Studio delle differenze nella sensibilità dei ceppi di Campylobacter jejuni alla luce UV

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 9459 (2023) Citare questo articolo

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Il Campylobacter jejuni rimane una priorità assoluta nella sanità pubblica in tutto il mondo. La tecnologia dei diodi emettitori di luce ultravioletta (UV-LED) è attualmente allo studio per ridurre i livelli di Campylobacter negli alimenti. Tuttavia, sono emerse sfide quali differenze nelle specie e nella sensibilità dei ceppi, effetti di ripetuti trattamenti UV sul genoma batterico e il potenziale di promuovere la protezione incrociata antimicrobica o di indurre la formazione di biofilm. Abbiamo studiato la suscettibilità di otto isolati clinici e aziendali di C. jejuni all'esposizione ai raggi UV-LED. La luce UV a 280 nm ha indotto diverse cinetiche di inattivazione tra i ceppi, di cui tre hanno mostrato riduzioni superiori a 1,62 log CFU/mL, mentre un ceppo era particolarmente resistente alla luce UV con una riduzione massima di 0,39 log CFU/mL. Tuttavia, l’inattivazione è stata ridotta di 0,46–1,03 log CFU/mL in questi tre ceppi ed è aumentata a 1,20 log CFU/mL nell’isolato resistente dopo due cicli UV ripetuti. I cambiamenti genomici legati all'esposizione alla luce UV sono stati analizzati utilizzando WGS. È stato scoperto anche che i ceppi di C. jejuni con risposte fenotipiche alterate in seguito all'esposizione ai raggi UV presentano cambiamenti nella formazione di biofilm e suscettibilità all'etanolo e ai detergenti superficiali.

Campylobacter spp. sono attualmente alcuni dei patogeni di origine alimentare più comuni e si stima che siano associati a circa 500 milioni di casi di campilobatteriosi ogni anno in tutto il mondo. Nella maggior parte dei casi è stato segnalato Campylobacter jejuni come agente eziologico1. La carne di pollame è spesso contaminata (60-80%) da Campylobacter spp. ed è considerata la principale fonte di infezione nell'uomo. La produzione su larga scala di pollame ha contribuito alla diffusione di C. jejuni tra gli allevamenti, con conseguenti livelli elevati di questo batterio nella carne di pollame venduta al dettaglio. Di conseguenza, sono stati compiuti sforzi a livello di allevamento e di lavorazione per ridurre il numero di C. jejuni nella carne di pollame. Diversi interventi come agenti antimicrobici, vaccini, acqua calda e trattamento con vapore delle carcasse sono stati studiati come potenziali interventi nella catena di produzione del pollame2.

La luce ultravioletta (UV) è emersa come una potenziale tecnologia di disinfezione grazie alla sua efficacia nella decontaminazione microbica di superfici, acqua e aria. L'applicazione di questa tecnologia non termica negli alimenti liquidi e nelle superfici alimentari è stata valutata anche nel settore agroalimentare, con l'obiettivo di una futura implementazione nella catena alimentare3. La luce UV è situata in uno specifico intervallo di lunghezze d'onda di 100–400 nm nello spettro elettromagnetico, dove è stato dimostrato che la regione di 200–280 nm, nota anche come UV-C, ha il massimo effetto di inattivazione per un'ampia gamma di microrganismi . I meccanismi d'azione degli UV-C sono ben descritti in letteratura4,5 e comportano la formazione di dimeri nel DNA come dimeri di ciclobutano pirimidina (CPD) e fotoprodotti di pirimidina 6–4 pirimidone (6-4PP) che provocano lesioni. Queste lesioni interferiscono con la trascrizione dell'RNA e la replicazione del DNA, interrompendo la normale funzione della cellula con conseguente morte cellulare3,4.

Per la generazione di luce UV, i dispositivi con lampade al mercurio sono ampiamente utilizzati nell'industria. Tuttavia, il mercurio rappresenta una minaccia tossica, che può avere un impatto sull’uomo e sull’ambiente. Pertanto, negli ultimi anni sono emerse altre alternative, come la tecnologia dei diodi a emissione di luce UV (UV-LED), per superare questo problema. I dispositivi UV-LED presentano altri vantaggi rispetto alle lampade al mercurio, quali basso costo, elevata durata, basse emissioni di calore ed energia e flessibilità, tra gli altri. Nonostante ciò, questi nuovi dispositivi richiedono ulteriori indagini per la loro potenziale implementazione come strategie di disinfezione nel settore agroalimentare5,6.

Secondo Alvarez-Ordonez et al.7, nuove tecnologie di lavorazione impiegate per la decontaminazione degli alimenti, come la luce UV, possono innescare una risposta adattativa in alcuni batteri e portare a cellule più persistenti a causa della caratteristica subletalità dello stress. Pertanto, l’efficacia della disinfezione può risultare ridotta dopo diversi trattamenti con la stessa tecnologia7. In particolare, è stato documentato che i trattamenti con luce UV sono influenzati dal tasso di crescita microbica, dalle proprietà ottiche della matrice e dalle differenze di ceppo microbico e di specie. Quest'ultimo può essere rilevante quando si valuta l'efficacia della luce UV dove è stata dimostrata un'elevata variabilità nella resistenza ai raggi UV in ceppi della stessa specie8. Ad esempio, Haughton et al.9 hanno osservato notevoli variazioni nella cinetica di inattivazione di 10 ceppi di Campylobacter quando venivano applicati una lampada UV e dispositivi UV-LED. Un altro studio ha inoltre identificato diverse sensibilità tra i ceppi di Listeria monocytogenes esposti alla luce UV, ma la fase di crescita non ha influenzato la sensibilità10. L'evidenza della variabilità specifica del ceppo per resistere alla luce UV suggerisce che sono necessarie maggiori informazioni per comprendere questo fenomeno e supportare le prospettive future per l'implementazione dei LED UV11. Esistono altre sfide riguardanti l’uso di questa tecnologia, inclusi gli effetti del trattamento UV ripetuto sulla sensibilità delle cellule batteriche, sulla formazione di biofilm e/o sulla co-selezione per una ridotta sensibilità ai disinfettanti. Sebbene l’associazione tra la formazione di biofilm e la resistenza ai raggi UV nelle cellule batteriche in seguito all’esposizione ai raggi UV sia sottoesplorata, è stato dimostrato che la resistenza alla luce UV ha effetti protettivi incrociati contro fattori di stress come etanolo, acido, calore e perossido di idrogeno. Tuttavia, gli studi che valutano questo fenomeno di protezione incrociata non sono sufficienti per trarre conclusioni definitive7,10,11,12.