2015, η Οδύσσεια των μικροβίων

Τη συμπεριφορά παθογόνων μικροοργανισμών στο «Διάστημα», αλλά και στο... ψυγείο, μελετά ελληνική ερευνητική ομάδα, συμβάλλοντας στην προστασία της δημόσιας υγείας

ΔΗΜΟΣΙΕΥΣΗ:  29/11/2015 05:45

Ο φυγοκεντρητής μεγάλης διαμέτρου της Ευρωπαϊκής Επιτροπής Διαστήματος (ESA)

 

 

Χωρίς θόρυβο και τυμπανοκρουσίες, μια ομάδα ελλήνων ερευνητών από το Πανεπιστήμιο της Θεσσαλονίκης όχι μόνον ήταν στις τέσσερις που επιλέχθηκαν ανάμεσα σε  εξακόσιες για να χρησιμοποιήσουν τις εγκαταστάσεις της Ευρωπαϊκής Υπηρεσίας Διαστήματος (ΕΥΔ) στην Ολλανδία σε ένα πείραμα σχετικό με την επίδραση της υπερβαρύτητας σε μικροβιακούς οργανισμούς αλλά επέστρεψαν με ενάμισι Terrabyte πολύτιμων δεδομένων και γνώσεις πολύτιμες για την αντιμετώπιση των βλαβερών για τον άνθρωπο μικροοργανισμών που ευημερούν στα τρόφιμα, ιδιαίτερα σε όσα βρίσκονται μέσα στο ψυγείο.

Από το ΑΠΘ στην Ολλανδία
«Χρειάστηκε, εκτός από εμάς, να μεταφερθεί με φορτηγό και περισσότερο από το μισό εργαστήριό μας στο Ευρωπαϊκό Κέντρο Διαστημικής Ερευνας και Τεχνολογίας, στην Ολλανδία, για να μπορέσουμε να κάνουμε το πείραμα. Και αυτό στοίχισε κοντά στις 20.000 ευρώ, ποσό που με δυσκολία εξασφαλίστηκε, με τη βοήθεια της ΕΥΔ και του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου. Ευτυχώς στην Ολλανδία όλοι ήταν πολύ φιλικοί μαζί μας και μας υποστήριξαν όσο μπορούσαν».

Μιλώ με τον Κώστα Κουτσουμανή, αναπληρωτή καθηγητή και διευθυντή του Εργαστηρίου Υγιεινής και Μικροβιολογίας Τροφίμων στο Τμήμα Γεωπονίας του ΑΠΘ. Μου εξιστορεί  πόσα πράγματα έπρεπε να γίνουν μέχρι να βάλουν απλώς(;) σε έναν «περιστρεφόμενο κάδο», όπως φαίνεται σε πρώτη προσέγγιση, τους βλαπτικούς για τον άνθρωπο μικροοργανισμούς σαλμονέλας (Salmonella), ώστε να τους μελετήσουν σε συνθήκες υψηλής βαρύτητας. Εκείνη τη στιγμή, από την παλιά παροιμία για «του ψαρά και του κυνηγού το πιάτο που είναι δέκα φορές αδειανό και μια φορά γεμάτο», μου ήλθε στο μυαλό μια παραλλαγή. Για του ερευνητή το πιάτο και το πόσο δύσκολο είναι, ιδιαίτερα εδώ στην Ελλάδα, να γεμίζει με μια κάπως ανεκτή συχνότητα. Η ομάδα χρειάστηκε να υποβάλει τεκμηριωμένη την ιδέα της και να διαγωνισθεί με περίπου εξακόσιες άλλες από όλη την Ευρώπη, μέχρι να βρεθεί τελικά μέσα στους τέσσερις νικητές του προγράμματος «Spin your thesis!», που θα είχαν την ευκαιρία να... φέρουν βόλτα την ιδέα τους.

