Θάνατοι μωρών από βρεφικό γάλα: Ευρήματα μελέτης για την παγκόσμια επιμονή του παθογόνου Cronobacter sakazakii

Ερευνητές του Πανεπιστημίου του Μέριλαντ βρίσκουν γενετικές ενδείξεις

για την παγκόσμια επιμονή του παθογόνου του βρεφικού γάλακτος

Το παθογόνο Cronobacter sakazakii έχει γίνει πρωτοσέλιδο διεθνώς τα τελευταία χρόνια μετά τις ανακλήσεις του βρεφικού γάλακτος σε σκόνη και έχει συνδεθεί με απειλητικές για τη ζωή λοιμώξεις σε πρόωρα βρέφη, ηλικιωμένους και άλλους ευάλωτους πληθυσμούς. Υπενθυμίζονται οι δεκάδες δηλητηριάσεις από βρεφικές τροφές το 2022 με δύο παιδιά να πεθαίνουν και πολλά στο νοσοκομείο. Αν και οι λοιμώξεις είναι σπάνιες, οι συνέπειες μπορεί να είναι καταστροφικές – από μηνιγγίτιδα έως μακροπρόθεσμα αναπτυξιακά προβλήματα.

Ερευνητές από το Τμήμα Διατροφής και Επιστήμης Τροφίμων του Πανεπιστημίου του Μέριλαντ ρίχνουν νέο φως στο πώς ένα επικίνδυνο παθογόνο που μεταδίδεται μέσω των τροφίμων – το Cronobacter sakazakii – μπορεί να έχει προσαρμοστεί για να ευδοκιμήσει σε αποξηραμένα και κονιοποιημένα τρόφιμα σε όλη την παγκόσμια αλυσίδα εφοδιασμού. Η  μελέτη τους , που δημοσιεύτηκε στο Διεθνές Περιοδικό Μικροβιολογίας Τροφίμων,  θα μπορούσε να μεταμορφώσει τον τρόπο με τον οποίο παρακολουθούμε, ελέγχουμε και αποτρέπουμε τη μόλυνση σε κρίσιμα τρόφιμα, όπως το βρεφικό γάλα σε σκόνη.

Για να κατανοήσουν καλύτερα την επιμονή και τη μετάδοση του παθογόνου, οι ερευνητές διεξήγαγαν την πρώτη γονιδιωματική μετα-ανάλυση στελεχών βακτηρίων C. sakazakii από όλο τον κόσμο. Χρησιμοποιώντας ένα μοντέλο γλώσσας τεχνητής νοημοσύνης για την τυποποίηση των δεδομένων και μηχανική μάθηση για τον εντοπισμό δυνητικά σημαντικών γονιδίων, η ομάδα κατέδειξε τη δυνατότητα της τεχνητής νοημοσύνης να ξεκλειδώνει πληροφορίες που διατηρούνται σε τεράστιες ποσότητες ασυνεπών και κατά τα άλλα απαιτητικών δεδομένων.

«Βλέπουμε πώς ορισμένα βοηθητικά γονίδια – αυτά που δεν είναι απαραίτητα για την επιβίωση αλλά ωφέλιμα υπό συγκεκριμένες περιβαλλοντικές συνθήκες – θα μπορούσαν να προσφέρουν πλεονεκτήματα που βοηθούν το Cronobacter sakazakii να επιμένει στα συστήματα τροφίμων και πιθανώς ακόμη και να αντιστέκεται στα πρωτόκολλα υγιεινής», δήλωσε ο Επίκουρος Καθηγητής Ryan Blaustein, κύριος συγγραφέας της μελέτης.

Τα άτομα ενός είδους φέρουν ένα βασικό σύνολο γονιδίων που είναι κοινά σε όλο το είδος. Αλλά διαφορετικά στελέχη ή παραλλαγές από διαφορετικές περιοχές περιέχουν πρόσθετα βοηθητικά γονίδια μοναδικά για αυτό το στέλεχος. Ο Blaustein και οι συνεργάτες του ανέλυσαν 748 αλληλουχίες ολόκληρου του γονιδιώματος που συλλέχθηκαν από τροφικές, κλινικές και περιβαλλοντικές πηγές σε όλη τη Βόρεια Αμερική, την Ευρώπη και την Ασία για να εντοπίσουν το πιο πλήρες σύνολο γονιδίων C. sakazakii – επίσης γνωστό ως πανγονιδίωμα – μέχρι σήμερα.

Μία από τις σημαντικότερες καινοτομίες της μελέτης ήταν η ενσωμάτωση της τεχνητής νοημοσύνης, συμπεριλαμβανομένου ενός Μεγάλου Γλωσσικού Μοντέλου (παρόμοιου με την τεχνολογία Chat GPT) που τυποποίησε ασυνεπή μεταδεδομένα σχετικά με την προέλευση και τις πηγές κάθε δείγματος, καθιστώντας δυνατή τη σύγκριση μεγάλης κλίμακας.

