Factors influencing the fate of <em>Salmonella</em> in the plant and soil environment

Autor/innen

  • Eva Fornefeld Institut für Epidemiologie und Pathogendiagnostik

DOI:

https://doi.org/10.5073/dissjki.2017.004

Abstract

Frisches Obst und Gemüse sind Teil einer gesunden Ernährung. Jedoch können diese Frischeprodukte, wenn sie roh verzehrt werden und mit Humanpathogenen kontaminiert sind, Krankheiten beim Menschen verursachen. Kontaminationen von Frischeprodukten mit bakteriellen Humanpathogenen wie Salmonella enterica können entlang der gesamten Produktionskette auftreten, und eine mögliche Kontaminationsquelle ist der Boden. Die Rhizosphäre und Phyllosphäre von Pflanzen sowie der Boden sind sehr heterogene Habitate, deren Bedingungen sich schnell verändern können, und das Überleben von Humanpathogenen in dieser Umwelt wird von vielen biotischen und abiotischen Faktoren beeinflusst. Bislang ist vieles über die Ökologie von Salmonella in der Umwelt noch nicht bekannt und das Ziel dieser Arbeit war es, das Wissen darüber zu erweitern, welche Faktoren die Persistenz von Salmonella in der pflanzlichen Umwelt beeinflussen. In dieser Arbeit wurden in Mikrokosmos- und Gewächshausversuchen Faktoren untersucht, die das Überleben von Salmonella unter definierten Bedingungen beeinflussen können. Kopfsalat (Lactuca sativa cv. Tizian) wurde als Modellpflanze verwendet und Salmonella enterica serovar Typhimurium Stamm LT2 als Modellhumanpathogen. S. Typhimurium LT2 wurde in den Boden inokuliert und das Überleben mithilfe kultivierungsabhängiger und -unabhängiger Methoden verfolgt. Zu den in dieser Arbeit untersuchten Faktoren gehört der Einfluss der Präadaption, d.h. der Bedingungen, denen Bakterien vor dem Einbringen in die untersuchte Umwelt ausgesetzt sind, auf das Überleben von S. Typhimurium LT2 sowie auf S. Typhimurium Stamm 14028s und S. enterica Serovar Senftenberg. In Mikrokosmosexperimenten wurde gezeigt, dass die Anzahl kultivierbarer Zellen von S. Typhimurium LT2 nach Präadaption signifikant höher im Vergleich zur Kontrolle ohne Präadaption war. Dies zeigt, dass Präadaptation das Überleben dieses Salmonella-Stamms im Boden fördert. Die Ergebnisse liefern einen Hinweis darauf, dass das für die Anzucht der Zellen für Inokulationsexperimente verwendete Medium einen stammspezifischen Effekt auf das Überleben im Boden hat. Das bedeutet, dass die Bedingungen, denen Zellen vor der Inokulation ausgesetzt sind, einen großen Einfluss auf das Überleben von Salmonella haben können. Im Hinblick auf die Vergleichbarkeit der Ergebnisse verschiedener Studien ist dieses Ergebnis von Bedeutung. Des Weiteren wurde die Hypothese untersucht, dass das Überleben von S. Typhimurium LT2 im Boden und die Besiedlung von Kopfsalatpflanzen mit S. Typhimurium LT2 aus kontaminiertem Boden durch die Behandlung des Bodens mit Klärschlamm oder die Inokulation der pflanzenparasitären Nematoden Meloidogyne hapla oder Pratylenchus crenatus in den Boden gefördert wird. Entgegen der Erwartung, dass Klärschlamm durch zusätzliche Nährstoffe das Überleben von Salmonella fördert, wurde jedoch eine höhere Anzahl kultivierbarer S. Typhimurium LT2 im unbehandelten Boden gefunden als im Boden, der mit Klärschlamm behandelt wurde. Zwischen Proben von Boden, der mit Nematoden inokuliert wurde, und Kontrollboden wurde kein Unterschied in der Anzahl kultivierbarer S. Typhimurium LT2 gefunden. In keiner der Blattproben, die nach 21 oder nach 49 Tagen von Kopfsalatpflanzen aus Boden mit Klärschlamm, mit Nematoden oder aus den jeweiligen Kontrollböden genommen wurden, wurde Salmonella detektiert. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Gegenwart von Klärschlamm oder Nematoden im Boden nicht die Besiedelung von Kopfsalatpflanzen mit S. Typhimurium LT2 fördert und dass auch hohe Konzentrationen von S. Typhimurium LT2 im Boden nicht unbedingt zur Kontamination der oberirdischen Teile der Pflanze durch Internalisierung über die Wurzeln führen. Da vermutet wurde, dass das geringere Überleben von Salmonella im Boden, der mit Klärschlamm behandelt wurde, auf die konkurrierenden Mikroorganismen zurückzuführen war, erfolgte eine kultivierungsunabhängige Analyse der Behandlung des Bodens mit Klärschlamm im Hinblick auf Veränderungen der bakteriellen Gemeinschaft im Boden sowie mobiler genetischer Elemente (MGE) und Antibiotikaresistenzgene (ARG) in einem Mikrokosmosexperiment über vier Monate. Ein Vergleich der Diversität und Häufigkeit von ARGs in Bodenproben mit Klärschlamm im Vergleich zum unbehandelten Boden zeigte eine erhöhte relative Abundanz von Plasmiden, Integrons, Transposons und Resistenzgenen, die teilweise auch nach vier Monaten detektierbar waren. Die bakteriellen Gemeinschaften im Boden zeigten nach Behandlung mit Klärschlamm verringerte Diversität im Vergleich zum Kontrollboden, und die Unterschiede wurden im Verlauf des Versuchs geringer. Resistenzplasmide aus Klärschlamm, die auf das Gammaproteobacterium Pseudomonas putida übertragbar sind, wurden mithilfe der exogenen Plasmidisolierung aus Klärschlamm extrahiert. Die isolierten Plasmide gehörten mehrheitlich zur Inkompatibilitätsgruppe IncP-1, die einen breiten Wirtsbereich hat. Zusammenfassend wurde in dieser Arbeit das Wissen über die Faktoren, die das Überleben von Salmonella in der pflanzlichen Umwelt und im Boden beeinflussen, erweitert und gezeigt, dass das Schicksal von Salmonella in der Umwelt sehr komplex ist und viele Faktoren das Überleben beeinflussen.

Auf Wunsch des Autors / der Autorin ist diese Dissertation nur als Druckausgabe verfügbar.

Veröffentlicht

2018-07-19

Ausgabe

Rubrik

Dissertation