1 ΜΙΚΡΟΒΙΟΛΟΓΙΑ ΚΑΙ ΥΓΙΕΙΝΗ ΤΡΟΦΙΜΩΝ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ 1η: ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η ΒΙΟΠΟΙΚΙΛΟΤΗΤΑ ΤΩΝ ΜΙΚΡΟΟΡΓΑΝΙΣΜΩΝ

2 ΕΙΣΑΓΩΓΗ

3 ΕΙΣΑΓΩΓH ΣΤΗ ΜΙΚΡΟΒΙΟΛΟΓΙΑ, ΙΣΤΟΡΙΑ ΚΑΙ ΣΚΟΠΟΣ Μικροβιολογία: Κατά την ευρεία έννοια του όρου, μικροβιολογία είναι η μελέτη όλων των οργανισμών που είναι αόρατοι με γυμνό μάτι (μικροοργανισμοί). Τα αντικείμενα της είναι τα βακτήρια, οι μύκητες, τα πρωτόζωα και οι ιοί. Ορισμένοι μικροοργανισμοί είναι απαραίτητοι για την παραγωγή του ψωμιού, τυριού, μπύρας, αντιβιοτικά, εμβολίων, βιταμινών, ενζύμων, κλπ. Η σύγχρονη βιοτεχνολογία στηρίζεται σε μικροβιολο- γικές βάσεις (ανασυνδυασμός του DNA σε μικρόβια «πειραματόζωα»).

4

5 ΜΙΚΡΟΟΡΓΑΝΙΣΜΟΙ Οι μικροοργανισμοί είναι παντού. Σχεδόν σε κάθε επιφάνεια υπάρχουν αποικίες από μικρόβια, από το ανθρώπινο σώμα έως τον ωκεανό. Ορισμένοι μικροοργανισμοί μπορούν να ζήσουν σε θερμές πηγές, και άλλοι στον θαλάσσιο πάγο. Οι περισσότεροι μικροοργανισμοί είναι ακίνδυνοι για τον άνθρωπο. Μπορείτε να καταπιείτε εκατομμύρια μικρόβια καθημερινά με την τροφή, χωρίς αρνητικές συνέπειες. Σε ορισμένα ζώα βοηθούν την πέψη των τροφών, μηρυκαστικά, κουνέλια κλπ.

6 ΜΙΚΡΟΟΡΓΑΝΙΣΜΟΙ Μικρόβια διαθέτει η βιόσφαιρα για την εκτέλεση βασικών λειτουργιών, όπως η αποσύνθεση των νεκρών οργανισμών, η διεξαγωγή των κύκλων του άνθρακα, του οξυγόνου, του αζώτου, του θείου κλπ., που εξελίσσονται σε όλα τα χερσαία και υδάτινα συστήματα. Μικροοργανισμοί έχουν προσβάλλει και «σκοτώσει» τον άνθρωπο αρκετές φορές στην ιστορία του: χολέρα, πανώλη, γρίπη κλπ.

7 ΙΣΤΟΡΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Μερικές φορές προκαλούν ασθένειες σε ανθρώπους, ζώα και φυτά. Συμμετέχουν επίσης στην αλλοίωση και καταστροφή των τροφίμων. Οι μολυσματικές ασθένειες έχουν διαδραματίσει ρόλο στη διαμόρφωση της ανθρώπινης ιστορίας (πτώση Ρωμαϊκής Αυτοκρατορίας & κατάκτηση Νέου Κόσμου). Η "Μεγάλη μάστιγα", που ήταν η πανώλη, προκάλεσε μείωση του πληθυσμού της Δυτικής Ευρώπης κατά 25% το Μεσαίωνα.

8 ΙΣΤΟΡΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Η ευλογιά και άλλες μολυσματικές ασθένειες που εισήχθησαν από την Ευρωπαϊκή ήπειρο από εξερευνητές στην Αμερική το 1500 (π.χ. σύφιλη) ήταν υπεύθυνες για την εξολόθρευση των τοπικών πληθυσμών. Μέχρι τα τέλη του 1800, κανείς δεν είχε κατανοήσει ότι οι μολυσματικές ασθένειες προκαλούνται από συγκεκριμένα μικρόβια. Ο Antony van Leewenhoek ( ) επινόησε το πρώτο μικροσκόπιο (50-300x), και πρώτος περίγραψε τους μικροοργανισμούς.

