Mikroorganizmy przyszłością biomonitoringu bezpieczeństwa żywności

Mikroorganizmy, w tym bakterie mają nieograniczony zakres zastosowania. Wykorzystujemy je m.in. w przemyśle spożywczym, farmaceutycznym, rolniczym, celulozowo-papierniczym, elektronicznym i innych. W Zakładzie Immunologii i Mikrobiologii Żywności PAN m.in. prowadzone są badania dotyczące wykorzystania procesów fermentacji bakterii do obniżenia immunoreaktywności produktów spożywczych. W mojej pracy doktorskiej przewidziane są badania obejmujące opracowanie hipoalergicznego produktu mlecznego przeznaczonego dla ściśle określonych grup odbiorców (przeznaczony dla niemowląt, dzieci z alergią pokarmową oraz osób starszych cierpiących na kacheksję). Coraz częściej dostrzega się wysoki potencjał wykorzystania mikroorganizmów nie tylko w przemyśle, ale tez w ochronie środowiska. Już teraz obserwujemy wzrost zainteresowania użyciem drobnoustrojów w produkcji lepszych detergentów, do bioremediacji toksycznych odpadów, czy wykorzystaniem ich jako organizmy pionierskie. Istnieje wiele testów wykazujących zanieczyszczania wody przy użyciu mikroorganizmów takich jak bakterie (Vibrio fischeri), pierwotniaki (Spirostomum ambiguum, Tetrahymena termophila), wrotki (Brachionus calyciflorus) i skorupiaki (Thamnocephalus platyurus). Podstawowym kryterium jest ich wrażliwość na substancje toksyczne.

Studia doktoranckie to nie tylko praca nad określonym zakresem badań i zamknięcie się na inne dziedziny nauki, to również twórcze myślenie, nowe podejście do rzeczywistości, przy jednoczesnym wykorzystaniu wszechstronnej wiedzy. Bardzo często inicjacja badań naukowych zaczyna się od pomysłu, a w kolejnym etapie zwrócenia się do grona specjalistów i rozważań nad realiami realizacji. Dlatego też warto byłoby zastanowić się nad wykorzystaniem bakterii jako bioczujników w ocenie zanieczyszczenia chemicznego żywności.

W celach prozdrowotnych często chcielibyśmy wyeliminować substancje kancerogenne i mutagenne z diety. Jednak w obecnych czasach prawie niewykonalne jest wykluczenie „chemii” z pożywienia. Obserwujemy narastające skażenie żywności oraz emisję zanieczyszczeń do środowiska. Zanieczyszczenie wody, gleby i powietrza wpływa szczególnie na jakość plonów i na stan zdrowia zwierząt, a w konsekwencji i na nasz stan zdrowia. Nawet śladowe ilości spożywanych regularnie związków chemicznych wpływają na nieprawidłowe funkcjonowanie naszego organizmu. Do tej pory nie skonstruowano kompleksowego urządzenia, dzięki któremu byłoby możliwe zbadanie toksyczności związków chemicznych zawartych w pożywieniu.

Chcąc zdrowo się odżywiać musimy mieć zaufanie do producentów i dostawców żywności i wierzyć w bezpieczeństwo spożywanych produktów. Bezpieczeństwo żywności powszechnie jest rozumiane jako zapewnienie, że żywność nie spowoduje uszczerbku na zdrowiu konsumenta, jeśli jest przygotowana i/lub spożywana zgodnie z zamierzonym zastosowaniem. Niekorzystnego wpływu żywności często nie da się zauważyć od razu po spożyciu, ale może skutkować on w przyszłości poważnymi konsekwencjami zdrowotnymi. Zatrważający jest wzrost zachorowań na alergię, nowotwory, wzrost upośledzeń i zaburzeń rozwoju oraz dysfunkcji ze strony układu pokarmowego. Jednymi z najczęściej podtruwających nas związków pochodzących ze środowiska są metale ciężkie. Jak pisze dr. Sławomir Wierzba zanieczyszczenie środowiska tymi związkami (ołów, arsen, kadm, rtęć) jest szerokie, a zmiany spowodowane nadmiarem metali ciężkich we krwi są nieodwracalne w okresie rozwojowym każdego organizmu.