Μόλις τυποποίησαν τα δεδομένα, η ομάδα χρησιμοποίησε μοντέλα μηχανικής μάθησης -συμπεριλαμβανομένων τυχαίων ταξινομητών δάσους- για να εντοπίσει τα βασικά γονίδια και να σχηματίσει μια πιο σαφή εικόνα του πώς τα βοηθητικά γονίδια ποικίλλουν μεταξύ δειγμάτων από διαφορετικές τοποθεσίες, περιβάλλοντα και συνθήκες. Αυτό τους βοήθησε να εντοπίσουν γενετικές υπογραφές που σχετίζονται με το πού και πώς ελήφθη το δείγμα.

Διαπίστωσαν ότι δείγματα από τροφές σε σκόνη (συμπεριλαμβανομένου του βρεφικού γάλακτος και του γάλακτος σε σκόνη) σε σχέση με άλλους τύπους είχαν μεγαλύτερα γονιδιώματα και υψηλότερη συχνότητα γονιδίων που εμπλέκονται στον ανασυνδυασμό, την επιδιόρθωση και την αντοχή στην ξήρανση του DNA, τα οποία όλα θα μπορούσαν να συμβάλουν στην επιβίωση του βακτηρίου σε ξηρές συνθήκες. Επιπλέον, υπήρχε μεγαλύτερη επικράτηση γονιδίων που σχετίζονται με υψηλότερη λοιμογόνο δράση σε στελέχη που ήταν πιθανό να επιμένουν στην τροφική αλυσίδα και να προκαλούν ασθένειες.

Η ομάδα διαπίστωσε επίσης συσχετίσεις μεταξύ γεωγραφικών περιοχών και γονιδίων που σχετίζονται με τον σχηματισμό βιοφίλμ και την αντοχή σε βαρέα μέταλλα όπως ο χαλκός, ο οποίος εμφανίζεται σε ορισμένα συστήματα τροφίμων ως συστατικό φυτοφαρμάκων ή ως απαραίτητο θρεπτικό συστατικό, αλλά μπορεί επίσης να λειτουργήσει ως αντιμικροβιακό σε υψηλά επίπεδα.

Η παρουσία τόσων πολλών βοηθητικών γονιδίων με δυνητικά προσαρμοστικά χαρακτηριστικά μπορεί να είναι αυτό που επιτρέπει στο C. sakazakii να επιμένει σε μια ποικιλία οικολογικών θέσεων, συμπεριλαμβανομένων νοσοκομείων, εγκαταστάσεων τροφίμων και προϊόντων αποξηραμένων τροφίμων. Η κατανόηση των γονιδίων που υποστηρίζουν την επιβίωση του C. sakazakii σε μια ποικιλία περιβαλλόντων θα μπορούσε να βοηθήσει στη στόχευση μέτρων υγιεινής και να καθοδηγήσει την ανάπτυξη ασφαλέστερων πρωτοκόλλων και τεχνολογιών επεξεργασίας. Τα ευρήματα εγείρουν επίσης σημαντικές σκέψεις για τη βιομηχανία τροφίμων, ιδίως τους παρασκευαστές τροφίμων σε σκόνη.

Είναι σημαντικό ότι αυτή η μελέτη παρέχει μια οδό για τον εντοπισμό γονιδίων με βασικά χαρακτηριστικά ενδιαφέροντος για μια ποικιλία παθογόνων. Η ενσωμάτωση μοντέλων Τεχνητής Νοημοσύνης για τον καθαρισμό, την τυποποίηση και την ερμηνεία γονιδιωματικών και επιδημιολογικών δεδομένων θα μπορούσε να βοηθήσει στη δημιουργία ταχύτερων και ακριβέστερων συστημάτων μοριακής επιτήρησης για αναδυόμενα παθογόνα.

Αυτή η έρευνα υπογραμμίζει την ανάγκη για διεθνή συνεργασία στην κατανόηση του τρόπου με τον οποίο εξελίσσονται και μετακινούνται μέσω του συστήματος τροφίμων τα παθογόνα που μεταδίδονται μέσω των τροφίμων. Καθώς τα τρόφιμα διασχίζουν τακτικά σύνορα και ωκεανούς, η παρακολούθηση γενετικών δεικτών λοιμογόνου δράσης και αντοχής δεν ήταν ποτέ πιο κρίσιμη. Επιπλέον, συγγραφείς της μελέτης είναι ο καθηγητής Abani Pradhan και ο μεταδιδακτορικός συνεργάτης Maurui Gao, και οι δύο από το Τμήμα Επιστήμης Τροφίμων και Διατροφής του UMD.

Η έρευνα αυτή υποστηρίχθηκε εν μέρει μέσω επιχορήγησης από την Πρωτοβουλία Έρευνας Γεωργίας και Τροφίμων του Εθνικού Ινστιτούτου Τροφίμων και Γεωργίας (NIFA) του Υπουργείου Γεωργίας των ΗΠΑ (USDA) (αριθμός χορηγίας 2023-67022-40017). Οι απόψεις που εκφράζονται σε αυτό το άρθρο δεν αντικατοπτρίζουν απαραίτητα τις απόψεις και τις γνώμες των οργανισμών χρηματοδότησης.

DOI