9

10 Σύγχρονα οπτικά μικροσκόπια

11 Μικροσκόπηση μικροβίων

12 «ΤΥΧΑΙΑ ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ» ΜΙΚΡΟΟΡΓΑΝΙΣΜΩΝ Παλαιά αντίληψη περί τυχαίας δημιουργίας κατά την αποσύνθεση της ύλης. Ο ρόλος των Redi, Needham, Spallanzani (κλασσικό πείραμα που απέρριψε την «αυτογένεση»). Ο Louis Pasteur ( ) και το πείραμα με τις φλάσκες.

13 Τα πειράματα με τις φλάσκες

14 Η απόρριψη της αυτογένεσης

15 ΜΙΚΡΟΟΡΓΑΝΙΣΜΟΙ ΚΑΙ ΑΣΘΕΝΕΙΑ Ο Bassi έδειξε ότι οι μικροοργανισμοί μπορούν να προσβάλλουν όλους τους οργανισμούς. Ο Berkeley και ο Pasteur τους συνέδεσαν με συγκεκριμένες ασθένειες. Ο Joseph Lister, Άγγλος χειρουργός ανέπτυξε συστήματα απολύμανσης στη χειρουργική (αντισηψία, βρασμός). Ο Robert Koch (1843 – 1910) απέδειξε τη σχέση μεταξύ του Bacillus anthracis και της ασθένειας του άνθρακα, ενώ απομόνωσε και το βάκιλο της φυματίωσης. Ο Charles Chamberland ( ) ανακάλυψε τους ιούς (ηθμοί πορεσελάνης) και το ρόλο τους στην ασθένεια.

16 Ο ΡΟΛΟΣ ΤΟΥ R. KOCH Οι «αρχές του Koch»: Οι μικροοργανισμοί πρέπει να είναι παρόντες σε κάθε περίπτωση της συγκεκριμένης νόσου και απόντες από υγιή άτομα (υγιείς φορείς ???). Οι ύποπτοι μικροοργανισμοί πρέπει να απομονωθούν και να αναπτυχθούν ως «είδη» σε «καθαρές καλλιέργειες». Η νόσος πρέπει να προκαλείται όταν οι απομονωμένοι μικροοργανισμοί ενοφθαλμίζονται σε ένα υγιή ξενιστή. Οι ίδιοι μικροοργανισμοί πρέπει να απομονώνονται από τον ξενιστή που μολύνθηκε τεχνητά.

17

18 ΑΠΟΜΟΝΩΣΗ ΤΩΝ ΜΙΚΡΟΟΡΓΑΝΙΣΜΩΝ Κατά τις μελέτες του ο Koch έπρεπε να απομονώνει τα ύποπτα βακτηριακά παθογόνα. Καλλιέργησε βακτήρια στην στείρα επιφάνεια κομμένων και βρασμένων πατατών  χωρίς επιτυχία. Ανέπτυξε υγρά μέσα ανάπτυξης που στερεοποιούνταν όταν προσέθετε ζελατίνη  η ζελατίνη λειώνει T >28°C. Η Fannie Eilshemius πρότεινε να χρησιμοποιηθεί το agar, που λειώνει στους 100°C, στερεοποιείται στους 50°C. Ο Richard Petri ανέπτυξε τα τρυβλία Petri, έναν περιέκτη για στερεά υποστρώματα καλλιέργειας μικροοργανισμών.

