit van andere antimicrobiële middelen wanneer deze samen met natriumdiacetaat of kaliumlactaat werd gebruikt. Al deze studies gebruikten een enkel faagpreparaat. Een faagcocktail, bereid met meerdere bacteriofagen in vergelijking met een enkel faagpreparaat, kan superieur zijn, zowel wat betreft een bredere dekking van de doelsoorten als een vermindering van het risico op het ontstaan van resistente bacteriën. Een dergelijke commercieel verkrijgbare zes-fagen-cocktail tegen L. monocytogenes is getest op een reeks voedingsmiddelen die experimenteel besmet zijn met L. monocytogenes , waaronder sla, gepasteuriseerde harde kaas, gerookte zalm en Gala-appelschijfjes; De toepassing van deze bacteriofaagcocktail verminderde de L. monocytogenes-niveaus in al deze voedingsmiddelen met ~0,7–1,1 logs [ 10 ]. Dezelfde studie onderzocht de toepassing van de L. monocytogenes-specifieke cocktail op voorverpakte, diepgevroren maaltijden. De maaltijden werden experimenteel besmet met L. monocytogenes , behandeld met de faagcocktail en onderworpen aan vries- en ontdooicycli. De resultaten toonden een vermindering van L. monocytogenes met 2,2 log, wat suggereert dat faag-biobestrijding een effectief middel kan zijn voor de bestrijding van L. monocytogenes in voedingsmiddelen onder omstandigheden van “opslagmisbruik”, wanneer de diepvriesmaaltijden tijdens hun opslag opzettelijk of onopzettelijk meerdere keren worden ontdooid [ 10 ].
In veel van de hierboven besproken studies werden, ondanks de aanvankelijke significante vermindering van de L. monocytogenes-niveaus in de voedingsmiddelen, de doelbacteriepopulaties niet volledig uitgeroeid, en levensvatbare L. monocytogenes-cellen konden nog steeds worden teruggevonden, zij het in veel kleinere aantallen. De bacteriofaagpreparaten waren echter nog steeds effectief tegen willekeurig geselecteerde kolonies van de teruggevonden bacteriën, wat suggereert dat faagresistentie niet de belangrijkste reden was voor de onvolledige uitroeiing van L. monocytogenes [ 23 , 37 , 44 ]. Voor deze waarneming zijn verschillende mogelijke verklaringen. De L. monocytogenes-cellen zouden bijvoorbeeld een tijdelijke resistentie tegen faaginfecties kunnen vertonen, zoals eerder gemeld [ 70 , 71 ]. Een andere mogelijke verklaring is dat de fagen na het sproeien van de fagen op de voedingsmiddelen (bijv. door het gebruik van een te klein sproeivolume, met name op voedingsmiddelen met een complexe topografie) niet direct in contact kwamen met sommige L. monocytogenes-cellen, met als gevolg dat deze bacteriecellen niet door fagen worden gelyseerd. In dit laatste scenario kunnen het gebruik van grotere sproeivolumes, fijne (nevelachtige) sprays, roterende/tuimelende voedingsmiddelen tijdens de faagtoepassing en het waarborgen van een grondige oppervlaktebedekking met fagen helpen de effectiviteit van faag-biobestrijding te verbeteren.
2.2. Salmonella spp.
De niet-tyfus serotypen van Salmonella enterica zijn elk jaar wereldwijd verantwoordelijk voor vele gevallen van gastro-enteritis. De ziekte veroorzaakt door deze gramnegatieve, staafvormige bacteriën is vaak zelflimiterend en vertoont symptomen zoals buikkrampen, koorts, misselijkheid en diarree. Er kunnen echter levensbedreigende gevallen optreden, waarbij de bacteriën uitgedroogd zijn en in het maag-darmkanaal doordringen.Naar schatting werden in 2010 wereldwijd meer dan 78 miljoen gevallen van door voedsel overgedragen infecties door Salmonella veroorzaakt, met bijna 60.000 sterfgevallen [ 1 ]. Tijdens de verwerking en verpakking van voedingsmiddelen kunnen Salmonella en andere pathogenen zich hechten aan de oppervlakken waarop voedsel wordt bereid en deze besmetten. Deze factoren stellen RTE-voedingsmiddelen zoals vers fruit en groenten, die vóór consumptie niet zijn gekookt, bloot aan een bijzonder hoog risico op het overdragen van bacteriële pathogenen en het veroorzaken van voedselvergiftiging.
