I batteriofagi nell'industria alimentare: applicazioni al settore lattiero-caseario

Bacteriophages, or phages, are viruses which infect prokaryotic cells. Phages are the most abundant biological entities on our planet and are harmless to all eukaryotic organisms. In the first years after their discovery, phages were tested as tools in controlling bacterial infections, but further developments of their use suffered a decline due to the discovery of antibiotics. However, thanks to their effectiveness to reduce bacterial populations, applications of phages have been proposed also in food industry as the use of lytic bacteriophages for the control of microbial pathogens in raw materials and products. In primary animal production, as an example, the use of phages could be adopted both for the prevention and treatment of bacterial pathogenic infections and for the sanitation of animals before slaughter. In the context of industrial processes, some studies suggest the effectiveness of the use of phages in the sanitization of industrial systems (to eliminate, control and prevent the formation of biofilms on the surface of industrial equipment), in the control of contamination by microorganisms in food and in their preservation (bacteriophages could be added directly into finished food products with the aim to extend the shelf life of the food, limiting the proliferation of pathogens or spoilage). The dairy industry is one of the most important sectors in the food production. Indeed, in this field, raw materials and derivative products, if contaminated by pathogenic bacteria, can become a serious threat to human health. The presence of bacteria in dairy industry systems can derive both from products and from the processing environments and it is mainly linked to poor hygienic conditions, inadequate handling practices, incorrect heat treatments, changes in temperature and/or cross-contamination. In the microbial control of dairy products, the usefulness to use different phages has been shown to prevent the growth of Staphylococcus aureus, Listeria monocytogenes, Salmonella enterica serovar Enteritidis in pasteurized milk and pathogenic strains of Escherichia coli during milk fermentation. In this field, in addition to lytic bacteriophages, the use of phage-derived lytic enzymes was also considered and evaluated. Hygienic practices and antibiotics are tools used to reduce the spread of pathogenic bacteria, but in recent years, due to the phenomenon of antibiotics resistance, there is an urgent need to find alternative forms of control of pathogenic bacteria. In this contest, phages represent a potential alternative strategy for microbial control in food industry that could induce a significant reduction in the use of antibiotics and therefore alleviate the impact of antibiotic resistance on humans and animals.

I batteriofagi o fagi sono dei virus che infettano le cellule procariote. I fagi sono le entità biologiche più abbondanti sul nostro pianeta e sono innocue per tutti gli organismi eucarioti. Già nei primi anni dalla loro scoperta, i fagi furono considerati e valutati nella lotta alle infezioni batteriche, ma la ricerca sul loro possibile utilizzo subì un declino a seguito della scoperta degli antibiotici. Vista la loro efficacia nel ridurre le popolazioni batteriche, anche nell'industria alimentare sono state proposte applicazioni che impiegano i batteriofagi litici per il controllo dei patogeni microbici nelle materie prime e nei prodotti. Nella produzione primaria animale, l'utilizzo dei fagi può essere adottato sia per la prevenzione e il trattamento delle infezioni da patogeni batterici, sia per la sanificazione degli animali prima della macellazione. Nell'ambito dei processi industriali, alcuni studi suggeriscono l'efficacia dell'uso dei fagi nella sanitizzazione degli impianti (per eliminare, controllare e prevenire la formazione di biofilm sulla superficie delle attrezzate industriali), nel controllo della contaminazione da microrganismi negli alimenti e nella loro conservazione (i batteriofagi potrebbero essere inseriti direttamente all'interno dei prodotti alimentari finiti con lo scopo di estendere la vita commerciale dell'alimento, limitando la proliferazione di agenti patogeni o di spoilage). Nell'ambito dell'industria lattiero-casearia, che rappresenta uno dei più importanti settori del campo agroalimentare, le materie prime e i prodotti derivati, se contaminati da batteri patogeni, possono diventare una grave minaccia per la salute umana. La presenza dei batteri negli impianti dell'industria lattiero-casearia può derivare sia dai prodotti, sia dagli ambienti di lavorazione ed è principalmente legata a scarse condizioni igieniche dei locali e degli operatori, a pratiche di manipolazione non adeguate, a trattamenti termici scorretti, a variazioni di temperatura e/o contaminazione crociata. Nel controllo microbico dei prodotti lattiero-caseari, si è dimostrata l'utilità dell'utilizzo di diversi fagi per prevenire la crescita di patogeni quali Staphylococcus aureus, Listeria monocytogenes, e Salmonella enterica serovar Enteritidis nel latte pastorizzato e di ceppi di Escherichia coli patogeni durante la fermentazione del latte. In questo settore, oltre all'impiego di batteriofagi litici è stata considerata anche l'applicazione di enzimi di origine fagica. Le pratiche igieniche e l'uso di antibiotici sono strumenti comunemente usati per ridurre la diffusione dei batteri patogeni nell'industria alimentare, ma con l'aumento del fenomeno di antibiotico-resistenza negli ultimi anni, si è ravvisata la necessità di verificare la possibilità di forme alternative per il controllo dei patogeni. Per le loro caratteristiche, i fagi rappresentano quindi una potenziale strategia alternativa per il controllo microbico che potrebbe determinare una riduzione significativa dell'uso degli antibiotici, e quindi alleviare l'impatto dell'antibiotico-resistenza sulle società umane e sugli animali.