19 Petri dishes

20 O ΡΟΛΟΣ ΤΟΥ L. PASTEUR Ανέπτυξε εμβόλια (vaccines) για την ανεμοβλογιά, τον άνθρακα και τη λύσσα. Έδειξε ότι όλες οι ζυμώσεις οφείλονται στην δράση ορισμένων ζυμών και βακτηρίων. Ανέπτυξε την παστερίωση (Pasteurization) για να συντηρήσει το κρασί κατά την αποθήκευση. Ιδιαίτερη σημασία: Τρόφιμα – παστερίωση – υγιεινή τροφίμων. Ανακάλυψε ότι οι ζυμώνοντες μικροοργανισμοί ήταν αναερόβιοι και μπορούσαν να ζήσουν απουσία οξυγόνου. Φαινόμενο Pasteur: ελάττωση της κατανάλωσης γλυκόζης αερόβια (μικρότερες ανάγκες γλυκόζης λόγω αυξημένης απόδοσης του αερόβιου μεταβολισμού).

21 ΑΛΛΕΣ ΕΞΕΛΙΞΕΙΣ ΣΤΗ ΜΙΚΡΟΒΙΟΛΟΓΙΑ O Winogradsky εισήγαγε τη μικροβιολογία του χώματος, ανακάλυψε ότι τα βακτήρια του χώματος μπορούν να οξειδώσουν Fe, S και αμμωνία για να πάρουν ενέργεια. Ο ίδιος ανακάλυψε τα «αναερόβια αζωτο-καθηλωτικά βακτήρια», μελέτησε την αποσύνθεση της κυτταρίνης, με τον Beijerink ανέπτυξε τις «τεχνικές εμπλουτισμού» (enrichment-culture techniques) και χρησιμοποίησε «εκλεκτικά υποστρώματα» (selective media).

22 Εκλεκτικά υποστρώματα

23 ΑΛΛΕΣ ΕΞΕΛΙΞΕΙΣ ΣΤΗ ΜΙΚΡΟΒΙΟΛΟΓΙΑ Στη δεκαετία του 1940 η Μικροβιολογία συνδέθηκε στενότερα με τη Γενετική και τη Βιοχημεία, οι μικροοργανισμοί είναι εξαιρετικά χρήσιμα «πειραματόζωο» π.χ. για τη μελέτη της σχέσης μεταξύ γονιδίων και ενζύμων, τις μελέτες στο DNA κ.λπ. Πρόσφατα η Μικροβιολογία έγινε το υπόβαθρο για να αναπτυχθεί η Μοριακή Βιολογία: Γενετικός κώδικας, γονιδιώματα, μηχανισμοί σύνθεσης DNA, RNA, πρωτεΐνης, ρύθμιση γονιδιακής έκφρασης, ανάπτυξη ανασυνδυασμένου (Recombinant DNA).