Momenteel zijn er minstens twee door de FDA goedgekeurde faagpreparaten tegen Salmonella op de markt ( Tabel 2 ). Er zijn verschillende publicaties beschikbaar die hun toepassingen (en die van andere niet-commerciële faagpreparaten) in verschillende voedingsmiddelen beschrijven. Korte samenvattingen van deze studies zijn te vinden in Tabel 1 . Een studie is van bijzonder belang, omdat deze een voorbeeld toont van hoe faagresistentie kan worden aangepakt wanneer deze de effectiviteit van een bacteriofaagpreparaat beïnvloedt. In deze studie werd een GRAS-geregistreerde (algemeen als veilig erkende) zes-fagen-cocktail tegen Salmonella onderzocht op zijn vermogen om de Salmonella-niveaus te verlagen op oppervlakken die vergelijkbaar zijn met die in voedselverwerkingsbedrijven, zoals roestvrij staal en glas [ 16 ]. Initiële studies toonden aan dat de Salmonella-specifieke bacteriofaagcocktail de populatie van gevoelige Salmonella-stammen op alle onderzochte oppervlakken significant verminderde met ~2–4 logs; Tegelijkertijd was het ineffectief in het verlagen van de niveaus van een andere Salmonella-stam ( Salmonella Paratyphi B S661) die in vitro resistent was tegen de faagcocktail [ 16 ]. Toen de faagcocktail echter werd aangepast om fagen te bevatten die specifiek gericht waren op deze resistente stam, toonde het bijgewerkte preparaat een significante reductie (~2 log) van S. Paratyphi B S661 van de oppervlakken, terwijl ook de effectiviteit tegen de eerder gevoelige isolaten behouden bleef [ 16 ]. Deze studie levert overtuigend bewijs dat faagcocktails gemakkelijk kunnen worden gemodificeerd om specifieke bacteriestammen aan te pakken, bijvoorbeeld wanneer faagresistente mutanten opduiken, of om gericht de probleemstammen aan te pakken die in specifieke voedselproductiebedrijven overheersen.
Naast hun nut bij de decontaminatie van oppervlakken voor voedselbereiding, hebben bacteriofaagcocktails ook Salmonella rechtstreeks uit de voedingsmiddelen verwijderd. Dezelfde Salmonella-specifieke cocktail die hierboven werd besproken, verminderde bijvoorbeeld de Salmonella-niveaus op experimenteel besmette kippendelen wanneer deze alleen werd toegepast, en dit effect werd versterkt wanneer de faag in combinatie met conventionele chemische desinfectiemiddelen werd toegepast [ 59 ]. Bij kipfilets verminderde de bacteriofaagcocktail het aantal van een mengsel van Salmonella-soorten significant wanneer deze op het oppervlak van de filets werden aangebracht of wanneer de filets werden ondergedompeld in een vat dat de faagoplossing bevatte [ 60 ]. Bovendien verminderde deze faagcocktail het aantal Salmonella significant wanneer de filets werden bewaard onder aerobe of gemodificeerde atmosferische omstandigheden [ 60 ]. Deze laatste bevinding kan directe praktische implicaties hebben, aangezien voedselproducenten vaak gemodificeerde atmosferische omstandigheden gebruiken om de groei van bacteriën te remmen en de houdbaarheid van voedingsmiddelen te verlengen. Een andere studie toonde aan dat een enkele faag, SJ2, de hoeveelheid Salmonella in vloeibaar ei en gemalen varkensvlees significant verminderde, en deze reductie was sterker uitgesproken bij hogere temperaturen [ 62 ]. De auteurs onderzochten resterende Salmonella-kolonies op resistentie; Hoewel er geen verschil was in het aantal resistente klonen van met fagen behandelde en onbehandelde monsters van gemalen varkensvlees, werd in de met fagen behandelde monsters van eivloeistof een significant hoger aantal resistente klonen gevonden [ 62 ]. De auteurs suggereerden dat zowel de voedselmatrix (vast en vloeibaar) als de verschillen in het microbioom van de twee voedingsmiddelen hebben kunnen bijdragen aan dit verschil in het aantal resistente Salmonella-isolaten [ 62 ].
Door voedsel overgedragen ziekten, veroorzaakt door niet-tyfoïde serotypen van Salmonella , vormen ook een gezondheidsrisico voor huisdieren (bijv. honden en katten), en de nauwe band van deze dieren met hun eigenaren vergroot de mogelijkheid van ziekten bij mensen. Inderdaad, de uitbraak van Salmonella bij mensen is in verband gebracht met besmet katten- en hondenvoer, en er werd vastgesteld dat ongeveer een derde van de commerciële rauwe en natuurlijke voedingsmiddelen die in de steekproef waren opgenomen, Salmonella bevatten [ 72 , 73 ]. Om dit gezondheidsrisico tegen te gaan, is onlangs faag-biobestrijding onderzocht als een techniek om Salmonella in huisdiervoer te verminderen of te elimineren. Er werd vastgesteld dat de hierboven besproken zes-fagen- Salmonella-specifieke cocktail de Salmonella-niveaus in experimenteel besmet droog hondenvoer met 1 log verminderde [ 74 ]; Toen katten en honden werden gevoerd met droge brokken die waren behandeld met dezelfde faagcocktail, bleek dit veilig te zijn en had het geen merkbare invloed op een van de belangrijkste gezondheidsmetrieken die voor een van de dieren werden geregistreerd [ 61 ].