Και οι τέσσερις ομάδες προτού ταξιδέψουν ως την Ολλανδία χρειάστηκε να κάνουν προετοιμασία αρκετών μηνών, η καθεμία στη χώρα της, ώστε να παρουσιαστούν έτοιμες και να εκμεταλλευτούν στο μέγιστο τον χρόνο που είχαν κερδίσει στον «ευρείας διαμέτρου φυγοκεντρητή». Εκτός από την Ελλάδα, στους νικητές ήταν ομάδες από τη Σκωτία, την Ιταλία και τη Ρουμανία. Τα μέλη της ομάδας Dynamics του Πανεπιστημίου της Γλασκώβης ήθελαν να βρουν το ιδανικό πλάτος των υπερηχητικών κυμάτων που επιτρέπουν σε ένα σκαπτικό να εισχωρήσει στον ρεγκόλιθο, το πέτρωμα που υπάρχει σε διάφορους πλανήτες και δορυφόρους, χρησιμοποιώντας τη μικρότερη δυνατή ποσότητα ενέργειας. Οι Ιταλοί της ομάδας LINVenus από το Πανεπιστήμιο της Φλωρεντίας εξέτασαν το πώς επηρεάζονται τα ηλεκτρικά σήματα των φυτών και επίσης ο χρόνος για να κλείσει ένα φυτό-παγίδα εντόμων από την αλλαγή στις συνθήκες βαρύτητας. Και αυτό διότι είναι γνωστό πως οι άνθρωποι ενδιαφέρονται για την καλλιέργεια φυτών που θα μεταφερθούν όταν πραγματοποιηθούν ταξίδια σε άλλους πλανήτες. Οι Ρουμάνοι της HyperMed από το Πανεπιστήμιο του Βουκουρεστίου συγκέντρωσαν στοιχεία για το πώς αλλάζουν η μορφή μιας σταγόνας απορρυπαντικού και η διαβροχή μιας επιφάνειας σε διάφορες τιμές βαρύτητας με απώτερο σκοπό να φτιαχτούν αποτελεσματικά αποστειρωτικά υγρά για τα διαστημόπλοια.

Η ερευνητική ομάδα του ΑΠΘ

Η ελληνική πρόταση αφορούσε τη μελέτη, μέσω της δημιουργίας τεχνητής βαρύτητας λόγω περιστροφής, της συμπεριφοράς κάποιων επικίνδυνων για την υγεία μας μικροοργανισμών, όταν αυτοί συνυπάρξουν μαζί μας σε διαστημικά ταξίδια και σε πλανήτες, σε περιπτώσεις όπου η βαρύτητα θα εμφανίζεται μεγαλύτερη από αυτήν της Γης. Μελετήθηκαν ειδικότερα η ευκινησία και η αντοχή τους στις θερμοκρασίες. Για την ευκινησία δημιουργήθηκε ένα πολύπλοκο τηλεκατευθυνόμενο σύστημα παρακολούθησης εν κινήσει των μικροοργανισμών και έγιναν λήψεις βίντεο για το πώς συμπεριφέρονται. Για την αντοχή τους τοποθετήθηκαν σε θερμό ελαιώδες λουτρό και παρακολουθήθηκε στιγμή προς στιγμή ο πολλαπλασιασμός τους. Και βρέθηκε ότι κατάφεραν να επιβιώσουν! Η μελέτη των γενετικών τροποποιήσεων που εμφανίστηκαν ελπίζεται ότι θα επιτρέψει και τη δημιουργία νέων, πιο αποτελεσματικών αντιβιοτικών.

Πρόγνωση της μικροβιακής συμπεριφοράς

Φορτωμένη με ενάμισι Τεραμπάιτ (=1.500 Gigabytes) δεδομένων η ομάδα γύρισε στη Θεσσαλονίκη και τώρα έχει αρχίσει η επεξεργασία. Πώς όμως αντιμετωπίζεις αυτά τα μικροσκοπικά «τέρατα» όταν είναι ανάγκη να προβλέψεις τη συμπεριφορά τους; Ευτυχώς τα τελευταία χρόνια έχει υπάρξει κάτι που ονομάζεται Ποσοτική Μικροβιολογία (στα αγγλικά το βρίσκεις με τον τίτλο Predictive Microbiology). Πρόκειται για επιστημονικό κλάδο όπου από δεδομένα του περιβάλλοντος προσπαθεί να προβλέψει τη μικροβιακή συμπεριφορά. Στην ουσία δηλαδή το κατά πόσο θα μεγαλώσει η συγκέντρωση διαφόρων μικροοργανισμών σε δεδομένες συνθήκες.

