Biofilms in the food production environment.

Biofilme bestehen aus Mikroorganismen, die in einer selbst-produzierten Matrix eingebettet sind und häufig an einer Oberfläche sitzen. Im Gegensatz zu planktonischen Zellen, erlaubt die schützende Matrix adaptierte Genexpressionsmuster. Durch diesen veränderten Phänotyp und die Biofilmmatrix sind Mikroorganismen vor verschiedenen Stressfaktoren wie UV?Strahlung, Austrocknung, antimikrobiellen Substanzen und Desinfektionsmitteln, geschützt. Vor allem im Lebensmittelumfeld können Biofilme zu verschiedenen Problemen führen, wie dem Verstopfen von Rohren, dem Hemmen von Produktionsprozessleistungen und der Kontamination von Lebensmitteln. Der Transfer von Verderbniserregern oder Lebensmittelpathogenen durch Biofilme führt zu reduzierter Haltbarkeit von Lebensmitteln und der Verbreitung von lebensmittelassoziierten Pathogenen. Dies hat Konsequenzen für die Lebensmittelsicherheit und führt zu hohen wirtschaftlichen Verlusten. Trotz dieser drastischen Auswirkungen auf die Lebensmittelsicherheit sind Biofilme im lebensmittelproduzierenden Umfeld noch kaum erforscht. Innerhalb dieser Arbeit konnten wir Biofilm-positive Stellen in verschiedenen Umfeldern der Lebensmittelproduktion identifizieren. Die Biofilme wurden anhand der Detektion von Mikroorganismen und einer chemischen Charakterisierung der assoziierten Matrix, in Form von Anwesenheit der wichtigen Matrixkomponenten, wie Polysacchariden, Proteinen und extrazellulärer DNA, nachgewiesen. Durch das Auffinden von sogenannten “Biofilm-Hotspots” in einem fleischverarbeitenden Betrieb konnten wir zeigen, dass verschiedene Spezies in einem Biofilm vorhanden sind. Unter anderem häufig beschriebene und fleischverderbende Mikroorganismen. Diese konnten auf Lebensmittelkontaktflächen und Nicht-Lebensmittelkontaktflächen während der Produktion und nach dem standardmäßigen Reinigungs- und Desinfektionsprozedere nachgewiesen werden. Die Ergebnisse zeigen, dass die momentan angewandten Hygieneverfahren nicht ausreichend sind, um Biofilme vollkommen zu entfernen. Besonders Biofilm-positive Nicht?Lebensmittelkontaktflächen, wie Gullys oder Wasserschläuche sind Stellen, die einen unerwarteten Transfer von Pathogenen und Verderbniserregern während Reinigungsverfahren ermöglichen. Isolate von Biofilm-assoziierten Stellen waren in der Lage Biofilme in einem statischen Mono-spezies Biofilmmodell zu bilden. Das Modell wurde verwendet, um Konditionen aus dem Lebensmittelumfeld zu imitieren (z.B. rostfreier Edelstahl als Substrat bei 10°C). Die phänotypische Charakterisierung von elf repräsentativen Isolaten zeigte, dass es Unterschiede in der Matrixproduktion und der Motilität der Stämme gibt. Genetische Analysen erlaubten die Identifizierung von verschiedenen Genen, die in der Biofilmbildung eine potenzielle Rolle spielen, z.B. beim Adhärieren, der Matrixproduktion und der Kommunikation (z.B. Quorum Sensing). In einer Dosenabfüllanlage für Bier konnten wir ebenso zeigen, dass das automatische Reinigungs- und Desinfektionsprogramm nicht erfolgreich war, um alle Mikroorganismen und Produktrückstände zu entfernen. Diese Rückstände können die Biofilmbildung fördern. Unterhalb des Füllers, an den Streben, konnte eine Biofilm-positive Stelle identifiziert werden. Diese Stelle eignet sich somit besonders, um on-line Biofilmmonitoring zu betreiben. Wir konnten zeigen, dass es mittels eines robusten, ultrakompakten Nahinfrarotspektrometers möglich ist die Biofilmbildung festzustellen. Diese Monitoring-Strategie stellt einen vielversprechenden Ansatz für das Messen von Biofilmakkumulationen dar und ermöglicht eine zielgerichtete Anwendung von Reinigung und Desinfektion. Die Ergebnisse unserer Forschung geben wichtige Einblicke in Biofilme im lebensmittelproduzierenden Umfeld und tragen zu einem besseren Verständnis dieser Biofilme bei. Dies bildet die Basis für effiziente Interventions- und Beseitigungsstrategien, um eine sichere und nachhaltige Lebensmittelproduktion in Zukunft zu ermöglichen.