Een alternatief voor droogvoer, dat steeds populairder wordt, is rauwvoer. Deze huisdiervoeding bestaat uit vlees zoals kip, eend of tonijn, gecombineerd met groenten, waaronder sla, bosbessen en broccoli, dat rauw wordt verkocht en geserveerd [ 61 ]. Rauw huisdiervoer geniet een toenemende populariteit vanwege de uitstekende voedingswaarden. Tegelijkertijd, aangezien ze niet gekookt zijn, bestaat er een verhoogde kans dat er door voedsel overgedragen pathogenen in aanwezig zijn, die tijdens het voedingsproces kunnen worden overgedragen op zowel huisdieren als nietsvermoedende consumenten.Onlangs is ten minste één rapport gepubliceerd waarin de auteurs de waarde van het gebruik van fagen onderzochten om Salmonella in rauwe ingrediënten voor huisdiervoer te bestrijden. De vermindering van bacteriële besmetting lag in het bereik van 0,4 log tot 1,1 log, de effectiviteit was concentratieafhankelijk en de grootste vermindering werd bereikt wanneer hoge doses van het bacteriofaagpreparaat werden gebruikt [ 61 ] ( Tabel 1 ).
2.3. Escherichia coli
Veel stammen van de gramnegatieve, staafvormige bacterie Escherichia coli komen van nature voor in de menselijke darm en zijn gunstig voor onze gezondheid en welzijn. Ze helpen bijvoorbeeld bij de vertering van voedingsmiddelen en het handhaven van een robuust immuunsysteem. Sommige E. coli-stammen kunnen echter ziekten bij mensen veroorzaken. Het Shiga-toxine, dat E. coli serotype O157:H7 produceert en soms voorkomt in besmet water of in voedingsmiddelen, met name rundvlees, kan bijvoorbeeld het menselijke maag-darmkanaal binnendringen en een ziekte veroorzaken, met symptomen zoals buikkrampen en hemorragische diarree. Deze infecties zijn doorgaans zelflimiterend bij immuuncompetente personen, maar kunnen levensbedreigend zijn bij zeer jonge of oude patiënten. Er werd geschat dat wereldwijd meer dan een miljoen gevallen van door voedsel overgedragen ziekten en meer dan honderd sterfgevallen te wijten zijn aan Shiga-toxine producerende E. coli , inclusief serotype O157:H7 [ 1 ].
Recent werk heeft aangetoond dat E. coli-specifieke faagpreparaten effectief waren bij de behandeling van verse groenten [ 75 ] en zowel met ultrahooghitte (UHT) behandelde als met E. coli besmette rauwe melk [ 33 ]. In de eerste studie werden de gehaltes aan E. coli O157:H7 op groene paprikareepjes en spinaziebladeren door een enkele faag met ongeveer 1–4 log verminderd, en de initiële reductie werd gehandhaafd bij 4 °C, terwijl enige hergroei werd waargenomen bij 25 °C. In de tweede studie werden de concentraties van E. coli in zowel UHT als rauwe melk gereduceerd tot niet-detecteerbare concentraties wanneer een cocktail van twee of drie fagen werd gebruikt. Opmerkelijk is dat deze reductie in alle monsters die met het drie-fagen-preparaat waren behandeld, gedurende de opslag bij zowel 4 als 25 °C werd gehandhaafd; daarentegen groeide de E. coli-stam in de met de twee-fagen-cocktail behandelde monsters weer aan. Hoewel de onderliggende redenen niet volledig zijn opgehelderd, is het mogelijk dat de drie-fagen-cocktail een betere resistentiecontrole biedt dan een twee-fagen-cocktail, en de verbeterde effectiviteit van meer-fagen-cocktails is reeds aangetoond voor andere faagpreparaten [ 76 ]. Hoewel de onderliggende redenen voor dit fenomeen niet precies zijn vastgesteld, is het mogelijk dat de aanwezigheid van meerdere fagen in een faagcocktail het risico op het ontstaan van faagresistente mutanten vermindert, aangezien meerdere mutaties nodig zouden zijn om een bepaalde bacteriecel resistent te maken tegen niet één, maar meerdere fagen in de cocktail, ervan uitgaande dat de fagen gericht zijn op verschillende celstructuren. Dit concept komt in wezen overeen met de multi-hordebenadering, waarbij een combinatie van antibacteriële strategieën wordt voorgesteld om de ontwikkeling van bacteriële resistentie te voorkomen [ 77 ]. Deze en enkele verdere studies met E. coli-specifieke fagen in voedselveiligheidstoepassingen zijn kort samengevat in Tabel 1 .
2.4. Shigella spp.
Soorten van het gramnegatieve, staafvormige bacteriegeslacht Shigella veroorzaken een zelflimiterende gastro-intestinale infectie met symptomen zoals hemorragische diarree en buikpijn. Wereldwijd werd de incidentie van door Shigella veroorzaakte door voedsel overgedragen infecties in 2010 geschat op meer dan 50 miljoen, wat resulteerde in meer dan 15.000 sterfgevallen [ 1 ]. De overgrote meerderheid van deze infecties deed zich voor in ontwikkelingslanden, waarbij de meeste infecties en sterfgevallen optraden bij kinderen onder de 5 jaar [ 1 , 78 ].
