Prebiotika jako zdroj uhlíku pro Listeria monocytogenes

Anna Daťková

Bachelor's thesis

Prebiotics as a carbon source for Listeria monocytogenes

Abstract:

Listeria monocytogenes je malá, grampozitivní, fakultativně anaerobní, nesporolující, pohyblivá patogenní tyčinkovitá bakterie, která se může vyskytovat prakticky v každém prostředí. Zpravidla se vyskytuje v půdě, v povrchové vodě, na různé vegetaci, trávicím traktu zvířat a v potravinách. Tato bakterie způsobuje u člověka alimentární onemocnění označované jako listerióza. Přestože se listerióza objevuje relativně vzácně, jedná se o velice závažné onemocnění vyznačující se vysokou mortalitou v porovnání s ostatními alimentárními infekcemi. Jedním z mnoha preventivních opatření listeriózy je konzumace prebiotik, která podporují různorodost střevní mikrobioty a výrazně snižují kolonizaci střevního lumenu patogenními bakteriemi. Prebiotika jsou v lidském gastrointestinálním traktu využívána probiotickými kmeny bakterií, které pro svůj metabolizmus vyžadují různé sacharidy a svou přítomností podporují zdraví hostitele. Bylo prokázáno, že prebiotika nemusí využívat pouze zdraví prospěšné bakterie, ale můžou podporovat růst i nežádoucích bakterií. Je známo, že L. monocytogenes je schopná štěpit různé sacharidy. Jen málo je ovšem známo o schopnosti využití prebiotik touto bakterií. Cílem práce bylo testování růstu bakterie L. monocytogenes na vybraných prebiotických sacharidech a zjištění, jak L. monocytogenes využívá prebiotika ke svému růstu i. Testovány byly 4 sbírkové izoláty L. monocytogenes prezentující 4 nejvíce rozšířené sérotypy (4b, 1/2b, 1/2a a 1/2c). Růstová schopnost izolátů byla testována na beta(1,3)-D-glukanu, inulinu, fruktooligosacharidech (FOS), galaktooligosacharidech (GOS), laktulóze, rafinóze, stachyóze, oligosacharidech mateřského mléka (OMM) a 2´-fukosyllaktóze. V první fázi byly kultivovány vybrané testované kultury L. monocytogenes. Ve druhé fázi bylo testováno vhodné kultivační médium, na kterém vybrané izoláty L. monocytogenes nevykazovaly růst bez přidání zdroje sacharidu (zdroje uhlíku). Ve třetí fázi probíhala příprava média pro testování obsahující vybrané probiotické sacharidy. Ve čtvrté fázi byl stanovován růst L. monocytogenes na prebiotických sacharidech rozpustných i nerozpustných ve vodě. Připravené vzorky obsahující sacharidy, které jsou rozpustné ve vodě, byly v penicilínkách kultivovány při 37 °C po dobu 24 hodin. Vzorky byly dále proměřeny v destičce pomocí přístroje Infinite M200 Tecan, který změřil denzitu vzorku při 620 nm. Připravené petriho misky obsahující beta(1,3)-D-glukan, který je nerozpustný ve vodě, byly kultivovány aerobně při 37 °C po dobu 24 hodin. Růst kultur bylo nutné monitorovat pomocí mikrobiologického rozboru vzorků. V programu Statgraphics byl vypočítán statisticky významný rozdíl mezi růsty u jednotlivých pokusných skupin na základě rozdílu denzit u prebitoických sacharidů rozpustných ve vodě a na záladě počtů bakterií u beta-glukanu nerozpustného ve vodě. Výsledky ukázaly, že L. monocytogenes ke svému růstu je schopná využívat beta-glukany.

Abstract:

Listeria monocytogenes is a small, gram-positive, facultatively anaerobic, non-sporulating, motile pathogenic rod bacteria that can occur in any environment. It can be present in soil, in surface water, on various vegetation, in the digestive tract of animals and in food. This bacteria causes a foodborne human illness called listeriosis. Although listeriosis occurs relatively rarely, it is a very serious disease characterized by high mortality compared to other foodborne infections. One of the many preventive measures for listeriosis is the consumption of prebiotics, which support the diversity of the intestinal microbiota and significantly reduce the colonization of the intestinal lumen by pathogenic bacteria. Prebiotics are used in the human gastrointestinal tract by probiotic strains of bacteria that require various carbohydrates for their metabolism and support the health of the host by their presence. It has been proven that prebiotics may not only benefit health-promoting bacteria, but can also promote the growth of unwanted bacteria. L. monocytogenes is known to be able to break down various carbohydrates. However, little is known about the ability of this bacterium to use prebiotics. The aim of the work was to test the growth of the bacterium L. monocytogenes on selected prebiotic carbohydrates and to find out how L. monocytogenes uses prebiotics for its growth i. 4 collection isolates of L. monocytogenes presenting the 4 most widespread serotypes (4b, 1/2b, 1/2a) were tested and 1/2c). The growth ability of the isolates was tested for beta(1,3)-D-glucan, inulin, fructooligosaccharides (FOS), galactooligosaccharides (GOS), lactulose, raffinose, stachyose, mother's milk oligosaccharides (OMM) and 2'-fucosyllactose. In the first phase, selected test cultures of L. monocytogenes were cultivated. In the second phase, a suitable culture medium was tested, in which the selected L. monocytogenes isolates did not show growth without the addition of a carbohydrate source (carbon source). In the third phase, the medium for testing was prepared containing selected probiotic carbohydrates. In the fourth phase, the growth of L. monocytogenes on water-soluble and water-insoluble prebiotic carbohydrates was determined. Prepared samples containing carbohydrates that are soluble in water were cultured in penicillin tubes at 37°C for 24 hours. The samples were further measured on the plate using an Infinite M200 Tecan instrument, which measured the density of the sample at 620 nm. Prepared petri dishes containing beta(1,3)-D-glucan, which is insoluble in water, were cultured aerobically at 37°C for 24 hours. The growth of the cultures had to be monitored using microbiological analysis of the samples. In the Statgraphics program, a statistically significant difference between the growths of the individual experimental groups was calculated based on the difference in densities for water-soluble prebiotic carbohydrates and on the basis of the number of bacteria for water-insoluble beta-glucan. The results showed that L. monocytogenes is able to use beta-glucans for its growth.

Keywords

Listeria monocytogenes, listerióza, prebiotika, alimentární onemocnění, Listeria

Keywords

Listeria, prebiotics, Listeria monocytogenes, listeriosis, foodborne illness

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 23. 4. 2023

Thesis defence

• Date of defence: 22. 5. 2023
• Supervisor: Ing. Tereza Kodešová
• Reader: Šárka Musilová, Ph.D.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Bachelor programme:
Food and Nutrition