Είναι ένα πολύ χρήσιμο εργαλείο, όπως ανέλυσε και σε σχετική ομιλία του ο επικεφαλής της ομάδας, Κώστας Κουτσουμανής, και το βρίσκουμε στην εργαλειοθήκη που παρέχει η θεωρία η σχετική με τον προσδιορισμό επικινδυνότητας (Risk Assessment). Βασική της επιδίωξη είναι ο προσδιορισμός, ποσοτικά ή ποιοτικά, του «ρίσκου» που σχετίζεται με μια κατάσταση. Και ας δούμε πώς με αυτό μπορεί να συνδέεται η ανάπτυξη μικροοργανισμών που κάνουν επικίνδυνες τις τροφές μας και από εκεί στη συμπεριφορά τους σε συνθήκες υπερβαρύτητας.  Η αναζήτηση σχετικά με την ποιότητα και τελικά την ασφάλεια μιας τροφής γινόταν ανέκαθεν με βάση έναν έλεγχο στο τελικό προϊόν και εκεί, όπως λέμε στα Μαθηματικά, είχε τη μορφή ενός διακριτού αποτελέσματος. Ηταν 0 ή 1, δηλαδή εγκρίνεται ή απορρίπτεται. Αποδείχθηκε όμως με τον καιρό πως αυτό δεν ήταν αρκετό. Χρειαζόταν για μεγαλύτερη ακρίβεια ο λεγόμενος Προσδιορισμός Επικινδυνότητας. Και αυτό έγινε στην Ποσοτική Μικροβιολογία με τη χρήση πιθανοτήτων και μετατρέποντας την ασφάλεια από ποιοτική σε ποσοτική. Από το αν είναι δηλαδή μια τροφή ασφαλής, ΝΑΙ ή ΟΧΙ, πήγαμε στην πιθανότητα η τροφή να προκαλέσει μια τροφοδηλητηρίαση. Κάτι που διευρύνει τα όρια των αποφάσεων. Εκεί εμφανίζεται η ανάγκη για δυο πολύ πιο χρήσιμες αλλά και δυσδιάκριτες μεταξύ τους, σε πρώτη προσέγγιση βέβαια, έννοιες. Τη «μεταβλητότητα» και την «αβεβαιότητα». Η μεταβλητότητα εκφράζει τη φυσική ετερογένεια. Αν, για παράδειγμα, μετρώ το ύψος μιας ομάδας ανθρώπων θα υπάρχει ετερογένεια, δηλαδή θα έχουν διαφορετικά ύψη, αλλά όσο και αν κάνω περισσότερες μετρήσεις θα διαπιστώνω πως μεταξύ τους έχουν διαφορά στα ύψη και δεν μπορώ να κάνω κάτι για αυτό. Αν όμως τους υποβάλω σε μια εξέταση γνώσεων ξένης γλώσσας, όσο περισσότερα γραπτά διορθώσω τόσο περισσότερα θα ξέρω για το επίπεδό τους και θα μπορέσω να προσαρμόσω τη διδακτέα ύλη! Εδώ μειώνω την αβεβαιότητα.

Ακούγοντας τον «μικροβιακό θόρυβο»

