Study of the strain variability of the behavior of Salmonella enterica:
Creators: name: Λιάνου, Αλεξάνδρα Σπ.
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2012
Subjects: Salmonella enterica
Διαστελεχιακή παραλλακτικότητα
Συμπεριφορά
Αύξηση
Αδρανοποίηση
Σχηματισμός βιοϋμενίου
Strain variability
Behavior
Growth
Inactivation
Biofilm formation

description: Tο αντικείμενο της παρούσας διατριβής ήταν η αξιολόγηση της διαστελεχιακής παραλλακτικότητας τριών βασικών πτυχών της συμπεριφοράς του παθογόνου Salmonella enterica: της αύξησης, της αδρανοποίησης και της ικανότητας σχηματισμού βιοϋμενίου. Για τον σκοπό αυτό, μελετήθηκαν 60 στελέχη S. enterica, ανήκοντα σε διάφορους ορότυπους. Στοχεύοντας στην αξιολόγηση της παραλλακτικότητας αύξησης μεταξύ στελεχών S. enterica ως συνάρτηση του περιβάλλοντος αύξησης, η κινητική συμπεριφορά των 60 στελεχών του παθογόνου αξιολογήθηκε στους 37°C σε θρεπτικό ζωμό tryptone soy broth (TSB) με διαφορετικές τιμές pΗ (4.3-7.0) και συγκεντρώσεις NaCl (0.5-6.0%). Οι τιμές του μέγιστου ειδικού ρυθμού αύξησης (μmax) του κάθε στελέχους και για κάθε συνθήκη αύξησης προσδιορίστηκαν με βάση χρόνους ανίχνευσης απορρόφησης διαδοχικά και δεκαδικά αραιωμένων καλλιεργειών χρησιμοποιώντας το αυτοματοποιημένο σύστημα μέτρησης απορρόφησης Bioscreen C. Η παραλλακτικότητα του μmax μεταξύ των στελεχών ήταν σημαντική και μεγαλύτερη από αυτή που παρατηρήθηκε μεταξύ των επαναλήψεων. Επιπλέον, η διαστελεχιακή παραλλακτικότητα αυξήθηκε όταν οι συνθήκες έγιναν περισσότερο δυσχερείς για την αύξηση του παθογόνου, τόσο σε επίπεδο pH όσο και NaCl. Ένα στοχαστικό μοντέλο το οποίο, ενσωματώνοντας τα δεδομένα διαστελεχιακής παραλλακτικότητας, παρέχει προβλέψεις μmax ως συνάρτηση του pΗ και της ενεργότητας νερού (aw) αναπτύχθηκε στη συνέχεια. Οι επιδράσεις των περιβαλλοντικών παραμέτρων στον μmax μοντελοποιήθηκαν για κάθε στέλεχος S. enterica χρησιμοποιώντας κατάλληλα για κάθε παράμετρο δευτερογενή μοντέλα. Ένα πολλαπλασιαστικό χωρίς αλληλεπιδράσεις μοντέλο χρησιμοποιήθηκε για να περιγράψει την συνδυασμένη επίδραση του pH και της aw στον μmax. Το αναπτυχθέν μοντέλο στη συνέχεια αξιολογήθηκε έναντι ανεξάρτητων κινητικών δεδομένων αύξησης (δεδομένα μmax) για τα 60 στελέχη S. enterica και επέδειξε ικανοποιητική επίδοση. Οι εγγενείς οξυ- και θερμο-ανθεκτικότητες των 60 στελεχών αξιολογήθηκαν σε TSB χωρίς δεξτρόζη οξινισμένου σε pH 3.0 ή θερμισμένου στους 57°C. Η διαστελεχιακή παραλλακτικότητα του ρυθμού όξινης αδρανοποίησης ήταν σημαντικά μεγαλύτερη από αυτή που παρατηρήθηκε για το ρυθμό θερμικής αδρανοποίησης, ενώ καμία συσχέτιση δεν παρατηρήθηκε μεταξύ αυτών των δύο κινητικών παραμέτρων. Επιπρόσθετα, καμία τάση μεταξύ των εξεταζόμενων στελεχών σε σχέση με την προέλευση, τον ορότυπο ή την ανθεκτικότητά τους σε αντιβιοτικά δεν ήταν εμφανής. Η ικανότητα σχηματισμού βιοϋμενίου των 60 στελεχών αξιολογήθηκε σε διαφορετικές τιμές pH (3.8-7.0), συγκεντρώσεις NaCl (0.5-8.0%) και θερμοκρασίες (4-37°C). Ο σχηματισμός βιοϋμενίου προσδιορίστηκε σε TSB μετά από 48 h επώασης εντός πλαστικών μικροπλακετών ειδικού σχεδιασμού, χρησιμοποιώντας χρώση κρυσταλλικού ιώδους, και η ποσοτικοποίησή του στηρίχτηκε στη διαφορά μεταξύ της μετρούμενης οπτικής πυκνότητας των υπό εξέταση δειγμάτων και αρνητικών (μη εμβολιασμένων) μαρτύρων (ΔOD580nm). Τα εξεταζόμενα στελέχη σχημάτισαν βιοϋμένια σε μία ποικιλία περιβαλλοντικών συνθηκών, ενώ εκτεταμένη ήταν η παρατηρούμενη διαστελεχιακή παραλλακτικότητα αυτής της φαινοτυπικής απόκρισης. Η διαστελεχιακή παραλλακτικότητα του σχηματισμού βιοϋμενίου επηρεάστηκε και από τις τρεις περιβαλλοντικές παραμέτρους που εξετάστηκαν, και φάνηκε να αυξάνεται όσο οι περιβαλλοντικές συνθήκες γίνονταν λιγότερο ευνοϊκές για το παθογόνο. Επιπλέον, η αύξηση της διαστελεχιακής παραλλακτικότητας που προκλήθηκε από το pΗ ήταν σημαντικά μεγαλύτερη από αυτήν που προκλήθηκε από το NaCl ή τη θερμοκρασία. Οι βέλτιστες συνθήκες για σχηματισμό βιοϋμενίου, οδηγώντας στη μέγιστη ΔOD580nm, ήταν σημαντικά διαφορετικές μεταξύ των εξεταζόμενων στελεχών. Καμία σχέση δεν παρατηρήθηκε μεταξύ της ικανότητας σχηματισμού βιοϋμενίου των στελεχών και του ορότυπου τους, ή της κινητικής συμπεριφοράς αύξησής τους όπως αυτή είχε αξιολογηθεί προηγουμένως.
