Leuconostoc spoilage of refrigerated, packaged foods

Leuconostoc spp. are lactic acid bacteria (LAB) implicated in food spoilage, especially on refrigerated, modified atmosphere packaged (MAP) meats. The overall aim of this thesis was to learn more about Leuconostoc spp. as food spoilage organisms with a focus on commercial products where LAB spoilage is considered a problem and the main factor limiting shelf-life. Therefore, we aimed to identify Leuconostoc spp. involved in food spoilage, as well as to characterise the spoilage reactions they caused and their contamination sources during poultry meat processing. In addition, we examined the distribution of strains of Leuconostoc gasicomitatum in different food commodities. Finally, we analysed the genome content of L. gasicomitatum LMG 18811 with a special focus on metabolic pathways related to food spoilage. The findings show that Leuconostoc gelidum and L.gasicomitatum were responsible for the discoloration and off-odours developed in beef steaks. Together with Leuconostoc mesenteroides, these Leuconostoc spp., also cause spoilage of vegetable sausages. In contrast, we showed that Leuconostoc spp. are not important for the shelf-life or quality of non-marinated broiler products although, in marinated broiler fillet products, Leuconostoc spp., L.gasicomitatum in particular, are considered spoilage organisms. Furthermore, the findings of the contamination survey we carried out in a poultry processing plant indicated that spoilage Leuconostoc spp. are derived from the processing environment rather than from the broilers, and that air movement distributes psychrotrophic spoilage LAB, including leuconostocs, and has an important role in meat contamination during poultry processing. Pulsed-field gel electrophoresis (PFGE) based genotyping of L. gasicomitatum strains demonstrated that certain genotypes are common in various meat products. In contrast, genotypes associated with meat were not recovered in vegetable-based sources. This suggests that these two food categories either become contaminated with, or favour the growth of different genotypes. Furthermore, the results indicated that the meat processing environment contributes to L. gasicomitatum contamination as certain genotypes were repeatedly identified from products of the same processing plant. Finally, the sequenced and annotated genome of L.gasicomitatum LMG 18811 allowed us to identify the metabolic pathways and reactions resulting in food spoilage.

Immunomodulatory effects of probiotic bacteria in healthy adults

Probiooteilla kantakohtaisia vaikutuksia ihmisen immuunijärjestelmään terveillä aikuisilla Probiooteilla on kantakohtaisia tulehduksen välittäjäaineita vähentäviä vaikutuksia ja probioottien yhdistelmien vaikutukset eroavat yksittäisten kantojen vaikutuksista selviää TtM Riina Kekkosen tuoreesta väitöstutkimuksesta. TtM Riina Kekkonen on selvittänyt väitöskirjassaan eri probioottikantojen vaikutuksia immuunivasteeseen valkosolumallissa sekä terveillä aikuisilla lumekontrolloiduissa kliinisissä tutkimuksissa. Aikaisemmin probioottien vaikutuksia on tutkittu lähinnä allergian ja erilaisten vatsavaivojen ehkäisyssä ja hoidossa. Probiootteja sisältäviä tuotteita käyttävät kuluttajat ovat kuitenkin useimmiten terveitä aikuisia, ja probioottien vaikutus terveiden aikuisten immuunijärjestelmään on ollut puutteellisesti selvitettyä. Valkosolumallissa probioottikantojen havaittiin poikkeavan toisistaan niiden kyvyssä aktivoida immuunivasteen välittäjäaineiden, sytokiinien, tuotantoa. Anti-inflammatorisia, eli tulehdusta lievittäviä vaikutuksia nähtiin lähinnä Bifidobacterium ja Propionibacterium sukuihin kuuluvilla kannoilla. Streptococcus ja Leuconostoc sukuihin kuuluvat kannat puolestaan aktivoivat Th1 tyyppistä, soluvälitteistä immuunivastetta. Eri probioottien kombinaatiot eivät saaneet aikaan voimakkaampaa aktivaatiota yksittäisiin kantoihin verrattuna, joka viittaa probioottien keskinäiseen kilpailuun niiden ollessa kontaktissa ihmisen solujen kanssa. Probioottikantojen valinta kliinisiin tutkimuksiin tehtiin niiden anti-inflammatoristen ominaisuuksien perusteella. Parhaita anti-inflammatorisia kantoja olivat B. lactis ssp. animalis Bb12 ja P. freudenreichii ssp. shermanii JS, joiden lisäksi tutkimuksiin valittiin myös L. rhamnosus GG (LGG) hyvin tutkittuna referenssikantana. Solutöiden tulokset eivät olleet täysin verrannollisia kliinisen työn tuloksiin, koska LGG näytti omaavan parhaat anti-inflammatoriset ominaisuudet kliinisissä tutkimuksissa vaikka solutyössä sen aikaansaamat vasteet olivat melko vaimeita. Kolmen viikon kliinisessä tutkimuksessa terveillä aikuisilla LGG alensi mm. tulehdusta kuvaavan C-reaktiivisen proteiinin ja inflammatoristen sytokiinien määrää. Pidemmässä kolmen kuukauden pituisessa kliinisessä tutkimuksessa LGG:llä ei ollut vaikutusta terveiden aikuisten infektiosairastavuuteen, mutta LGG lyhensi vatsavaivojen kestoa. Probioottien vaikutukset immuunijärjestelmään näyttävät olevan kantakohtaisia ja erityisesti Lactobacillus rhamnosus GG:llä havaittiin anti-inflammatorisia vaikutuksia. Valkosolumallia ei tulisi käyttää ainoana probioottikantojen skriinausmenetelmänä niiden immunologisia vaikutuksia selvitettäessä, koska solutöiden tulokset eivät olleet täysin verrannollisia kliinisten tutkimusten tuloksiin. Sen sijaan veren perifeeristen lymfosyyttien eristäminen ja niiden aktivoitumisen selvittäminen lyhytaikaisessa kliinisessä tutkimuksessa voisi toimia suhteellisen helppona skiinausmenetelmänä.