Momenteel is er slechts één door de FDA goedgekeurd faagpreparaat voor voedselveiligheid tegen Shigella spp. beschikbaar. [ 66 , 69 ]. Deze vijf-fagen-cocktail ontving in 2017 de GRAS-status (GRN 672) ( Tabel 2 ), en er is aangetoond dat deze de Shigella-niveaus in een verscheidenheid aan voedingsmiddelen, waaronder meloenen, sla, yoghurt en vleeswaren zoals corned beef, gerookte zalm en kipfilet, met ongeveer 1 log vermindert [ 66 ]. In een andere studie werd dezelfde Shigella-specifieke bacteriofaagcocktail gebruikt om de veiligheid en effectiviteit van faagtoediening te vergelijken met antibioticabehandeling bij muizen die waren blootgesteld aan een Shigella sonnei-stam [ 69 ]. Deze studie toonde aan dat, hoewel de Shigella-specifieke bacteriofaagcocktail even effectief was in het verminderen van de bacteriële belasting bij muizen als een standaard antibioticabehandeling, de behandeling met het antibioticum de diversiteit van de darmgemeenschap van de muis significant veranderde, terwijl de faagbehandeling geen faagbehandeling uitvoerde. De toediening had in vergelijking met de antibioticabehandeling een veel kleinere impact op de normale darmmicrobiota van muizen [ 69 ]. De auteurs observeerden geen schadelijke bijwerkingen bij de muizen na toediening van fagen, dat wil zeggen dat de faag noch de samenstelling van het bloed of de urine van de muizen veranderde, noch een nadelig effect had op de morbiditeit of mortaliteit, het gewicht of andere fysiologische parameters van de dieren [69]. Hoewel deze bacteriofagen niet direct relevant zijn voor toepassingen op het gebied van voedselveiligheid, toonde de studie aan dat ze bij orale toediening (wat een scenario nabootst waarin ze zouden worden geconsumeerd bij het eten van met hen behandelde voedingsmiddelen) de normale darmflora niet aantasten (in tegenstelling tot antibiotica) en bij geen van de onderzochte dieren bijwerkingen veroorzaakten.
2.5. Campylobacter jejuni
Campylobacter spp., gramnegatieve, staafvormige bacteriën, zijn de belangrijkste pathogenen in de voeding van de mens en veroorzaken gastro-intestinale symptomen, waaronder maagpijn, koorts en diarree. In een recent gepubliceerd (2015) rapport schatte FERG dat in 2010 de wereldwijde gevallen van Campylobacter spp. meer dan 95 miljoen bedroegen en tot meer dan 21.000 sterfgevallen leidden [1]. De darmflora van veel pluimvee en andere landbouwhuisdieren bevat soorten van Campylobacter. Hoewel de toegangsroute niet volledig is opgehelderd, kan Campylobacter vaak zowel van het oppervlak als van de binnenkant van kippenlever worden geïsoleerd. Zoönotische infecties treden gewoonlijk bij mensen op wanneer gecontamineerde dierlijke producten zoals vlees worden behandeld of geconsumeerd. Daarom bestaat er voor mensen een verhoogd risico op een Campylobacter-infectie bij het bereiden van minimaal gekookte bereidingen, bijv. paté.
Verschillende Campylobacter-bacteriofagen werden uit kippen geïsoleerd, inclusief de fecaliën evenals het oppervlak en het inwendige weefsel van de kippenlever, en sommige daarvan werden onderzocht op hun vermogen om de besmetting van verschillende voedingsmiddelen door Campylobacter te verminderen [79, 80, 81, 82]. Hammerl en collega’s [80] gebruikten bijvoorbeeld de fagen als pre-oogstbehandeling en toonden een significante reductie (~ 3 log) van de Campylobacter-aantallen in de ontlasting aan wanneer 20 dagen oude kippen achtereenvolgens met twee fagen werden behandeld (een groep III-faag, vervolgens een groep II-faag). Interessant genoeg was de dosering van de groep III-faag alleen of in combinatie met een andere groep III-faag niet effectief, wat suggereert dat een combinatie van verschillende fagen (groep II en III) nodig was voor optimale werkzaamheid. De isolatie van Campylobacter-specifieke fagen werd in het verleden uitgevoerd met een beperkt aantal Campylobacter-isolaten, waarbij in veel studies slechts één C. jejuni NCTC 12662-isolaat als gaststam voor de faag-isolatie werd gebruikt. Met deze ene stam geïsoleerde fagen zijn bijna uitsluitend groep III-fagen, die zich richten op een specifieke receptor, het kapselpolysaccharide [83]. Daarentegen zijn op C. jejuni RM1221 geïsoleerde fagen typisch groep II-fagen, die de flagellen als toegangsroute gebruiken [83]. Zoals uit de bovenstaande studie blijkt [80], zou een faagcocktail bestaande uit fagen die zich op verschillende receptoren richten, mogelijk tot een breder doelbereik en effectievere cocktails kunnen leiden.
