Influence of temperature, DNA degrading enzymes and staphylococcal culture supernatant on biofilm formation by Listeria monocytogenes on abiotic surface

A listeriose é uma infecção rara e grave, transmitida principalmente por alimentos. É causada pela bactéria Listeria monocytogenes e acomete principalmente mulheres grávidas e pessoas comprometidas imunologicamente. Este patógeno é reconhecido como um problema para as indústrias de alimentos devido à sua capacidade em formar biofilmes. Os biofilmes são comunidades microbianas aderidas a superfícies bióticas ou abióticas embebidas em uma matriz de polímeros extracelulares produzidos pelas próprias células. Estas estruturas são resistentes a procedimentos de higienização e desinfecção, contribuindo para a persistência de L. monocytogenes em ambientes processadores de alimentos. Desta forma, há grande interesse em estratégias para prevenir a formação de biofilmes por L. monocytogenes. No presente trabalho foi investigada a formação de biofilmes por L. monocytogenes em superfície abiótica, sob diferentes temperaturas, na presença de enzimas degradantes de DNA (DNAses) e na presença de sobrenadante de cultura de estafilococos com e sem atividade de DNAse termoestável (termonuclease). Foram utilizadas técnicas de cultivo e de microscopia e os resultados demonstraram que L. monocytogenes aderiu à superfície de aço inoxidável, em média 105-106 UFC/cm2. A temperatura de incubação influenciou na adesão de L. monocytogenes à superfície de aço inoxidável, mas outros fatores em conjunto, como a cepa bacteriana e o tipo de sistema de cultivo utilizado, também podem ter contribuído para os resultados observados. Por microscopia de fluorescência foi constatada a formação de biofilmes maduros por L. monocytogenes, contendo canais provavelmente envolvidos em fluxo de nutrientes e também, cavidades características de dispersão celular. A mesma técnica permitiu constatar um predomínio de células metabolicamente ativas envoltas por matriz extracelular polimérica contendo DNA extracelular (DNAe), coradas por laranja de acridina. Por microscopia confocal a laser, foram observadas microcôlonias contendo DNAe e foram visualizadas também camadas homogêneas pouco espessas de células viáveis, coradas por SYTO9 e DDAO. O DNAe foi observado ainda em locais sem células, característicos de dispersão celular. O sobrenadante de cultura de S. aureus com atividade de termonuclease inibiu L. monocytogenes livre no meio de cultura e interferiu na formação de biofilme por este patógeno por até 24h a 37ºC. As DNAses comerciais não interferiram na formação de biofilme por L. monocytogenes, indicando ser improvável a ação da termonuclease de S. aureus na inibição da forma planctônica ou séssil de L. monocytogenes. Foi constatada a produção de uma proteína termoestável por S. aureus, capaz de inibir L. monocytogenes em teste de antagonismo em ágar, mas estudos posteriores são necessários para a completa caracterização de tal substância inibitória.Listeriosis is a rare and serious mainly food-borne infection. It is caused by the bacterium Listeria monocytogenes that primarily affects pregnant women and immunologically compromised individuals. This pathogen is recognized as a problem for the food industry due to its ability to form biofilms. Biofilms are microbial communities adhered to biotic or abiotic surfaces embebed by self produced extracellular polymers. These structures are resistant to cleaning and disinfection procedures, allowing the survival and persistence of L. monocytogenes in food processing environments. Thus, several strategies have been adopted to prevent and control the formation of biofilms on food contact surfaces. The present study investigated biofilm formation by L. monocytogenes on abiotic surface at different temperatures, in the presence of DNA degrading enzymes (DNAses) and in the presence of culture supernatant with and without staphylococcal thermonuclease activity. For this purpose, we used culture techniques and microscopy. The results showed that L. monocytogenes was able to adhere on stainless steel surface on average 105-106 CFU per cm2. The different incubation temperatures affected the adhesion of L. monocytogenes on stainless steel surface, although other factors in combination were also involved, such as the bacterial strain and the type of system used for assay. By fluorescence microscopy, we noticed the formation of mature biofilms by L. monocytogenes, with channels likely involved in flow of nutrients and holes typical of cell dispersion. Furthermore, we found a predominance of metabolically active cells surrounded by extracellular matrix polymer containing extracellular DNA (eDNA) stained with acridin orange. By laser confocal microscopy, we observed the formation of microcolonies containing eDNA and homogeneous thin layer of viable cells stained with SYTO 9 and DDAO. The eDNA was also observed in locations with absence of cells characteristics of cell dispersion. The culture supernatant of S. aureus with thermonuclease activity was able to inhibit L. monocytogenes free on culture medium and interfered with the formation of biofilm by the pathogen for up to 24h at 37°C. The commercial DNAses did not affect biofilm formation by L. monocytogenes, possibly excluding the action of thermonuclease of S. aureus on the inhibition of planktonic or sessile forms of L. monocytogenes. It has been found a production of a thermostable protein by S. aureus and it was able to inhibit L. monocytogenes in agar antagonism assays but further studies are needed to characterize such inhibitory substance