The fate of Bacillus cereus in the gastrointestinal tract

Abstract

Dit rapport presenteert een wiskundig dynamisch model waarmee het gedrag van Bacillus cereus in het maag-darmkanaal beschreven wordt. Microbiologische processen en processen in het maag/darmkanaal vormen samen de basis voor dit mechanistische model. Variabiliteit in groeikarakteristieken en fysieke eigenschappen van B. cereus-stammen komen tot uitdrukking in de parameterwaarden verkregen uit experimenten. Met het model zijn verschillende hypothesen getest betreffende initiele inname van B. cereus microben en daaropvolgende "in vivo" processen welke tot een potentiele infectie kunnen leiden. Modeluitkomsten laten het lot van vegetatieve cellen en/of sporen in de maag en dunne darm tijdens de vertering van een maaltijd met B. cereus-microben zien. Hieruit blijkt dat de maag weinig invloed heeft op het uiteindelijke aantal vegetatieve cellen in de dunne darm. Een "milde" blootstelling [10ˆ3 kolonievormende eenheden (kve) gˆ-1] geeft nog steeds een verhoogde kans op een toxico-infectie wanneer 100 g voedsel wordt geconsumeerd met daarin, tenminste, licht mesofiele B. cereus stammen. Blootstellingsnivo's juist boven de Nederlandse gestelde norm van < 10ˆ5 kve gˆ-1 vormen volgens dit model altijd een potentieel gevaar. Verder geeft dit model inzicht in de onzekerheid van bepaalde parameterwaarden welke nader experimenteel onderzocht zouden moeten worden om tot een betere risicobeoordeling te kunnen komen. Integratie van experimentele data in een dynamisch model met daarin de belangrijkste componenten voor voedselinfectie zal uiteindelijk leiden tot verbeterde suggesties voor voedselmicrobiologische criteria.

This report presents a mathematical dynamical model for the behaviour of Bacillus cereus in the gastro-intestinal tract. Biological processes and system dynamics are simultaneously incorporated in this mechanistic model. Variability in growth characteristics and physical traits of different B. cereus strains are expressed through the incorporation of a range of reasonable parameter values obtained from experiments. Different hypotheses concerning initial ingestion of B. cereus microbes and subsequent in vivo processes leading to a potential infection are tested. Model outputs show the course of (attached) vegetative cells and/or spores in the stomach and small intestine during the digestion of food containing B. cereus microbes. Results show the minor influence of the stomach on the ultimate number of vegetative cells in the small intestine. A "mild" exposure (10ˆ3 cfu gˆ-1) still causes an increased probability on food intoxication when 100 g of food containing, at least, slightly mesophilic B. cereus strains is consumed. Exposure to levels just above the Dutch standard (set at < 10ˆ5 cfu gˆ-1) will, according to this model, always form a food hazard problem. Furthermore, this model gives insight in the uncertainty of some parameter values that need elaborated experimental investigation to come to an improved hazard characterisation and, with that, to improved suggestions for food microbiological criteria.