3. Bacteriofaagpreparaten als handelsproducten
3.1. Regulering van bacteriofaagpreparaten
In de afgelopen ongeveer 12 jaar is het aantal regelgevende goedkeuringen voor bacteriofaagpreparaten en hun gebruik ter verbetering van de voedselveiligheid gestaag toegenomen (Tabel 2). In 2006 verleende de FDA de eerste goedkeuring voor een bacteriofaagpreparaat voor direct gebruik in de voedselvoorziening voor de L. monocytogenes-specifieke cocktail ListShield™ als voedseladditief (de FDA “keurt” geen op fagen gebaseerde producten of anderszins “goed”; de term “goedkeuring” wordt echter gewoonlijk gebruikt om de verkrijging van FDA-toestemming voor het gebruik van producten voor de beoogde toepassingen aan te duiden). Later dat jaar publiceerde de FDA een onbezwaarbrief voor het Listeria-specifieke preparaat Listex™ (momenteel PhageGuard Listex™) als algemeen erkende veilige stof (GRAS). In de afgelopen jaren heeft de FDA aan een aantal faagproducten (bijv. SalmoFresh™ en PhageGuard S™) GRAS-goedkeuring verleend. Het aanvragen van GRAS-goedkeuring lijkt nu de standaard goedkeuringsroute te zijn voor faagproducten die worden gebruikt voor de behandeling van post-oogst voedingsmiddelen. Aangezien wildtype (d.w.z. niet genetisch gemodificeerde) lytische bacteriofagen volledig natuurlijk zijn en reeds in de voedselvoorziening aanwezig zijn, lijkt de GRAS-aanduiding een geschikte regelgevende route voor dergelijke preparaten. Bovendien heeft de USDA verschillende faagpreparaten opgenomen in haar uitgegeven richtlijnen voor veilige en geschikte ingrediënten voor de productie van vlees-, pluimvee- en eiproducten. Bijvoorbeeld volgens FSIS-richtlijn 7120.1 is de toepassing van fagen op landbouwhuisdieren vóór het slachten (bijv. E. coli O157:H7-gerichte fagen op runderhuiden) en op voedingsmiddelen (bijv. Salmonella-gerichte fagen op pluimvee of vlees) toegestaan. Deze richtlijnen werden ontwikkeld met behulp van specifieke faagpreparaten. In het algemeen kan echter elk faagproduct dat voldoet aan de beschrijving in de richtlijn als conform worden beschouwd. Naar het voorbeeld van de toezichthoudende autoriteiten in de VS hebben verschillende gezondheidsautoriteiten in landen over de hele wereld goedkeuringen verleend voor faagproducten voor gebruik in voedingsmiddelen. Enkele voorbeelden zijn Israël, Canada, Zwitserland, Australië, Nieuw-Zeeland en de Europese Unie (Tabel 2).
3.2. Uitdagingen voor bacteriofaag-biocontrole
Zoals beschreven in de voorgaande secties wordt bacteriofaag-biocontrole steeds vaker gebruikt om specifieke pathogene bacteriën in verschillende voedingsmiddelen te bestrijden, waarbij een groeiend aantal vakliteratuur het nut van bacteriofagen voor het verminderen of uitroeien van hun gerichte pathogene bacteriën in voedingsmiddelen aantoont. Er blijven echter nog enkele uitdagingen bestaan voordat bacteriofaag-biocontrole algemeen wordt geaccepteerd, waaronder technische beperkingen en de algemene acceptatie van de faagtoepassing op voedingsmiddelen door de consument. Enkele van deze uitdagingen worden hieronder kort besproken.