24

25 Άζωτο εδάφους, μικροοργανισμοί και φυτά

26 ΤΑ ΑΖΩΤΟΒΑΚΤΗΡΙΔΙΑ ΚΑΙ Η ΔΕΣΜΕΥΣΗ ΤΟΥ ΑΖΩΤΟΥ ΣΤΙΣ ΡΙΖΕΣ ΤΩΝ ΦΥΤΩΝ- NODULES

27 ΒΑΚΤΗΡΙΑ ΜΕΣΑ ΣΤΑ ΟΖΙΔΙΑ (NODULES), ΤΑ ΨΥΧΑΝΘΗ ΑΣΚΟΥΝ ΒΙΟΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ

28 ΜΙΚΡΟΒΙΟΛΟΓΙΑ ΚΑΙ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ

29 Ο ΕΛΕΓΧΟΣ ΤΩΝ ΜΙΚΡΟΒΙΩΝ ΑΛΛΑΞΕ ΤΗΝ ΑΝΘΡΩΠΙΝΗ ΖΩΗ

30 Η ΔΥΝΑΜΗ ΤΩΝ ΜΙΚΡΟΟΡΓΑΝΙΣΜΩΝ ΒΡΙΣΚΕΤΑΙ ΣΤΗΝ ΕΚΘΕΤΙΚΗ ΑΝΑΠΑΡΑΓΩΓΗ ΤΟΥΣ

31 ΑΝΑΛΥΣΗ ΜΙΚΡΟΟΡΓΑΝΙΣΜΩΝ ΣΤΑ ΤΡΟΦΙΜΑ Ολική Μεσόφιλη Χλωρίδα Ψυχρότροφα Γαλακτικά Αναερόβια μεσόφιλα και θερμόφιλα Ζύμες - Μύκητες Κολοβακτηριοειδή Κολοβακτήριο εντερικής προέλευσης (E.coli) Σαλμονέλα (Salmonella spp.) Σταφυλόκοκκος aureus (Staphylococcus aureus) Λιστέρια μονοκυτταρογόνος (Listeria monocytogenes) Θειοαναγωγικά κλωστρίδια Εντερόκοκκοι Σπορογόνα αερόβια & αναερόβια Βάκιλλοι

32 ΥΓΙΕΙΝΗ ΚΑΙ ΑΣΦΑΛΕΙΑ ΤΡΟΦΙΜΩΝ HACCP, Hazard Analysis Critical Control Points Ανάλυση Επικινδυνότητας στα Κρίσιμα Σημεία Ελέγχου (CCPs) Ορθή Βιομηχανική Πρακτική (GAP) Ορθή Υγιεινή Πρακτική (GHP) Αρχές του HACCP Φυσικοί κίνδυνοι στα τρόφιμα Χημικοί κίνδυνοι στα τρόφιμα Μικροβιολογικοί κίνδυνοι στα τρόφιμα

33 Ταξινόμηση των οργανισμών και μικροοργανισμών

34 ΤΑ ΠΕΝΤΕ «ΒΑΣΙΛΕΙΑ» ΤΩΝ ΟΡΓΑΝΙΣΜΩΝ Οι οργανισμοί ταξινομούνται σε 5 Βασίλεια (Kingdoms): Τα Μονήρη (Monera) – όλα προκαρυώτες Τα Πρώτιστα (Protista) – μονοκύτταροι ή αποικιακοί οργανισμοί που δεν διαθέτουν αληθείας ιστούς, περιλαμβάνουν τις άλγες, τα πρωτόζωα και τους απλούστερους μύκητες (algae, protozoa, simpler fungi) Οι Μύκητες (Fungi) – ευκαρυωτικοί, περιλαμβάνουν τις «μούχλες», τις ζύμες και τα μανιτάρια (molds, yeasts, mushrooms) Τα Φυτά (Plantae) – πολυκυτταρικά Τα Ζώα (Animalia) - πολυκυτταρικά

35

36 Η ΕΜΦΑΝΙΣΗ ΤΩΝ ΜΙΚΡΟΒΙΩΝ ΣΤΗ ΓΗ

37 ΣΥΣΤΑΣΗ ΤΟΥ ΜΙΚΡΟΒΙΑΚΟΥ ΤΟΙΧΩΜΑΤΟΣ: Προκαρυώτες (Procaryotes): σχετικά απλή μορφολογία και έλλειψη πυρηνικής μεμβράνης Ευκαρυώτες (Eucaryotes): σύνθετη μορφολογία και παρουσία πυρηνικής μεμβράνης

38 ΠΟΛΛΑΠΛΟΙ ΠΥΡΗΝΕΣ - ΣΥΓΚΥΤΙΑ

39 ΜΑΚΡΟ- ΚΑΙ ΜΙΚΡΟ-ΟΡΓΑΝΙΣΜΟΙ

40 ΣΚΟΠΟΣ ΚΑΙ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΗΣ ΜΙΚΡΟΒΙΟΛΟΓΙΑΣ

41 ΣΚΟΠΟΣ ΤΗΣ ΜΙΚΡΟΒΙΟΛΟΓΙΑΣ Η Μικροβιολογία αφορά την Ιατρική, την Γεωπονία, την Επιστήμη Τροφίμων, την Οικολογία, τη Γενετική, τη Βιοχημεία, την Ανοσολογία και άλλες ειδικότητες. Οι Ιολόγοι ασχολούνται με τους Ιούς, επειδή αυτοί δεν είναι ούτε προκαρυώτες, ούτε ευκαρυώτες θεωρούνται «ευκαιριακά ζώντες». Οι Βακτηριολόγοι ασχολούνται με τα Βακτήρια, οι Φυκολόγοι με τα Φύκη και τις Άλγες, οι Μυκητολόγοι με τούς Μύκητες, οι Πρωτοζωολόγοι με τα Πρωτόζωα.

