Диссертация на соискание степени доктора технических наук на тему «Научные основы реинжиниринга процедур обеспечения микробиологической безопасности мясной продукции» >>>>>

Вклад диссертанта в выполнение гранта:

Безопасность пищевых систем и их устойчивость к таким вызовам как вспышки инфекционных заболеваний для нашей страны, обладающей огромными природными ресурсами и активно развивающей национальный агропромышленный комплекс, имеет особое значение. В связи с этим, поиск принципиально новых методов в борьбе с устойчивыми патогенными и условно-патогенными бактериями, в том числе в составе БП, на основе получения новых фундаментальных знаний об их перемещении и распространении в производственной среде актуальным и своевременным исследованием для обеспечения микробиологической безопасности пищевой продукции.

В рамках выполнения работы концептуально обоснована и разработана методология проведения расширенного микробиологического профилирования предприятий для детализации циркулирующих микроорганизмов, в том числе в составе биопленок. Установлен микробный профиль 10 пищевых предприятий, который состоял на 48 % из бактерий семейства Pseudomonadaceae рода Pseudomonas (27 видов), 15,3% бактерии семейства Enterobacteriaceae (9 родов), 8% бактерии семейства Carnobacteriaceae рода Carnobacterium, 3,8 % бактерий семейства Aeromonadaceae рода Aeromonas и еще 13 семейств микроорганизмов. Выделены неконтролируемые и трудно культивируемые патогены: Stenotrophomonas maltophila, Pantoea agglomerans, Neisseria zoodegmatis, Rothia nasimurium, Moraxella spp., Acinetobacter spp. Определена закономерность выявления патогенных микроорганизмов с поверхности вспомогательного оборудования и конструкций в производственной среде. В зависимости от типа оборудования и предприятий доля положительных проб от общего количества отобранных, по выявлению L. monocytogenes составляет от 15 до 25 % Salmonella spp. – от 10 до 30 %, Pseudomonas spp. и Aeromonas spp. – от 27 до 66 %. Установлено наличие взаимосвязи между присутствием на одном и том же объекте производственной среды, как патогенных микроорганизмов, так и микроорганизмов, обладающих способностью образовывать биопленки. Показано, что большая часть изолятов–сапротрофов представлены микроорганизмами порчи, обладающих способностью к биопленкообразованию.

 Впервые проведены комплексные исследования биопленочной и свободно циркулирующей микрофлоры пищевых производств, в результате которых установлена способность к образованию БП у циркулирующих в производственной среде микроорганизмов. Впервые получен и обобщен опыт исследования биопленок на пищевых предприятиях Российской Федерации. Показана необходимость дифференцирования наблюдаемых биопленок от органических загрязнений (мяса, крови и т.п.). Показано присутствие биопленок как в местах традиционных, таких как трапы, так и нетрадиционные, например потолки. Охарактеризована структура и свойства биопленок пищевого производства. Установлено, что они имеют полимерный матрикс различного химического состава, везикулы, фибриллы, персистеры и толератные клетки, а также обладают гетерогенностью и микроколониальным ростом. Определена высокая таксономическая сходность доминирующих микроорганизмов в биопленках с разных объектов одного и того же мясоперерабатывающего предприятия. Установлен таксономический состав БП, который был представлен бактериями, относящихся более чем к 11 филумам, из которых доминировали Actinobacteria, Bacteroidota, Firmicutes, Proteobacteria. Эти филумы были представлены бактериями, вызывающими порчу мясных, рыбных и молочных продуктов и образующими биопленки (Pseudomonas, Flavobacterium, Arcobacter, Vagococcus, Chryseobacterium, Carnobacterium и др.), а также оппортунистические патогены человека и животных (Arcobacter, Corinobacteria и др.). Показана, зависимость таксономического состава биопленок на пищевом предприятии от вида перерабатываемого сырья. Установлено наличие биопленок на объектах, не описанных в литературных источниках: на потолках, на колесах тележек, а также на объектах, размещенных в производственных цехах с температурой 0 °С. Установлена мультирезистентность выделенных патогенных микроорганизмов, в частности, Salmonella spp. Установлено, что штаммы Salmonella infantis и Salmonella typhimurium, обладаюшие фенотипической устойчивостью к 8 видам антибиотиков, имели гены резистентности локализованные внутри плазмид, а также закрепленные на хромосомном уровне.