Äidinmaito - terveysjuomaa ja normaalibakteereita

The chemical composition of breast milk has been studied in detail in the past decades. Hundreds of new antibacterial and antiviral components have been found. Several molecules have been found to promote the proper function of neonatal intestine. However, microbiological studies of breast milk have been, until recently, focused mainly on detecting harmful and pathogenic bacteria and viruses. Natural microbial diversity of human milk has not been widely studied before the work reported in this thesis. This is mainly because breast milk has traditionally been thought to be sterile - even if a certain amount of commensal bacteria have usually been detected in milk samples. The first part of this licentiate thesis contains a short literature review about the anatomy and physiology of breast feeding, human milk chemical and microbiological composition, mastitis, intestinal flora and bacteriocins. The second part reports on the experiments of the licentiate work, concentrating on the microbial diversity in the milk of healthy breast-feeding mothers, and the ability of these bacteria to produce antibacterial substances against pathogenic bacteria. The results indicate that human milk is a source of commensal bacteria for infant intestine. 509 random isolates from 40 breast milk samples were isolated and identified by 16S rRNA sequencing. Median bacterial count was about 600 colony forming units per milliliter. Over half of the isolates were staphylococci, and almost one third streptococci. The most common species were skin bacteria Staphylococcus epidermidis and oral bacteria Streptococcus salivarius and Streptococcus mitis. Lactic acid bacteria, identified as members of Lactobacillus-, Lactococcus- and Leuconostoc -genera, were found in five milk samples. Enterococci were found in three samples. A novel finding in this study is the capability of these commensal bacteria to inhibit the growth of pathogens. In 90 precent of the milk samples commensal bacteria inhibiting the growth of Staphylococcus aureus were found. In 40 precent of samples the colonies could block the growth completely. One fifth of the isolated Staph. epidermidis strains, half of Str. salivarius strains, and all lactic acid bacteria and enterococci could inhibit or block the growth of Staph. aureus. In further study also Listeria innocua- and Micrococcus luteus active isolates were found in 33 and 11 precent of milk samples (out of 140). Furthermore, two Lactococcus lactis isolates from the breast milk were shown to produce bacteriocin nisin, which is an antimicrobial molecule used as a food preservative. The importance of these human milk commensal bacteria in the development of newborn intestinal flora and immune system, as well as in preventing maternal breast infections, should be further explored.

Viilin varahapatteen kehittäminen

Kirjallisuuskatsauksessa käsiteltiin viiliä hapanmaitotuotteena, viilin arviointimenetelmiä sekä viilihapatteissa käytettyjen hapatekantojen vaikutuksia maidossa ja niiden vuorovaikutuksia toisiinsa. Lisäksi pohdittiin viilihapatteiden bakteriofaageja, niiden ehkäisyä sekä solunsisäisiä että -ulkoisia faagiresistenssimekanismeja. Kokeellisessa osassa tutkittiin, onko nykyisten tuotantohapatteiden koostaminen yksittäiskannoista mahdollista, sekä koostettiin uusista Lactococcus lactis ssp. cremoris -kannoista varahapate. Hapatteiden käyttökelpoisuutta tutkittiin rakennemittauksin ja aistinvaraisin menetelmin. Varahapatteen faagikestävyyttä testattiin valmistamalla viiliä ja infektoimalla viilit faaginäytteillä. Hapatekannat viljeltiin fermentorissa, konsentroitiin sentrifugoimalla ja pakastettiin –75 °C:ssa. Hapatteet koostettiin noin 1 päivä ennen viilin valmistusta. Viilit arvioitiin aistinvaraisesti 3–6 hengen ryhmässä ja viileille tehtiin rakennemittaukset (kiinteys, sakeus ja koossapysyvyys) sekä kemialliset analyysit. Aistinvaraisen arvioinnin tulokset käsiteltiin tilastollisesti ja tulosten perusteella tehtiin uudet kantakombinaatiot ja viilit. Tuotantohapatekannoilla valmistetut viilit arvioitiin kolmitestillä (n = 10–11) ja uusilla kannoilla valmistetut viilit arvioitiin profiilitestillä (n = 8). Lisäksi viileille tehtiin rakennemittaukset ja kemialliset analyysit. Varahapatekoosteilla valmistettujen viilien pH laski 4,5:een faagin läsnäollessa 0–10 tunnin viiveellä verrattuna faagivapaisiin viileihin, kun taas tuotantohapatteet eivät hapantuneet faagin läsnäollessa. Aromintuottajat eivät kasvaneet viileissä kunnolla, kun hapate koostettiin yksittäiskannoista. Kolmitestissä ei erotettu nykyisillä tuotantohapatteilla valmistettua viiliä yksittäin koostetusta hapatteesta, eli hapatteita on mahdollista koostaa yksittäiskannoista. Varahapatteilla koostetut viilit poikkesivat profiilitestissä tuotantohapatteella koostetusta viilistä ulkonäkö- ja rakenneominaisuuksiltaan. Makuominaisuuksien suhteen ei viilien välille saatu eroa.