42 ΚΛΑΔΟΙ ΤΗΣ ΜΙΚΡΟΒΙΟΛΟΓΙΑΣ Η Ιατρική Μικροβιολογία (Medical Microbiology): ασχολείται με τις ασθένειες ανθρώπων και ζώων, αναγνωρίζει προβλήματα και σχεδιάζει μέτρα για την καταπολέμηση των μολυσματικών ασθενειών. Η Αγροτική Μικροβιολογία (Agricultural Microbiology): μελετά την επίδραση των μικροοργανισμών στη γεωργία, καταπολεμά τις μικροβιακές παθήσεις των φυτών, ιδίως εκείνων που παράγουν τρόφιμα. Η Μικροβιολογία Τροφίμων (Food Microbiology): προλαμβάνει την μικροβιακή μόλυνση των τροφίμων από μικρόβια που μεταφέρονται στον άνθρωπο (π.χ. Σαλμονέλλωση), αξιοποιεί μικροοργανισμούς στην παραγωγή τυριού, γιαούρτης, τουρσιών, βρώσιμων ελιών, μπύρας κ.λπ.

43 ΚΛΑΔΟΙ ΤΗΣ ΜΙΚΡΟΒΙΟΛΟΓΙΑΣ Η Βιομηχανική Μικροβιολογία (Industrial Microbiology): χρησιμοποιεί μικροοργανισμούς ώς «εργοστάσια» για να παράγει αντιβιοτικά, εμβόλια, στεροειδή, αλκοόλες, βιταμίνες, αμινοξέα, ένζυμα κ.λπ. Η Ανοσολογία (Immunology): μελετά την σχέση του ανοσοποιητικού συστήματος με την προστασία του σώματος και τα μικρόβια. Η Γενετική Μηχανική (Genetic Engineering): χρησιμοποιεί τροποποιημένους μικροοργανισμούς για να φτιάξει ορμόνες αντιβιοτικά, εμβόλια και άλλα προϊόντα.

44 Μικροβιολογία και Υγιεινή των Τροφίμων

45 Μόλυνση/Καταστροφή Τροφίμων Food spoilage

46 Τα τρόφιμα είναι δυνατόν να μολυνθούν ή να υποβαθμισθούν λόγω της δράσης: Μικρο-οργανισμών Εντόμων Φορέων Ζώων Φορέων Π.χ. Salmonella spp Listeria monocytogenes Π.χ. Σχαδόνες Escherichia coli Π.χ. Toxoplasma gondii Toxocara catii

47 Τα τρόφιμα μπορεί να υποβαθμίζονται λόγω των αλλαγών που υφίστανται τα ίδια (μετασυλλεκτική φυσιολογία), με συμμετοχή όμως και της μικροβιακής χλωρίδας τους, π.χ. κρέας, τυρί.

48 Όταν τα τρόφιμα υποβαθμίζονται μικροβιολογικά, τότε παρατηρούνται αλλαγές: Στη δομή Τα χαρακτηριστικά π.χ. χρώμα, pH Τη γεύση Την οσμή Οι αλλαγές αυτές διαφέρουν ανά τρόφιμο Συνεπεία αυτών των αλλαγών το τρόφιμο μπορεί να γίνει ακατάλληλο για κατανάλωση (ανθυγιεινό). Οι ασχολούμενοι με τα τρόφιμα μαθαίνουν να εντοπίζουν και να ερμηνεύουν τις αλλαγές αυτές ανάλογα με το τρόφιμο.