Установлена способность выделенных с пищевых предприятий штаммов патогенов и сапрофитов образовывать биопленок. Определено, что интенсивность образования БП патогенными бактериями, в частности L.monocytogenes и Salmonella spp., при температуре + 4 °C зависит от времени инкубации. Установлено, что микроорганизмы рода Pseudomonas spp, обладают способностью формировать стабильную биопленку при температуре 10 °C. Также показано, что при совместном культивировании Pseudomonas spp. и Salmonella spp. образование БП значительно усиливалось через 48 часов.

 Разработаны Методические рекомендации: МР 784-00419779-2021 «Методика создания моделей моно- и мультивидовых БП грамотрицательных и грамположительных бактерий»; Методические рекомендации МР 4.2.0161-19 «Методы индикации биологических пленок микроорганизмов на абиотических объектах». Подготовлен проект «Методических рекомендаций по идентификации (оценке наличия), сбору и исследованию биопленок микробных контаминантов пищевых производств». Показано, что применение наиболее часто используемых на пищевых производствах дезинфектанов в обычных концентрациях неэффективно против биопленочного сообщества. Против моновидовых (но не поливидовых) БП был эффективен только хлорсодержащий препарат в 4-кратной концентрации. Обнаружено явление быстрого восстановления жизнеспособности клеток в составе БП, что обусловливает необходимость улучшения процедур дезинфекции.

Впервые предложены подходы к оценке антимикробных свойств различных химических веществ и материалов относительно биопленок патогенных микроорганизмов пищевых систем на разных стадиях их развития (формирующиеся и сформированные), что является принципиально новым подходом при оценке эффективности антимикробных материалов (веществ). Продемонстрировано успешное действие метода лазерного переноса наночастиц на бактериальные БП.

В рамках выполнения гранта диссертантом опубликованы:

- 4 статьи в изданиях первого и второго квартиля:

Andriyanov, P.A. Antimicrobial Resistance of Listeria monocytogenes Strains Isolated from Humans, Animals, and Food Products in Russia in 1950–1980, 2000–2005, and 2018–2021 / P.A. Andriyanov, P.A. Zhurilov, E.A. Liskova, T.I. Karpova, E.V. Sokolova, Y.K. Yushina, E.V. Zaiko, D.S. Bataeva, O.L. et al. //Antibiotics. – 2021. – V.10, 1206. DOI:10.3390/antibiotics10101206;

Kompanets, V. Spectrally-selective mid-IR laser-induced inactivation of pathogenic bacteria / V. Kompanets, S. Shelygina, E. Tolordava, S. Kudryashov, I. Saraeva, A. Rupasov, O. Baitsaeva, R. Khmelnitskii, A. Ionin, Yu. Yushina, S. Chekalin, M. Kovalev // Biomedical Optics Express. – 2021. – V. 12. – № 10. – P. 6317-25. DOI: 10.1364/BOE.434969;

Nastulyavichus, A.A. Dynamic light scattering detection of silver nanoparticles, food pathogen bacteria and their bactericidal interactions / A. A. Nastulyavichus, S. I. Kudryashov, E. R. Tolordava, L. F. Khaertdinova, Yu. K. Yushina, T. N. Borodina, S. A. Gonchukov, A. A. Ionin// Laser Physics Letters. – 2021. – V. 18. – № 8. – P. 086002. DOI: 10.1088/1612-202X/ac0d07;

Rakitin, A.L. Evaluation of Antibiotic Resistance of Salmonella Serotypes and WholeGenome Sequencing of Multiresistant Strains Isolated from Food Products in Russia / A.L. Rakitin, Y. K. Yushina, E. V. Zaiko, D. S. Bataeva, O. A. Kuznetsova, A. A. Semenova et al. // Antibiotics. – 2022. – 11(1). DOI: 10.3390/antibiotics11010001.