3.2.1. Technische uitdagingen
De waarschijnlijk grootste technische uitdaging bij faag-biocontrole is de werkzaamheid ervan. Een veelvoorkomende observatie in studies met bacteriofagen op voedingsmiddelen is dat het gehalte aan contaminerende bacteriën aanvankelijk afneemt en de bacteriën daarna nauwelijks of helemaal niet meer worden gereduceerd [54, 56]. Met andere woorden, fagen kunnen het gehalte van hun doelbacteriën in voedingsmiddelen effectief verminderen, maar ze elimineren ze niet altijd volledig. Bacteriofagen moeten in contact komen met gevoelige bacteriële cellen om ze te lyseren. Gezien de aard van de faagreplicatiecyclus (die begint met een faag die een bacteriële cel infecteert en aan het einde van elke replicatiecyclus 100-200 nakomelingenfagen uit die cel vrijkomt, d.w.z. een exponentieel effect) zou men kunnen verwachten dat deze reductie in bacteriële cellen exponentieel zal toenemen met meer replicatiecycli, aangezien meer nakomelingenfagen worden geproduceerd als gevolg van de voortdurende door fagen gemedieerde lyse van de doelbacteriën. In verschillende rapporten werd echter opgemerkt dat de faagconcentratie na toepassing op voedingsmiddelen niet wezenlijk toeneemt [43, 44, 45], wat sterk suggereert dat deze “autodosering” (exponentiële toename van de faagpopulatie als gevolg van herhaalde lytische replicatiecycli) niet optreedt, althans onder de tot nu toe geteste omstandigheden. Het is waarschijnlijk dat de nakomelingenfagen niet in staat zijn om extra bacteriën in voedingsmiddelen te bereiken en binnen te dringen, met name in drogere voedselmatrices, waarin de passieve beweging van fagen over voedseloppervlakken beperkt is vanwege het gebrek aan vocht. In dit verband werd gesuggereerd dat mogelijk minder faagdeeltjes nodig zijn om de bacteriële besmetting op vochtige voedseloppervlakken en in vloeistoffen aanzienlijk te verminderen in vergelijking met drogere voedselmatrices, vermoedelijk vanwege de verhoogde “mobiliteit” van fagen in aanwezigheid van vocht (bijv. natuurlijke sappen van sommige voedingsmiddelen) [84]. Een mogelijk antwoord op deze uitdaging is het gebruik van een faagoplossing met hogere concentraties aan faagdeeltjes om de waarschijnlijkheid te verhogen dat fagen bij toepassing in contact komen met hun doelbacteriën [17, 21, 36, 66]; Een meer geconcentreerde oplossing is echter duurder, zodat de implementatie voor voedselverwerkers mogelijk onbetaalbaar is. Een andere optie is het gebruik van grotere sproeivolumes die via fijne sproenevels worden aangebracht om de faagdeeltjes efficiënter over het oppervlak van het voedingsmiddel te verdelen en de waarschijnlijkheid te verhogen dat ze een doelbacterie treffen, wat onder omstandigheden bijzonder belangrijk kan zijn wanneer pathogenen in voedingsmiddelen aanwezig zijn in zeer lage concentraties of wanneer de infectieuze dosis van de ziekteverwekker extreem laag is. De juiste toepassing van bacteriofagen op voedingsmiddelen om een grondige oppervlaktebedekking en optimale werkzaamheid te waarborgen, is een van de belangrijkste technische uitdagingen voor faag-biocontrole en omvat een reeks aspecten die afhangen van de dosering van de fagen (d.w.z. de effectieve concentratie van de toegediende fagen in een optimaal volume en hoe deze in voedselverwerkersbedrijven kunnen worden geverifieerd), tot het verkrijgen van de juiste apparatuur (zowel om een nauwkeurige dosering te waarborgen, zoals zojuist vermeld, als om een geschikt mengen of tuimelen tijdens de faagtoepassing te garanderen, zodat het gehele oppervlak van het voedingsmiddel grondig met de faagoplossing wordt behandeld).
Een ander probleem met betrekking tot de werkzaamheid is dat faag-biocontrole doorgaans de concentratie van de doelbacteriën met 1-3 log vermindert (met zeldzame uitzonderingen: in een studie werd een vermindering van Listeria met tot 5 log als gevolg van de faagbehandeling gerapporteerd [36]), en dit is aanzienlijk lager dan de reductie van tot 5 logs die werd gemeld voor enkele andere, hardere interventies, bijv. bestraling. Hoewel dit eerder een perceptieprobleem is dan een echt technisch probleem (aangezien zeer weinig, zo al, voedingsmiddelen met 5 logs door voedsel overgedragen ziekteverwekkers per gram zijn besmet), wordt de geringere reductie door de voedselindustrie als inferieur beschouwd. Zelfs als de doelbacterie niet volledig uit voedingsmiddelen wordt geëlimineerd en slechts met 1 of 2 logaritmen wordt verminderd, kan het het voedingsmiddel toch veiliger maken voor consumptie. Bijvoorbeeld, de FDA en het FSIS van de USDA hebben in 2003 gezamenlijk een risicobeoordeling opgesteld waarin ze een reeks “wat-als”-scenario’s modelleerden, waaronder een scenario waarbij een vermindering van de besmetting van fijne vleeswaren het sterftecijfer van ouderen zou beïnvloeden. Volgens deze analyse zou een 10-voudige reductie (1 log) en een 100-voudige reductie (2 log) van de besmetting vóór verkoop met L. monocytogenes het sterftecijfer met ca. 10-voudig verlagen. 50% respectievelijk 74% in dit bevolkingssegment [85]. Daarom kan de implementatie van faag-biocontroleprotocollen – zelfs als ze de in voedingsmiddelen aanwezige ziekteverwekkers niet uitroeien (d.w.z. niet volledig elimineren), maar met 1-3 logs verminderen – tot significante verbeteringen van de voedselveiligheid en de volksgezondheid leiden.
