Genetic Characterization and Stress Tolerance Profiling of Listeria monocytogenes from the Samlon Processing Value Chain

Abstract

Den matbårne patogene bakterien Listeria monocytogenes kan gi alvorlig sykdom i mennesker ved å entre verdikjeder i matindustrien. Denne patogene bakterien er spesielt en bekymring for tryggheten til spiseklare produkter, og sporing av matbårne utbrudd er viktig for å identifisere kontamineringspunkter i verdikjeder.

Målet med dette studiet var å genetisk karakterisere og undersøke stresstoleranse for 35 L. monocytogenes-isolater fra verdikjeden til lakseprosessering i Norge, isolert fra 2020 til 2021. Målet var å undersøke mulige dominante stammer av L. monocytogenes, og mulige kontamineringskilder i verdikjeden.

Karakterisering av genetiske egenskaper var basert på helgenom-sekvensering med Oxford Nanopore-teknologi, og inkluderte MLST-analyse, fylogenetisk analyse basert på SNPs, identifisering av antibiotikaresistensgener og identifisering av virulensgener. Totalt ble ni sekvenstyper identifisert (ST20, ST29, ST31, ST37, ST91, ST101, ST325, ST391, ST394). ST20, ST37, og ST394 var dominante stammer. Genet fosX som koder for fosfomycin-resistens ble detektert for alle L. monocytogenes-isolater, og ClpL som koder for varmeresistens ble detektert for alle ST31-isolater. Viktige virulensgener (actA, hly, inlA, inlB, plcA, plcB) ble detektert hos ST20, ST29, ST37, ST91, ST101, og ST394.

Stresstoleranse-profilering av L. monocytogenes inkluderte undersøkelse av kulde- (12 grader celsius), salt- (5.4\% NaCl), og syretoleranse (pH 5.05). Kuldetoleranse var observert hos seks bakterieisolater (ST20, ST31, ST37). For vekst i salt eller syre avtok maksimal vekstrate for alle bakterieisolater i forhold til i stress-frie forhold, og signifikante forskjeller i maksimum vekstrate mellom stammene ble detektert.

En mulig kontamineringskilde i verdikjeden til lakseprosessering er fôr-avdelingen, men videre prøvetaking bør gjennomføres for å trekke en mer solid konklusjon. Begrensninger i dette studiet var mangel på antall datapunkter i verdikjeden og ufullstendige vekstkurver for undersøkelse av stresstoleranse. Fremtidig arbeid bør inkludere undersøkelse av ulike nivåer av stress, stressfaktorer i kombinasjon og varmeresistens av L. monocytogenes.

The food-borne pathogen Listeria monocytogenes can cause invasive illness in humans through entrance of food value chains. The pathogen is especially a concern for safety of ready-to-eat foods, and tracking of food-borne outbreaks is important to identify contamination sources in value chains.

The aim of this study was to genetic characterize, and examine stress tolerance of 35 L. monocytogenes isolates from the salmon processing value chain in Norway, originated from 2020 to 2021. This study aimed to examine possible dominant L. monocytogenes strains in the value chain, and identify possible contamination sources.

Characterization of genetic features was based on whole-genome sequencing with Oxford Nanopore Technology, and included MLST profiling, phylogenetic analysis based on SNPs, identification of antibiotic resistance genes, and identification of virulence genes. A total of nine sequence types were identified (ST20, ST29, ST31, ST37, ST91, ST101, ST325, ST391, ST394), and ST20, ST37, and ST394 were dominant strains.

The fosX gene conferring fosfomycin resistance was identified for all L. monocytogenes isolates, and the heat resistance gene, ClpL was identified for all ST31 isolates. Important virulence genes (actA, hly, inlA, inlB, plcA, plcB) were detected for ST20, ST29, ST37, ST91, ST101, and ST394.

Stress tolerance profiling included cold (12 degrees celsius), salt (5.4\% NaCl), and acid (pH 5.05) tolerance examination. Cold tolerance was observed for six L. monocytogenes isolates (ST20, ST31, ST37). For growth in salt or acid, maximum growth rate decreased for all bacterial isolates relative to stress-free conditions, and significant differences in maximum growth rate between the strains were also detected.

A possible contamination source in the salmon value chain includes the feed section, but further samplings should be performed to draw a more solid conclusion. Limits in this study were lack of data points in the value chain, and incomplete growth curves for stress tolerance examination. Further work should include examination of different levels of stress, stress factors in combination, and heat resistance of L. monocytogenes.