Diploma thesis - University of Veterinary Medicine Vienna - 2020

Diplomarbeit - Veterinärmedizinische Universität Wien - 2020

Bacterial biofilms are mergers of single and/or mixed species bacteria, embedded in a self-produced matrix of extracellular polymeric substances. Wet surfaces and nutrient-rich environments are commonly found in food-processing plants and provide good conditions for bacterial colonisation and potential biofilm formation. Bacteria in a biofilm may benefit from emerging properties, e.g. high tolerance to antimicrobial agents. Thus, biofilm formation in food-processing environments constitute a high hygienic risk; possible consequences are food contamination and spoilage. This study examined three bacterial isolates isolated in a meat-processing plant on their ability to form biofilms. For this, the bacterial isolates, namely Microbacterium ssp., Acinetobacter harbinensis and Lactococcus piscium were cultivated in static, mono-species biofilm models under conditions mimicking food-processing environments. After a seven-day long cultivation the samples the bacterial load and the presence of the three major EPS-matrix components (protein, eDNA and carbohydrates) were determined. All three isolates showed a high bacterial load; eDNA and carbohydrates were determined in biofilms of all three bacterial isolates. However, proteins were only detected in biofilm samples of Microbacterium ssp. and Lactococcus piscium. Furthermore, the swarming, swimming and twitching motility was analysed. Overall Lactococcus piscium showed a lower motility compared to Microbacterium ssp. and Acinetobacter harbinensis. Considering previous studies on biofilm detection, the decisive criteria in the present study for a biofilm positive sample are the presence of cultivable bacteria and at least two matrix components in the sample. Thus, the study concluded that all three isolates are capable of biofilm formation. Furthermore, the study tested and determined the isolates’ swimming, swarming and twitching motility ability. Thus, the study provides further knowledge on biofilm formation in the food industry.

Biofilme sind Einzel- und/oder Mischpopulationen von Mikroorganismen, die in einer selbst produzierten Matrix aus extrazellulären polymeren Substanzen eingebettet liegen. In Lebensmittelbetrieben bieten feuchte Oberflächen und nährstoffreiche Umgebungen optimale Bedingungen für bakterielle Besiedelung und mögliche Biofilmbildung. Enger, biofilmbedingter Zellkontakt und der besondere Aufbau der Matrix verschaffen den Bakterien Vorteile für ihr Überleben. Ein Beispiel dafür ist die oftmals hohe Toleranz gegenüber antimikrobiellen Wirkstoffen. Für die Lebensmittelindustrie stellen Biofilme ein großes hygienisches Risiko dar – Folgen sind bakterielle Kontamination und Verderb von Lebensmitteln. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mich mit der Entstehung und Bedeutung von bakteriellen Biofilmen in der Lebensmittelindustrie. Weiters wurden drei aus einem Lebensmittelbetrieb isolierte Bakterienisolate - Microbacterium ssp., Acinetobacter harbinensis und Lactococcus piscium auf deren Fortbewegungs- und Biofilmbildungsvermögen untersucht (Wagner et al. 2020). Die Bakterien wurden hierfür in statischen Einzel-Spezies Biofilmmodellen kultiviert. Nach sieben Tagen wurden die Anzahl der Bakterien im Biofilm und das Vorhandensein der drei wichtigsten EPS-Matrix Bestandteile (Proteine, eDNA und Kohlenhydrate) analysiert. Die Untersuchungen zeigten hohe Bakteriendichte in allen Biofilmen. eDNA und Kohlenhydrate konnten in Biofilmen von allen drei Bakterienisolaten nachgewiesen werden; Proteine jedoch nur in den Biofilmen von Microbacterium ssp. und Lactococcus piscium. Die vorliegende Studie konnte folglich zeigen, dass alle drei Isolate Biofilme bilden können. Des Weiteren wurden die Bakterien in Versuchen zu ihrer Motilität (schwimmen, schwärmen und twitching) näher untersucht. Alle drei Isolate zeigten Motilität, jedoch zeigte Lactococcus piscium ein geringeres Fortbewegungsvermögen als Microbacterium ssp. und Acinetobacter harbinensis. Die vorliegende Arbeit trägt daher einen kleinen Beitrag zum Verständnis und Wissen über bakteriellen Biofilm bei.

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