Een andere technische uitdaging betreft de implementatie van faag-biocontrole. Faag-biocontrole is een effectief instrument voor het verbeteren van de voedselveiligheid, maar maakt de veilige omgang met voedingsmiddelen niet overbodig. Bijvoorbeeld, na een faagbehandeling werd hernieuwde groei van bacteriën waargenomen wanneer de voedingsmiddelen bij misbruiktemperaturen werden bewaard [33, 48, 54]. Bovendien is enige planning vereist om de optimale werkzaamheid van faag-biocontrole te behouden wanneer bacteriofagen worden gecombineerd met enkele andere maatregelen voor voedselveiligheid, bijv. met het gebruik van fagen in combinatie met chemische desinfectiemiddelen [59]. Bijvoorbeeld, een aantal chemische desinfectiemiddelen is in staat om fagen te inactiveren, en daarom moeten ze afzonderlijk worden toegepast om ervoor te zorgen dat de fagen hun levensvatbaarheid behouden om de grootste bacteriereducties te bereiken [59]. In dit verband hebben sommige onderzoekers gemeld dat combinaties van bacteriofagen en conserveermiddelen minder effectief zijn dan elke behandeling afzonderlijk [86]. Als echter geschikte synergistische combinaties van faagpreparaten met andere desinfectiemiddelen worden geïdentificeerd, zou de werkzaamheid van elk kunnen worden verbeterd. Bijvoorbeeld, in aanwezigheid van hoge organische belastingen werd de werkzaamheid van een wassing met levulinezuurproducten verhoogd (met tot 2 log) wanneer het fruit en de groenten met een bacteriofaagpreparaat werden voorbehandeld [34].
Een andere toepassingsgerelateerde (en de werkzaamheid beïnvloedende) technische uitdaging is het mogelijke ontstaan van faagresistente bacterie-isolaten. De onderzoekers herstellen bacteriën die resistent zijn tegen faagbehandelingen [62], en er bestaat bezorgdheid dat de wijdverbreide toepassing van deze behandeling uiteindelijk tot een selectie tegen faagresistente bacteriën zou kunnen leiden.Fagen gebruiken een verscheidenheid aan bacteriële structuren om de invasie van bacteriële cellen te initiëren, waaronder oppervlaktepolysacchariden en -eiwitten evenals de flagellen [87, 88, 89]. Het gebruik van faagcocktails die meerdere, verschillende fagen bevatten (bijv. fagen die verschillende receptoren op het oppervlak van bacteriën gebruiken) ten opzichte van een enkele monofaag kan een mechanisme bieden om het risico/de waarschijnlijkheid van bacteriële resistentie te verminderen. Ook de interventiestrategie zelf kan een sleutelrol spelen bij het ontstaan van faagresistente mutanten. Bijvoorbeeld, het aanbrengen van fagen aan het einde van de voedselverwerkerscyclus (bijv. wanneer fagen onmiddellijk vóór het verpakken op voedingsmiddelen worden gesproeid) vermindert de “totale selectieve druk” in de omgeving, aangezien de bacteriële blootstelling aan de fagen beperkt is. Als gevolg daarvan bestaat er een lager risico dat faagresistente mutanten ontstaan dan wanneer bijvoorbeeld kippenstallen of vergelijkbare complexe omgevingen met fagen worden besproeid om de besmetting van landbouwhuisdieren te verminderen. Ten slotte zouden faagcocktails, als resistentie optreedt, zo kunnen worden aangepast dat ze fagen bevatten die zich richten op voorheen resistente bacteriën. Een voorbeeld van een dergelijke aanpak werd reeds gepubliceerd en elders in dit essay besproken [16].
3.2.2. Consumentenacceptatie
In de afgelopen jaren hebben consumenten steeds meer een afkeer getoond van het kopen van voedingsmiddelen die met chemische desinfectiemiddelen en antibiotica of met “genetisch gemodificeerde” voedingsmiddelen zijn behandeld, terwijl tegelijkertijd de vraag naar lokaal geproduceerde biologische voedingsmiddelen en producten zoals op de lokale boerenmarkten en in de door de gemeenschap ondersteunde landbouw (CSA) is gestegen [90, 91]. Deze trend is een goed teken voor faag-biocontrole, die een niet-chemische, milieuvriendelijke en gerichte antimicrobiële aanpak biedt voor het verbeteren van de voedselveiligheid. Het kan echter zijn dat het publiek niet bereid is om met onbekende technieken verwerkte voedingsmiddelen te kopen, en het idee om “virussen op hun voedingsmiddelen te spuiten” zou tot ongemak kunnen leiden. Bovendien aarzelen voedselproducenten in het algemeen om hun praktijken te veranderen, vooral wanneer de mogelijkheid bestaat dat het publiek negatief reageert. Opdat faag-biocontrole op grotere schaal kan worden ingezet, is het cruciaal om het publiek en de voedselverwerkers voor te lichten over de veiligheid, werkzaamheid en alomtegenwoordigheid van bacteriofagen.