Τώρα λοιπόν γίνεται προσπάθεια να προσδιορίζεται η μικροβιακή συμπεριφορά ως προς την αβεβαιότητα, όχι σε επίπεδο μεγάλων πληθυσμών, αλλά σε επίπεδο ατομικών κυττάρων. Πώς; Κάνοντας μια βουτιά σε αυτό που ως κάποια στιγμή αποκαλούσαν «μικροβιακό θόρυβο», με την παρακολούθηση δηλαδή, όσο γίνεται πιο στοχευμένα, των τυχαίων μεταβολών σε γενετικές διαδικασίες όπως είναι η ενεργοποίηση γονιδίων, η μεταγραφή και η μετάφραση, που οδηγούν σε διαφορετικούς φαινοτύπους αλλά ακόμη και σε διαφορετικό ρυθμό αύξησης μιας αποικίας. Αν, για παράδειγμα, οι συνέπειες των απαράδεκτων από την άποψη της υγιεινής ενός τροφίμου ποσοτήτων παθογενών μικροοργανισμών είναι σοβαρές, η γνώση μόνον του μέσου όρου δεν είναι αρκετή για την απόφαση αν αυτό το προϊόν πρέπει να καταναλωθεί ή όχι. Μόλυνση μπορούμε να έχουμε ακόμη και με πολύ μικρούς πληθυσμούς. Από την άλλη, η παρακολούθηση αυτών των πολύ μικρών πληθυσμών σε κλίμακα σχεδόν ενός κυττάρου δεν ήταν κάτι εύκολο. Η ομάδα όμως της Θεσσαλονίκης πριν από το πείραμα στην Ολλανδία είχε ήδη χρησιμοποιήσει τη μέθοδο παρακολούθησης Time Lapse Microscopy. Και κατεβαίνοντας σε αυτό το επίπεδο, προέκυψε και η ανάγκη, για τη συνέχεια, να χρησιμοποιηθούν τα εργαλεία της Εκτίμησης Επικινδυνότητας ως προς την εξέλιξη της μικροβιακής κοινότητας (Quantitative Microbial Risk Assessment,QMRA). Πλέον δεν αποφαίνεσαι μόνο για το αν «τώρα» υπάρχει κίνδυνος από την κατανάλωση ενός προϊόντος αλλά και για την πιθανότητα και σε μελλοντικό χρόνο να υπάρχει κίνδυνος υπολογίζοντας το πόσο θα πολλαπλασιαστούν. Αφού έχει αποδειχθεί πως ακόμη και πολύ μικροί πληθυσμοί μπορούν να προκαλέσουν βλάβες.

Η σαλμονέλα τα κατάφερε και στο... Διάστημα!

Πριν από το πείραμα στο LDC ήταν γνωστό πως στις ομαλές γήινες συνθήκες βαρύτητας, δηλαδή στο 1G, όπως αναφέρεται για λόγους συντομίας, τα προκαρυωτικά βακτήρια έχουν ως μέσο προώθησης ένα μικρό μαστίγιο και αυτό απορροφά ένα μεγάλο μέρος της κινητικής τους ενέργειας. Ταυτόχρονα η δυνατότητα προώθησής τους συνδέεται και με την παθογένειά τους, δηλαδή με το πόσο μπορούν να μας βλάψουν. Οπως φαίνεται από τα πρώτα αποτελέσματα του πειράματος, σε συνθήκες υπερβαρύτητας, κατά έναν παράδοξο(;) τρόπο οι μικροοργανισμοί αυτοί αντί να «βαρύνουν» διατήρησαν την επιθετικότητά τους. Λες και διαισθανόμενοι την αύξηση της βαρύτητας αυξάνουν την ενέργεια που καταναλώνουν με σκοπό να συνεχίσουν να κινούνται γρήγορα για να κρατήσουν την παθογένειά τους. Περνούν, με άλλα λόγια, και εκείνοι μια Οδύσσεια του Διαστήματος αλλά φαίνεται πως καταφέρνουν να επιβιώσουν. Η συμπεριφορά τους αυτή παρουσιάζει και πρακτικό ενδιαφέρον διότι παθογόνα βακτήρια συναντώνται και στον Διαστημικό Σταθμό, παρ' όλες τις προσπάθειες να τα κλείσουν εκτός, διότι στις συνθήκες της μακράς παραμονής στον σταθμό οι αστροναύτες είναι πλέον επιρρεπείς σε τροφοδηλητηριάσεις. Επιπλέον, υπάρχει και ο κίνδυνος των λεγόμενων «τεχνοφιλικών βακτηρίων», που προκαλούν καταστροφές σε ηλεκτρικά και ηλεκτρονικά κυκλώματα.

