Det mikrobielle mangfoldet i norsk osteproduksjon

Cyril Frantzen

• Alder: 34 år
• Tittel på oppgave: The microbial diversity of mesophilic starter cultures used in cheese production / Den mikrobielle diversiteten i mesofile starterkulturer anvendt i osteproduksjon
• Sted: Norges Miljø- og Biovitenskapelige Universitet, Ås
• Veiledere: Professor Helge Holo (ph.d.), Førsteamanuensis Hilde Marit Østlie (ph.d.), Dr. Hans Petter Kleppen (ph.d.)
• Dato for disputas: 19. des 2017
• Utdanning: Bioingeniør (2011), MSc Bioteknologi (2013)
• Nåværende arbeidssted: ACD Pharmaceuticals

I årtusener har mennesker utnyttet melkesyrebakterier til å konservere mat via fermentering. En essensiell ingrediens i moderne produksjon av gulost er starterkulturene, som oftest såkalt udefinerte mesofile blandingskulturer som inneholder et ukjent antall forskjellige Lactococcus lactis og Leuconostoc-stammer.

Den hyppigste årsaken til produksjonsfeil, er bakteriofager som angriper Lactococcus lactis i forsuringsprosessen, et kritisk steg i osteproduksjonen. Bakteriofager er virus som infiserer og repliserer i bakterieceller. Disse er spesialister på å gjenkjenne og infisere sin bakterievert. Som oftest resulterer dette i at bakterieverten nærmest blir utslettet.

Disse egenskapene kan også utnyttes medisinsk og kan være en strategi i kampen mot multiresistente bakterier i fremtiden. I denne doktorgraden har det mikrobielle mangfoldet i starterkulturer og meieriprøver fra tre ulike store norske ysterier blitt undersøkt ved hjelp av molekylære og DNA-sekvenseringsbaserte metoder.

Hvorfor ble studien gjennomført?

I produksjonen av norsk ost bruker vi melkesyrebakteriene Lactococcus lactis og Leuconostoc til å lage ost av melk. Bakteriofager som infiserer produksjonsanleggene kan forstyrre fermenteringsprosessen og medføre kvalitetsendringer, i verste fall produksjonssvikt.

Starterkulturene er antatt å inneholde et høyt antall forskjellige bakteriestammer, men det har hittil vært ukjent hvor mange forskjellige, eller hvordan mangfoldet varierer mellom forskjellige kulturer.

For å få bedre kontroll over produksjonsprosessen og for å hindre at bakteriofaginfeksjoner kan forstyrre eller forringe norsk matproduksjon, er det viktig med kunnskap om det mikrobielle mangfoldet i starterkulturer og dypere innsikt i det dynamiske samspillet mellom bakterie og virus.

Hvilke metoder ble brukt og hvorfor?

Et stort antall bakterier og bakteriofager ble isolert fra starterkulturer og norske meieriprøver.
Ved å helgenomsekvensere en mengde isolater og sammenligne disse i en såkalt pangenom-analyse, som beskriver og sammenligner alt av genetisk innhold, kan man skille mellom mikroorganismer helt ned til hver enkelt stamme og beskrive forskjeller og likheter mellom dem.

Pangenom-analysen ble brukt som utgangspunkt for å utvikle kultiveringsuavhengige analysemetoder. Slike verktøy er viktige å utvikle, på grunn av flere begrensninger med kultivering av bakterier i laboratoriet.

Gjennom å bearbeide pangenomet, oppdaget jeg gener som kunne brukes for å identifisere bakteriene i prøver og samtidig skille stammene fra hverandre. Dette var genet epsD i Lactococcus lactis-stammer, som koder for ekstracellulære polysakkarider, og genet eno i Leuconostoc-stammer, som koder for pyruvate enolase, et viktig enzym i sentralmetabolismen. Disse genene ble brukt som målsekvens i en amplicon sekvenseringsanalyse for å kartlegge antallet og den fylogenetiske diversiteten av bakterier i starterkulturer og meieriprøver.

Hvilken betydning kan denne forskningen ha?

Bakteriofager, naturlige bakteriedrepere, kan utnyttes i klinisk sammenheng. Bakteriofag-terapi er et hett tema innenfor fremtidens antimikrobielle muligheter, i kampen mot multiresistens. I fremtiden kan bakteriofager som infiserer og dreper kliniske isolater, være like naturlig å bruke som dagens antimikrobielle preparater.

Økt kunnskap om bakterier og bakteriofagene som infiserer dem er viktig, også innenfor medisinsk mikrobiologi. Særlig viktig er det å utvikle gode metoder, slik at en kan identifisere og skille mellom bakteriestammene. DNA-sekvenseringsmetoder blir stadig billigere, raskere og enklere å utføre, og de øker i popularitet for hvert år. Disse vil nok være godt integrert i nesten alle mikrobiologiske laboratorier i fremtiden. For bioingeniørfaget, vil kunnskap om DNA-sekvenseringsmetoder og databehandling være viktig.