Biofilm disinfection survival and growth dynamics of Listeria monocytogenes and Pseudomonas spp. from a Norwegian salmon processing facility

Abstract

Norge er verdens største produsent av Atlantisk laks (Salmo salar) og eksporterer majoriteten til videre prosessering i EU-land. Spiseklare produkter av laks blir en stadig viktigere del av markedet, men innebærer risiko for spredning av den matbårne patogene bakteriearten Listeria monocytogenes, noe som er problematisk for både industrien og helsemyndigheter.

L. monocytogenes blir hovedsakelig overført til lakseprodukter via kontaminering av produksjonsmiljøet. Arten kan etablere vedvarende kolonisering av matproduksjonsanlegg ved å vokse i biofilm, og kan overleve rengjørings- og desinfeksjonsbehandlinger i flere år. Forholdet mellom L. monocytogenes og den ikke-patogene mikrofloraen i slike miljøer har blitt utpekt som en viktig faktor for hvorvidt L. monocytogenes kan etablere en vedvarende kolonisering. I mikrofloraen er Pseudomonas spp. i særstilling grunnet stor grad av desinfeksjonsoverlevelse, er en god biofilmdanner, og er ofte knyttet til overlevelse av L. monocytogenes.

Dette prosjektet undersøkte vekstdynamikken i biofilm og suspensjon for en blanding av fem Pseudomonas spp. isolater og et L. monocytogenes ST8 isolat isolert fra kontaktpunkter og produksjonsutstyr på et norsk lakseslakteri. Pseudomonas spp. dominerte vekst i både suspensjon og biofilm. L. monocytogenes utgjorde omtrent 2% av den totale populasjonen i suspensjon ved 72 t og under 1% ved 144 t, etter andre inkubasjonssyklus. Andre tendenser ble observert i biofilm, hvor L. monocytogenes økte fra 1-2 % ved 72 t til 4 % ved 144 t.

Overlevelsesegenskaper i biofilm ble undersøkt for de ulike bakteriekulturene. Biofilm dyrket på kuponger av rustfritt stål i 72 t ble dekt av 1 % løsning av pereddiksyrebasert desinfeksjonsmiddel, i bruk ved lakseslakteriet, i 10 min. Målet på 5 log reduksjon ble oppnådd for alle kulturer. L. monocytogenes renkultur overlevde ikke denne behandlingen. L. monocytogenes overlevde derimot i 10 av 18 paralleller i blandingskultur med Pseudomonas spp. Overlevende kulturer hadde utvidet lag-fase, og viste synlig tegn til vekst 2 til 4 døgn etter behandling. Resultatene fra dette prosjektet viser at L. monocytogenes kan overleve desinfeksjon bedre i blandingskultur med Pseudomonas spp. enn alene og demonstrerer betydningen av grundig og hyppig desinfeksjon for å redusere oppblomstring og spredning av L. monocytogenes.

Norway is the world’s leading producer of farmed Atlantic salmon (Salmo salar), exporting the majority for further processing in EU countries. With the rise of ready-to-eat salmon products, the contamination and proliferation of the deadly human foodborne pathogen Listeria monocytogenes is a major problem for both the industry and health authorities.

L. monocytogenes is primarily transmitted to salmon from contamination of the processing environment. The species can establish persistent colonization in biofilms, surviving cleaning and disinfection routines over several years. There is growing agreement that the relationship between L. monocytogenes and the ubiquitous microflora of the food processing environment play an important role in the persistence of this pathogen. Of the non-pathogenic microflora, Pseudomonas spp. are of special regard due to surviving disinfection exceptionally well, being strong biofilm producers as well as being linked to the survival of L. monocytogenes.

This project has elucidated some of the growth dynamics in biofilm and suspension of a mix of five Pseudomonas spp. isolates and one L. monocytogenes ST8 isolate sampled from contact surfaces and equipment in a Norwegian salmon processing facility. Pseudomonas spp. dominated in both suspension and biofilm. L. monocytogenes constituted approximately 2 % of the total population in suspension at 72 h and less than 1 % at 144 h, after a second incubation cycle. The opposite pattern was seen in biofilm, as the L. monocytogenes subpopulation increased from between 1 and 2 % at 72 h to 4 % at 144 h.

Biofilm disinfection survival characteristics of the cultures was investigated. Biofilms grown for 72 h on stainless steel coupons were submerged in a 1 % solution of the peracetic acid disinfectant used at the facility for 10 minutes. A 5 log reduction was achieved for all cultures. No L. monocytogenes mono-culture biofilm survived the treatment. L. monocytogenes did however survive in 10 of 18 parallels when co-cultured with Pseudomonas spp. Surviving cultures exhibited an extended lag-phase, not showing visible growth before 2-4 days after treatment. The results from this project demonstrate how L. monocytogenes can survive disinfection better when growing in biofilm with Pseudomonas spp. compared to monoculture and shows the importance of frequent and thorough disinfection to supress the growth and spread of L. monocytogenes.