FLANDERS' FOOD RADAR

Salmonella in planten: hoe de bron van zoönotische infecties toch bij groente kan liggen

Zoönotische pathogenen kunnen in hun weg van dier naar mens gebruikmaken van planten als tussengastheer. Zo kunnen salmonellabacteriën vanop het veld, via groenten, op ons bord terecht komen en (bij rauwe consumptie of een onvoldoende verhitting) een risico vormen voor de volksgezondheid. Gelukkig verschaft recent onderzoek meer en meer inzicht in hoe die bacteriën zich op en, vooral ook, in groenten weten te handhaven. Het vermijden van plant stress en het inzetten van bio-controle organismen blijken wegen te openen om dergelijke vóóroogst contaminaties tegen te gaan.

SALMONELLA GEBRUIKT SOMS GROENTEN ALS TUSSENGASTHEER

De salmonellabacterie zorgt regelmatig voor darminfecties bij mensen. De ziekte waartoe dit leidt, Salmonellose, wordt aanzien als een zoönose. Dat betekent dat mensen besmet kunnen raken met de bacterie door het eten van besmette (rauwe of onvoldoende verhitte) levensmiddelen van dierlijke oorsprong of door direct contact met dieren (vaak symptoomloze dragers). Verder staat Salmonella bekend als een ‘omgevingsbacterie’ die zich niet alleen in bijvoorbeeld stallen kan ophouden maar evenzeer in de bodem en in oppervlaktewaters. Via bemesting, velbewerkingen, irrigatie en luchtverplaatsingen kunnen ze de sprong naar groenten maken. Salmonella tracht zich dan epifytisch (op plantenoppervlakten) te handhaven, wat een vrij kwetsbare positie is gezien de omgevingscondities negatief kunnen uitdraaien en er ook concurrentie is van andere, meer plant-geassocieerd bacteriën en organismen. Desondanks doen zich af en toe voedseluitbraken voor via contaminatie van Salmonella enterica op groenten. In 2018 werd bijvoorbeeld sla als meest waarschijnlijke oorzaak van een Salmonella voedselvergiftiging in Oost en West-Vlaamse scholen aangeduid. Recent deed er zich een grote uitbraak van Salmonella enterica serovar Newport voor in de Verenigde Staten, die gelinkt kon worden aan gecontamineerde rode uien. De laatste jaren wordt duidelijker hoe Salmonella er in kan slagen om planten (en dus ook groenten) succesvol te koloniseren en aanleiding kan geven tot vóóroogst contaminaties. Eén van de nieuwe inzichten daarbij is dat Salmonella planten kan binnendringen en er zich endofytisch in weet te ‘nestelen’.

HOE SALMONELLA BINNEN GERAAKT

Onderzoek heeft aangetoond dat Salmonella zich op een andere manier toegang tot planten forceert dan fytopathogene bacteriën. Salmonella beschikt immers niet over plantcelwand degraderende enzymen. Verrassend genoeg gebruikt Salmonella verschillende strategieën om zich via de wortel dan wel via bladeren toegang tot planten te verschaffen.

In de bodem bezorgt de flagel (aanwezig bij de meeste Salmonella soorten) de bacterie de nodige beweeglijkheid om zich naar de wortel te begeven. Om die vervolgens binnen te dringen doet Salmonella beroep op een zwakke plek die gecreëerd wordt bij de vorming van zijwortels (Figuur 1). Eens binnengedrongen in de wortel kan Salmonella zich naar de bovengrondse plantorganen begeven. De mate waarin Salmonella de plant weet te koloniseren hangt af van de contaminatiegraad van de bodem en de hoeveelheid zijwortels die worden gevormd.

Figuur 1. Wanneer een zijwortel (LR) zich ontwikkelt en door de door de cortex-laag van de primaire wortel (PR) dringt, vormt er zich aan de basis een holte (witte pijl) die Salmonella enterica serovar Typhimurium (groen) als zwakke plak gebruiken om de wortel binnen te dringen. [bron: Karmakar et al., 2018]

In bladeren dringt Salmonella binnen via de microscopisch kleine huidmondjes (Figuur 2). Dat kan niet zomaar want als immuniteitsreactie sluit de plant zijn huidmondjes van zodra er bacteriële metabolieten en celwandstructuren aanwezig zijn. Salmonella enterica serovar Typhimurium is echter in staat om deze te heropenen. Verder onderzoek door Nicholas et al. (2020) suggereert dat de salmonellabacterie dit gedaan krijgt door met zijn T3SS secretiesysteem (nog onbekende) effector proteïnen in de sluitcellen binnen te loodsen die de synthese van het plantenhormoon abscisinezuur onderdrukt.

Figuur 2. Schematische voorstelling van een huidmondje aan de onderkant van een blad. Dat bestaat uit een microscopisch kleine opening, omzoomd door twee sluitcellen, waar koolzuurgas, zuurstofgas en waterdamp door kunnen diffunderen. Het openen en sluiten wordt door endogene hormonenbalansen in de sluitcellen gecontroleerd, met een centrale rol voor abscisinezuur (ABA). De mate waarin huidmondjes geopend en gesloten zijn kan gemeten worden op basis van confocale laser scanning elektronenmicroscopie (boven, rechts) en cryo scanning elektronenmicroscopie (onder, rechts), schaalbalk = 30 microns [bron: Nicholas et al, 2020]

IS ‘INBRAAKBEVEILIGING’ MOGELIJK?

Er is nog niet veel onderzoek verricht naar manieren om Salmonella binnendringing te bemoeilijken of te verhinderen. Voor wat betreft de ‘bodemroute’ namen Karmakar K et al. (2018) wel waar dat tomatenplanten die onder zoutstress opgegroeid werden, meer zijwortels vormden en daardoor ook meer gecontamineerd raakten met Salmonella. Het verhinderen dat planten in stress gaan zou dus kunnen bijdragen om mogelijke Salmonella kolonisatie zo laag mogelijk te houden.

Johnson N et al. (2020), die de ‘bladroute’ bestudeerden, testten een vorm van ‘biologische bestrijding’ uit. Ze brachten (in labo-omstandigheden) op de wortels van slaplanten een suspensie aan van een plantengroei-bevorderende Bacillus subtilis stam (UD1022). Met succes: deze rhizobacterie verhinderde dat salmonellabacteriën de sla konden binnendringen door de huidmondjes langer gesloten te houden en bracht ook nog een verhoogde afweerreactie in de plant op gang. Verder onderzoek naar hoe opname en vestiging van dergelijke humane pathogenen op en in planten tegen te gaan valt met behulp van plantengroei-promoverende bacteriën kan op termijn een oplossing bieden voor deze en ook andere opportunistische bacteriën op groenten, zoals Listeria monocytogenes en Shiga toxine-producerende Escherichia coli (STEC). 

BRONNEN

Johnson N et al. (2020) Evasion of Plant Innate Defense Response by Salmonella on Lettuce. Front. Microbiol.,11:500 [https://doi.org/10.3389/fmicb.2020.00500]

Karmakar K et al. (2018) Root mediated uptake of Salmonella is different from phyto-pathogen and associated with the colonization of edible organs. BMC Plant Biology,18:344 [https://doi.org/10.1186/s12870-018-1578-9]

Nuttige links