Στην Ελλάδα από την έρευνα στην πράξη υπάρχει ακόμη ένα χάσμα σε σχέση με την αξιοποίηση μιας επιστημονικής επιτυχίας ενώ σε άλλες χώρες υπάρχουν εντελώς διαφορετικές ομάδες που θα ασχοληθούν με την υλοποίηση της όποιας καλής ιδέας. Πάντως μπορούμε ακόμη να σκεφτόμαστε ότι υπάρχουν ερευνητικές ομάδες που δεν μένουν καρφωμένες στη γη εξαιτίας της οικονομικής και διοικητικής... υπερβαρύτητας που επικρατεί αυτή τη στιγμή στην Ελλάδα.

Ενα σημαντικό ποσοστό των ψυγείων στην Ελλάδα δεν «πιάνει» θερμοκρασίες κάτω από τους 8 βαθμούς Κελσίου, πράγμα επικίνδυνο για τη δημόσια υγεία. Πηγή: Εργαστήριο Μικροβιολογίας και Υγιεινής Τροφίμων Τομέα Επιστήμης και Τεχνολογίας Τροφίμων του ΑΠΘ

Εντός ψυγείου αλλά εκτός λογικής
Το να σου χτυπούν την πόρτα και όταν ανοίξεις να σου λένε πως θέλουν να βάλουν στο ψυγείο σου θερμόμετρο και να σε ρωτούν αν είναι το γάλα στην πόρτα ή αν είναι σκαρφαλωμένο στο πιο πάνω ή στο πιο κάτω ράφι δεν σε κάνει να σκεφθείς πως πρόκειται για έρευνα που κάνει ένα πανεπιστημιακό εργαστήριο. Και όμως, αυτό γίνεται από το Εργαστήριο Μικροβιολογίας και Υγιεινής των Τροφίμων στη Θεσσαλονίκη. Και τα συμπεράσματα ως αυτή τη στιγμή είναι ιδιαίτερα χρήσιμα για τον οποιονδήποτε καταναλωτή.

• Πόσοι προτού αγοράσουν καινούργιο ψυγείο ενδιαφέρονται να ρωτήσουν σε ποιες θερμοκρασίες θα κυμαίνεται ο εσωτερικός μεγάλος θάλαμος και σε ποιες αυτός της κατάψυξης; Και αν ρωτήσουν και μάθουν τι θα την κάνουν αυτή την πληροφορία;

• Υπάρχουν καταναλωτές που νομίζουν (λανθασμένα φυσικά) πως οι υποδιαιρέσεις του διακόπτη αντιστοιχούν σε βαθμούς Κελσίου, είτε επάνω είτε κάτω από το μηδέν!

• Οι περισσότεροι που αγοράζουν γάλα το τοποθετούν στην πόρτα του ψυγείου. Κάνουν σωστά; Δυστυχώς όχι. Μπορεί να βολεύει αλλά καλό είναι να ξέρουν πως στην πόρτα παρατηρείται η υψηλότερη θερμοκρασία σε σχέση με τα υπόλοιπα ράφια του ψυγείου (περίπου 2-3 βαθμοί Κελσίου διαφορά). Μετά πιο θερμό παρουσιάζεται το επάνω και το κάτω ράφι και τη χαμηλότερη θερμοκρασία έχει το μεσαίο (χωρίς αυτή η κατάταξη να είναι πάντα έτσι διότι παίζει ρόλο και το πού είναι η έξοδος της ψύξης). Πάντως η πόρτα σίγουρα είναι το χειρότερο σημείο για να βάζεις το γάλα.

• Μερικές εταιρείες προσπαθούν τώρα, για να προστατεύσουν το προϊόν τους, να έχουν συσκευασία που να μη βρίσκει χώρο στην πόρτα και πράττουν σωστά. Καλό είναι εδώ να έχουμε υπόψη μας πως η συσκευασία των δύο λίτρων, έστω και αν δεν χωράει στην πόρτα, επειδή θα τοποθετηθεί αλλού θα αντέξει περισσότερο και επειδή είναι και οικονομικότερη έπεται πως θα συμφέρει περισσότερο.