49 Οι μικροοργανισμοί χρειάζονται συγκεκριμένες συνθήκες για να αναπτυχθούν και να τροποποιήσουν ή να αλλοιώσουν τα τρόφιμα. Για το λόγο αυτό κάθε τρόφιμο πρέπει να συντηρείται σε συνθήκες που να περιορίζουν την ανάπτυξη μικροοργανισμών. ΘερμότηταΘρεπτικάΧρόνος ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΔΙΑΤΗΡΗΣΗΣ ΚΑΙ ΥΓΙΕΙΝΗ ΤΩΝ ΤΡΟΦΙΜΩΝ

50 Θερμοκρασία που ευνοεί τους μικροοργανισμούς Το εύρος που επιβιώνουν είναι μεταξύ 5 o C και 63 o C. Χρόνος Κάτω από τις κατάλληλες συνθήκες, τα βακτήρια που προκαλούν τροφο- δηλητηριάσεις μπορούν να διπλασιάζονται κάθε λεπτά.

51 Σύσταση της τροφής (και νερό) Ο τύπος των τροφίμων είναι σημαντικός, δηλαδή επηρεάζει την ανάπτυξη των μικροοργανισμών σε αυτά. Ιδιαίτερα θρεπτικά τρόφιμα που είναι έτοιμα να καταναλωθούν, όπως το μαγειρεμένο κρέας, το κοτόπουλο και τα γαλακτοκομικά, είναι περισσότερο ευάλωτα, διότι προσφέρουν καλές συνθήκες ανάπτυξης των μικροοργανισμών. Αυτός είναι και ο λόγος που πρέπει να συντηρούνται κατάλληλα, π.χ. σε ψύξη.

52 Σύσταση των τροφίμων (και νερό) Τα αποξηραμένα τρόφιμα δεν έχουν μεγάλες ποσότητες νερού, έτσι οι μικροοργανισμοί δυσκολεύονται να αναπτυχθούν σε αυτά, π.χ. το αποξηραμένο γάλα σε σκόνη, οι έτοιμες σούπες, το αλεύρι κλπ. Επίσης, τα τουρσιά, τα παστά, οι μαρμελάδες, περιέχουν αντίστοιχα ξύδι, αλάτι, ζάχαρη, σε μεγάλες ποσότητες που εμποδίζουν τους μικροοργανισμούς να αναπτυχθούν.

53 Ο κίνδυνος της τροφικής δηλητηρίασης ή κάθε άλλη μόλυνσης που μπορεί να προσβάλει τον άνθρωπο μέσω των τροφίμων προλαμβάνεται: Μέσω της μελέτης της ασφάλειας των τροφίμων Μέσω καλών συνθηκών υγιεινής των τροφίμων. Γενικά, η υγιεινή των τροφίμων μελετά τα χαρακτηριστικά των τροφίμων, τους μικροοργανισμούς και τα παράσιτα που αυτά φέρουν και τις συνθήκες διατήρησής τους ώστε να είναι ασφαλή.

54 Απλές προσεγγίσεις για την ασφάλεια των τροφίμων (θα συγκεκριμενοποιηθούν για κάθε κατηγορία τροφίμων/μικροοργανισμών Αποθηκεύεστε τα τρόφιμα στο κατάλληλο μέρος Ελέγξτε τις ετικέτες τους για το κατάλληλο σημείο και συνθήκες αποθήκευσης. Ελέγξτε τις ημερομηνίες παραγωγής και λήξης. Μην αφήνετε τα τρόφιμα εκτεθειμένα – μπορεί να μολυνθούν με μικρόβια από το περιβάλλον ή να αυξηθούν οι πληθυσμοί μικροβίων που ήδη φέρουν.

55 Προετοιμάστε και μαγειρέψτε τα τρόφιμα με υγιεινό τρόπο Καθαρά σκεύη, χέρια, πάγκοι… Προετοιμάστε τα ωμά τρόφιμα μακρά από τα μαγειρευμένα, μην τα αναμιγνύετε. Μαγειρέψτε τα τρόφιμα με επιμέλεια και εκτενώς, μην αφήνετε άψητες περιοχές. Χρησιμοποιήστε τις κατάλληλες θερμοκρασίες που εξυγιαίνουν τα τρόφιμα σκοτώνοντας τα μικρόβια και τα παράσιτα. Διατηρείτε καθαρές και ελεγχόμενες συνθήκες συνεχώς.