description: The objective of the present thesis was the assessment of the strain variability of three behavioral aspects of the pathogen Salmonella enterica: growth, inactivation and biofilm formation. For this purpose, 60 S. enterica strains belonging to various serotypes were studied. Aiming at the evaluation of the growth variability among S. enterica strains as affected by the growth environment, the kinetic behavior of the 60 strains of the pathogen was assessed at 37°C in tryptone soy broth (TSB) of different pH values (4.3-7.0) and NaCl concentrations (0.5-6.0%). Maximum specific growth rate (μmax) values corresponding to each strain and growth condition were estimated by means of absorbance detection times of serially decimally diluted cultures using the automated turbidimetric system Bioscreen C. The variability of μmax among the S. enterica strains was important and greater than that observed among replicates. Moreover, strain variability increased as the growth conditions became more stressful both in terms of pH and NaCl. A stochastic model providing μmax predictions as a function of pH and water activity (aw) and integrating intra-species variability data was then developed. The effects of the environmental parameters on μmax were modelled for each tested S. enterica strain using appropriate secondary models. A multiplicative without interaction-type model was used to describe the combined effect of pH and aw on μmax. The developed model was further validated using independent growth kinetic data (μmax values) generated for the 60 strains of the pathogen and exhibited a satisfactory performance. The inherent acid and heat resistances of the 60 strains of the organism were assessed in TSB without dextrose acidified to pH 3.0 or heated at 57°C. The strain variability of the acid inactivation rate was considerably higher than that of the heat inactivation rate, while no correlation was observed between the estimated values of these two inactivation kinetic parameters. Furthermore, no trends among the tested strains related to origin, serotype or antibiotic resistance profile were evident. The biofilm-forming ability of the 60 strains was assessed at different pH values (3.8-7.0), NaCl concentrations (0.5-8.0%) and temperatures (4-37°C). Biofilm formation was evaluated in TSB after 48 h of incubation in polystyrene microtiter plates using crystal violet staining, and its quantification was based on the difference between the optical density measurements of the test and negative control (uninoculated) samples (ΔOD580nm). The tested strains formed biofilms under a wide range of environmental conditions, while extensive strain variability of this phenotypic response was observed. The strain variability of biofilm formation was affected by all three of the environmental parameters tested, and appeared to increase as the environmental conditions became less favorable for the organism. In addition, the increase in the strain variability caused by pH was found to be much greater than that caused by NaCl or temperature. The optimum conditions for biofilm formation, providing the maximum ΔOD580nm, varied significantly among the tested strains. No relationships were observed between the biofilm-forming ability of the strains and their serotype or their growth kinetic behavior as this was evaluated previously.