• Στα ελληνικά οικογενειακά ψυγεία βρέθηκε ότι ο μέσος όρος θερμοκρασίας είναι στην πλειονότητά τους 6-10 βαθμούς Κελσίου. 10; Χμμ, δείτε και το παρακάτω...

• Ενα κύτταρο του παθογόνου για τον άνθρωπο μικροοργανισμού Listeria μπορεί έπειτα από 10 ημέρες συντήρησης σε ένα ψυγείο με θερμοκρασία 4 βαθμών Κελσίου να φτάσει τα 100 κύτταρα ενώ σε ένα ψυγείο με θερμοκρασία 10 βαθμών Κελσίου τα 10.000.000 κύτταρα. Δεδομένου ότι ένα κρούσμα λιστερίωσης απαιτεί την κατανάλωση ενός συγκεκριμένου αριθμού κυττάρων του παθογόνου οργανισμού (περίπου 1.000.000 κύτταρα για μη ευαίσθητους πληθυσμούς), στην παραπάνω περίπτωση (ακόμα δηλαδή και αν η συσκευασία του τροφίμου που αγοράσαμε περιείχε το παθογόνο), ο σωστός έλεγχος της θερμοκρασίας του ψυγείου μας θα μας έσωζε από μια τροφοδηλητηρίαση που πιθανόν να είχε πολύ σοβαρές συνέπειες για την υγεία μας και την υγεία της οικογένειάς μας.

«Ταξίδι» σε μια... γόνδολα
Στη Δυτική Ολλανδία, μπροστά σε μια απέραντη αμμουδιά και στις υπόλοιπες πλευρές να περιβάλλεται από εκτεταμένους αγρούς όπου καλλιεργούνται τουλίπες, βρίσκεται η πόλη Noordwijk. Με 25.000 κατοίκους, εκτός από ωραίους περιπάτους προσφέρει και τη δυνατότητα σε ερευνητικές ομάδες να χρησιμοποιήσουν τις εγκαταστάσεις της Ευρωπαϊκής Επιτροπής Διαστήματος (ESA) στο European Space Research and Technology Centre (ESTEC), όπου βρίσκεται εγκατεστημένο το μηχάνημα δημιουργίας τεχνητής υπερβαρύτητας, ο Large Diameter Centrifuge (LDC). Ο φυγοκεντρητής αυτός αποτελείται από τέσσερα κιβώτια, τις λεγόμενες «γόνδολες», που μπορούν να στρέφονται σε ακτίνα οκτώ μέτρων από τον κεντρικό άξονα και έχουν διαστάσεις 50Χ50Χ72 cm³ η καθεμία. Για κάθε γόνδολα υπάρχει ηλεκτρική σύνδεση, usb υποδοχές, δυνατότητα εφοδιασμού με αέριο και νερό, σύνδεση με υπολογιστή. Η ταχύτητα περιστροφής καθορίζει τη δύναμη αδρανείας που θα δέχεται κάθε αντικείμενο μέσα στη γόνδολα, προσομοιάζοντας τις συνθήκες υπερ-βαρύτητας μέσα στη γόνδολα. Μπορούν να επιτευχθούν επιταχύνσεις από 2 ως και 20 φορές μεγαλύτερες από την επιτάχυνση εδώ στη Γη ενώ η περιστροφή μπορεί να γίνεται συνεχώς, ακόμη και για διάστημα 6 μηνών (αν και ως τώρα δεν υπήρξε πείραμα με τέτοιες απαιτήσεις). Στην παρακάτω ηλεκτρονική διεύθυνση, για όποιον ενδιαφέρεται, βρίσκεται ο οδηγός λειτουργίας της όλης εγκατάστασης (esamultimedia.esa.int/docs/edu/LDCExperimenterUserManual-v2r2.pdf)

ΑΝΑΔΗΜΟΣΙΕΥΣΗ ΑΠΟ ΤΟ ΒΗΜΑ 1/12/2015