The influence of environmental conditions on the infectivity of non-growing Campylobacter jejuni

Abstract

Campylobacter jejuni is de meest frequente bacteriele veroorzaker van voedselinfecties. Onder omstandigheden waarbij C. jejuni niet kan groeien, bijvoorbeeld bij temperaturen lager dan 30 graden C, verliest de bacterie zijn kweekbaarheid, maar lijkt de bacterie niet dood te gaan. In deze studie is onderzocht of een niet-kweekbare C. jejuni een infectie kan veroorzaken, en of de omstandigheden waaronder de kweekbaarheid verloren is gegaan van invloed zijn op een eventuele infectie. Gedurende 40 dagen zijn kweekbaarheid, levensvatbaarheid en vermogen om een infectie te veroorzaken bepaald van C. jejuni die was opgeslagen in twee verschillende media bij drie verschillende temperaturen. Wanneer opgeslagen in een nutrient-arm medium bij lage temperatuur (4 graden C) bleek C. jejuni langer zijn kweekbaarheid te behouden dan bij hogere temperaturen (12 graden C, 25 graden C) of in een rijk medium. Bacterien bleven onder alle condities levensvatbaar. De mate van adhesie en invasie van de opgeslagen cultures nam af in de tijd; bij lage temperatuur in buffer behielden de bacterien het langst hun vermogen om aan darmepitheel- cellen te hechten of om erin binnen te dringen. Terwijl de infectiviteit van de totale cultuur afnam, nam de infectiviteit per kweekbare bacterie in die cultuur toe gedurende de eerste 5 dagen om daarna weer af te nemen. Dit resultaat suggereert dat een niet-kweekbare C. jejuni infectieus kan zijn. Echter, er kan ook een alternatieve verklaring zijn, namelijk dat er slechts een beperkt aantal specifieke bindingsplaatsen voor de hechting van C. jejuni aanwezig zijn. De eventuele aanwezigheid van specifieke bindingsplaatsen voor Campylobacter heeft mogelijk grote gevolgen voor onderzoek aan de invloed van niet-kweekbare cellen. Als niet-kweekbare cellen niet meer infectief zijn, maar wel kunnen hechten aan een bindingsplaats, dan kunnen zij met kweekbare cellen concurreren om een bindingsplaats. Dit zou een geheel nieuw rol betekenen voor niet-kweekbare cellen: niet-kweekbare cellen zouden dan de kans op een infectie verlagen!

Campylobacter (C.) jejuni is a causative agent of gastro-enteritis. Growth of this Gram negative bacterium is restricted to a limited number of environmental conditions. Under conditions where growth of C. jejuni is not possible, e.g. at temperatures below 30 degrees C, C. jejuni can remain viable for a certain period of time, but its culturability decreases. In this study we examined the effect of this loss of culturability on the infectivity in cell-lines. We hypothesised that if non-culturable cells affect the process of infection then the infectivity per culturable cell used in the infection assay is not constant, whereas if only culturable cell are infectious then the infectivity per culturable cell is. C. jejuni was stored for 40 days in nutrient poor and nutrient rich medium at three temperatures. During this period we monitored its culturability, viability and infectivity. A decrease in culturability in time was observed. At low temperature (4 degrees C) and in nutrient poor medium cells remained culturable for longer periods than at higher temperatures (12 degrees C, 25 degrees C) or in nutrient rich medium. Non-culturable cells remained viable, as determined by tetrazolium chloride staining. The absolute level of adhesion and invasion showed a decrease in time. At low temperatures and in nutrient poor medium cells retained their capability to adhere and invade longer than at higher temperatures or in nutrient rich medium. While the absolute level of adhesion and invasion decreased, the infectivity per culturable cell added seemed to increase during the first 5 days of storage at 4 degrees C. This result confirmed our hypothesis that non-culturable C. jejuni can affect the process of infection. However, the result can also be explained by the presence of a limited number of bindingsites for C. jejuni in our testmodel. This suggested existence of bindingsites has great importance for the research into the influence of non-culturable cells on the infectivity. If non-culturable cells are not infectious but can block bindingsites, then they can play a protective role by competing with the culturable cells for the limited number of bindingsites.