Opracowanie bioczujników zawierających aktywnie biologiczny materiał w postaci mikroorganizmów odpowiednio zmodyfikowanych pod względem wrażliwości na wybrane metale ciężkie znacznie usprawniłoby monitoring zanieczyszczenia środowiska, a w tym żywności. Dzięki metodom inżynierii genetycznej możliwe jest trwałe wprowadzanie nowych genów lub modyfikacje już istniejącego genomu mikroorganizmów. Istnieją metody wyłączania genów lub odpowiedniego wprowadzania genu za pomocą technik molekularnych. Wyizolowana genetycznie zmodyfikowana bakteria może wykazywać nową cechę fenotypową, np. nie metabolizować jakiegoś związku obecnego w pożywce lub badanym materiale. Możliwe też jest genetyczne zmodyfikowanie bakterii pod względem wymuszenia produkcji związków, które po połączeniu z szukanym związkiem dawałyby charakterystyczną i łatwą do oznaczenia reakcje. Takimi związkami mogłyby być białka, ponieważ metale ciężkie wiążą się z grupami sulfhydrolowymi białek. Reakcja ta jest podstawą inaktywacji enzymów, w których grupy sulfhydrylowe stanowią centra aktywne. Ponadto białka w środowisku o wartości pH wyższej od pH punktu izoelektrycznego obdarzone są ujemnym ładunkiem i mogą reagować z kationami metali ciężkich (Fe+2,Fe+3,Hg+2,Pb+2) tworząc z białkami nierozpuszczalne kompleksy wytrącające się z roztworu. Można byłoby również tak wyselekcjonować mikroorganizmy, pod względem wrażliwości na dana substancję, aby w jej obecności nie była w stanie przeżyć. Istnieje wiele opcji stworzenia takiego bioczujnika, jednakże konieczna jest chęć i środki do podjęcia takich badań.

Ogólny mechanizm działania czujnika polegałby na pobraniu odpowiedniej ilości próby pożywienia, np. warzyw, odpowiednim rozdrobnieniu materiału, następnie dodaniu środka ekstrahującego, inkubacji i wprowadzeniu mikroorganizmów (lub ich metabolitów) do roztworu w odpowiednich warunkach opisanych przez producenta. Modernizacja tej metody mogłaby prowadzić do stworzenia czujnika ogólnie dostępnego dla konsumenta, który mógłby sprawdzić stopień zanieczyszczenia chemicznego produktów spożywczych. Zsynchronizowanie wrażliwości bakterii na kilka związków chemicznych lub metali ciężkich pozwoliłoby stworzyć system wieloczujnikowy dający pełny obraz skażenia produktu.

Kiedyś ciężko było wyobrazić sobie że postęp techniki będzie tak szybki. Przykładem są np. telefony komórkowe. Nasi przodkowie nawet nie myśleli o tym, żeby każdy z nas mógł nosić w kieszeni, małe bezprzewodowe urządzenie przez które możliwa jest komunikacja z każdego miejsca na ziemi. Tak i my musimy uwierzyć, że rzeczy które teraz są trudne do wyobrażenia już niedługo mogą stać się rzeczywistością. Biorąc pod uwagę szybkie tempo rozwoju technik molekularnych myślę, że już niedługo do postępów w kontroli bezpieczeństwa żywności będziemy mogli zaliczyć metody szybkiego testowania przez konsumenta umożliwiające wykrycie skażenia żywności z wykorzystaniem mikroorganizmów. Dzięki takiemu podejściu będzie nam łatwiej zwiększyć poziom jakości żywności, co zaowocuje w przyszłości zmniejszeniem przypadków zachorowań i dolegliwości ze strony naszego organizmu. Konsekwencją monitoringu zanieczyszczenia żywności będzie zmiana myślenia i przeprogramowanie rolnictwa i przemysłu w stronę bardziej prozdrowotną dla środowiska i człowieka.

 Joanna Dąbkowska 
IRZiBŻ, ZIiMŻ w Olsztynie, doktorantka I rok.