Fagen zijn de meest voorkomende organismen op de planeet met ongeveer 1031 deeltjes (tien keer zoveel als de gehele mondiale bacteriepopulatie) [92] en ongeveer 1015 faagdeeltjes die de menselijke darm bevolken [93]. Fagen maken deel uit van de normale microflora van alle verse voedingsmiddelen [94] en werden uit een verscheidenheid aan voedingsmiddelen geïsoleerd, van fruit en groenten tot vlees en zuivelproducten, vaak in zeer hoge aantallen, bijv. tot 1 × 109 PFU/ml in yoghurt [95, 96]. Faag-biocontrole is waarschijnlijk ook een van de meest milieuvriendelijke interventies die er zijn. In een eerdere beoordeling [18] hebben we geschat dat, als fagen in de maximaal toegestane hoeveelheid (109 PFU/g voor een faagproduct, alle andere huidige goedkeuringen voor tot 107-108 PFU/g) voor alle goedgekeurde voedingsmiddelen die een gemiddelde Amerikaan op een dag consumeert zouden worden toegepast, de geconsumeerde fagen <0,2% van het aantal fagen dat reeds in de menselijke darm aanwezig is, zouden uitmaken. Deze berekening is een grove overschatting, met name rekening houdend met verschillende GRAS-goedkeuringen die een toepassing van tot 108 PFU/g mogelijk maken (waardoor de dagelijkse faaginname wordt verminderd tot ~ 0,02% van de faag in het menselijke maagdarmkanaal). Deze schatting gaat er ook van uit dat (1) alle mogelijke voedingsmiddelen worden behandeld, (2) alle aangebrachte fagen het maagzuur overleven en de dunne darm bereiken (de meeste fagen worden echter normaal gesproken vernietigd wanneer ze worden blootgesteld aan de zure pH van de maag), (3) de maximaal toegestane hoeveelheid fagen wordt toegepast en (4) bacteriofaag-biocontrole door alle relevante voedselindustrieën in de Verenigde Staten universeel wordt ingezet. Kortom, het aantal fagen dat aan de omgeving wordt toegevoegd en als gevolg van faag-biocontrole in de menselijke darm wordt binnengebracht, is verwaarloosbaar, met name in vergelijking met natuurlijk voorkomende faagpopulaties. Bovendien zijn de fagen in alle momenteel beschikbare commerciële producten (Tabel 2) niet genetisch gemodificeerd en zijn ze oorspronkelijk afkomstig uit de omgeving, mogelijk zelfs uit voedingsmiddelen. Het publiek is zich van deze feiten echter vaak niet bewust. Daarom is het juiste begrip van de veiligheid en alomtegenwoordigheid van lytische fagen, evenals de voor- en nadelen van faag-biocontrole bij consumenten en voedselverwerkers van cruciaal belang voor de verdere succesvolle implementatie van deze veelbelovende aanpak. In ten minste één recent uitgevoerde studie leken de consumenten bereid te zijn om meer te betalen voor met bacteriofagen behandelde verse producten, nadat de wetenschap achter faag-biocontrole en de voordelen van deze techniek aan hen waren uitgelegd [97].
4. Afsluitende opmerkingen
Hoewel er nog enkele uitdagingen bestaan, wordt bacteriofaag-biocontrole steeds meer geaccepteerd als een veilige en effectieve methode voor het elimineren of aanzienlijk verminderen van de gehalten aan specifieke bacteriële ziekteverwekkers uit voedingsmiddelen. Commerciële bacteriofaagproducten zijn momenteel beschikbaar en goedgekeurd voor gebruik in een groeiend aantal landen. Deze producten kunnen worden gebruikt om de besmetting door bepaalde bacteriële ziekteverwekkers op verschillende tijdstippen tijdens de voedselproductie te bestrijden, waaronder het opspuiten op de producten, het aanbrengen op landbouwhuisdieren vóór de verwerking, het afspoelen van voedselcontactoppervlakken in verwerkingsbedrijven en de behandeling van voedingsmiddelen na de oogst, inclusief kant-en-klare voedingsmiddelen.Ondanks de vooruitgang bij het verbeteren van de voedselveiligheid blijven door voedsel overgedragen ziekten een constante bedreiging, met name voor personen met een verzwakt immuunsysteem, bijv. kinderen, ouderen en zwangere vrouwen. Bacteriofaag-biocontrole kan dienen als een aanvullend instrument in een meervoudige barrièrebenadering om te voorkomen dat door voedsel overgedragen ziekteverwekkers de consument bereiken. Deze methode is bijzonder veelbelovend wanneer voedselverwerkers de natuurlijke en vaak gunstige microbiële populatie van voedingsmiddelen willen behouden terwijl ze de bacteriën verwijderen die bij mensen ziekten kunnen veroorzaken.
Dankbetuiging
Dit materiaal is gebaseerd op werk dat gedeeltelijk wordt ondersteund door het US Army Contracting Command (APG), Natick Contracting Division, Natick, MA, VS, onder contractnummer #W911QY-18-C-0010 (aan Alexander Sulakvelidze). De financiers waren niet betrokken bij de opzet van dit literatuuronderzoek, de beslissing tot publicatie of de voorbereiding van het manuscript.
Bron: Zachary D. Moye, Joelle Woolston en Alexander Sulakvelidze
https://www.mdpi.com/1999-4915/10/4/205/htm
https://www.mdpi.com/1999-4915/10/4/205/htm
