Prof. Bystroń: – Miesiąc dla bakterii to wieczność

Od początku swojej kariery naukowej zajmuje się Pan gronkowcem złocistym?

Niezupełnie. Kiedy zacząłem pracę na Akademii Rolniczej we Wrocławiu promotorem mojego doktoratu był profesor Eryk Adamczyk, który zaproponował mi badania fizyko-chemiczne żywności pochodzenia zwierzęcego. Sprawdzałem, czy obecność stałego nadzoru weterynaryjnego w zakładach mięsnych wpływa na powtarzalność wartości odżywczej wytwarzanych w nich produktów. Nie ukrywam, że tematyka tych badań nie była dla mnie porywająca. Szczęśliwie niedługo później moim szefem został profesor Jerzy Molenda. Wtedy zacząłem się zajmować mikrobiologią i odkryłem, że jest to coś, co naprawdę lubię. Początkowo zajmowałem się tzw. klasycznymi enterotoksynami wytwarzanymi przez gronkowca złocistego, obecnie zaś badamy również te „nowo” zidentyfikowane i sprawdzamy mi.in. z jaką częstością występują w żywności, jakie warunki sprzyjają ich produkcji oraz przez które szczepy gronkowców są one wytwarzane.

Co wiemy o gronkowcu złocistym?

To bakteria, która należy do rodzaju Staphylococcus. Od wielu lat gronkowce dzielimy na dwie grupy: tzw. koagulazoujemne i koagulazododatnie, co wiąże się ze zdolnością wytwarzania przez nie enzymu koagulazy. Do niedawna uważano, że tylko gronkowce koagulazododatnie, do których należy gronkowiec złocisty – Staphylococcus aureus są chorobotwórcze i jedynie one mają zdolność wytwarzania enterotoksyn. Ma to wciąż swoje odbicie w przepisach dotyczących kryteriów mikrobiologicznych ustanowionych dla żywności w UE, według których bada się obecność tylko 5 enterotoksyn, choć wiemy już, że jest ich więcej niż 20. Co więcej badanie pod kątem występowania enterotoksyn przeprowadza się jedynie po stwierdzeniu w produkcie obecności gronkowców koagulazododatnich. Obecnie wiadomo, że enterotoksyny gronkowcowe mogą wytwarzać też niektóre gronkowce koagulazoujemne.

Jak działa koagulaza produkowana przez gronkowce?

Jest enzymem wytwarzanym przez bakterie po wniknięciu do organizmu zwierząt lub człowieka. Koagulaza gronkowcowa wywołuje przekształcenie naturalnie występującego w osoczu krwi fibrynogenu w fibrynę. Dzięki temu wokół komórek bakterii tworzy się skrzep fibryny – jak kiedy się skaleczymy i organizm tworzy sieć złożoną właśnie z fibryny zapobiegając krwawieniu. Uważa się, że fibryna uwolniona przez gronkowce chroni drobnoustrój przed odpowiedzią układu odpornościowego gospodarza. To także rodzaj strategii obronnej mającej na celu ograniczenie dostępu substancji przeciwdrobnoustrojowych stosowanych podczas leczenia, które mogłyby inaktywować bakterie. Jest to jeden z wielu ewolucyjnie wykształconych mechanizmów pozwalających gronkowcom zasiedlać organizm gospodarza.

Gdzie gronkowce żyją „w naturze”?

Znane są z tego, że spotyka się je w żywności. Jednak naturalnym rezerwuarem gronkowca złocistego są ludzie i zwierzęta – gdzie kolonizują błony śluzowe, głównie jamy nosowo-gardłowej. Bardzo często jesteśmy ich bezobjawowymi nosicielami. Do zanieczyszczenia żywności dochodzi najczęściej w wyniku nieprzestrzegania zasad higieny. To jest pierwszy krok. Kolejny to nieodpowiednie warunki przechowywania żywności, a szczególnie zbyt wysoka temperatura, bo to ona wpływa na tempo wzrostu bakterii i wytwarzanie enterotoksyn. Co ciekawe, utrwalanie termiczne żywności jest wystarczające do eliminacji gronkowców, ale w bardzo małym stopniu działa na enterotoksyny, ponieważ są one znacznie bardziej ciepłooporne niż wytwarzające je bakterie.

Jak działają enterotoksyny gronkowcowe?

Określa się je jako tzw. superantygeny. Wywołują one niskospecyficzną stymulację limfocytów T, a w efekcie osłabienie układu odpornościowego. Uważa się, że ta aktywność enterotoksyn ułatwia gronkowcom lokalną kolonizację i umożliwia rozprzestrzenianie się w organizmie ludzi i zwierząt. Z kolei enterotoksyny obecne w żywności wywołują u ludzi wymioty, które są charakterystycznym objawem gronkowcowych zatruć pokarmowych. Zdolność wywoływania wymiotów przez enterotoksyny obecne w żywności wydaje się być przypadkowa. Jest z punktu widzenia ewolucji gronkowców efektem ubocznym.

To, że gronkowce złociste znajdują się w żywności też jest kwestią przypadkową, bo nie są to dla tych drobnoustrojów najbardziej dogodne warunki – te gronkowce znajdują w organizmach ludzi i zwierząt.

To, że gronkowce złociste znajdują się w żywności też jest kwestią przypadkową, bo nie są to dla tych drobnoustrojów najbardziej dogodne warunki – te gronkowce znajdują w organizmach ludzi i zwierząt.

W przypadku gronkowcowego zatrucia pokarmowego działanie wymiotne enterotoksyn ujawnia się czasami już po kilku godzinach. Mówimy nawet, że mamy do czynienia z chorobą bankietową, bo reakcja organizmu w postaci gwałtownych wymiotów następuje bardzo szybko, często jeszcze przed zakończeniem imprezy. Sam mechanizm wymiotny działania enterotoksyn nie został do końca poznany. Wiadomo, że do wystąpienia wymiotów dochodzi w wyniku aktywacji odpowiedniego ośrodka w mózgu, pobudzanego przez impulsy docierające do niego poprzez nerw błędny z żołądka, prawdopodobnie w wyniku wzrostu koncentracji mediatorów zapalenia.

Przełomem w medycynie było odkrycie penicyliny przez Fleminga i początek ery antybiotyków. Dzisiaj jednak mówi się, że nie nadążamy za bakteriami i jesteśmy bezbronni w starciu z drobnoustrojami. Jak Pan na to patrzy z punktu widzenia mikrobiologa?

Bardzo dobrym przykładem jest tu właśnie gronkowiec złocisty. To u tej bakterii jako pierwszej stwierdzono oporność na penicylinę. Penicylinę wprowadzono w latach 40. przede wszystkim do leczenia rannych żołnierzy. Mam plakat z czasów II wojny światowej, który często pokazuję studentom. Można się z niego dowiedzieć, że dzięki penicylinie wielu amerykańskich żołnierzy mogło wrócić do domu, do swoich rodzin. Ale nie dowiemy się z niego, że już kilka lat po wprowadzeniu jej do leczenia pojawiły się pierwsze doniesienia o obecności szczepów gronkowca opornego na ten lek. Oczywiście dostrzeżono narastanie zjawiska i wprowadzono półsyntetyczne pochodne penicyliny oporne na działanie penicylinaz, jak np. metycylinę. Jednak już w 1961 pojawiły się pierwsze metycylinooporne szczepy gronkowca złocistego (MRSA). Szczepy te są oporne na wszystkie klinicznie stosowane antybiotyki ß-laktamowe i stwarzają ogromny problem. Szczepy MRSA są już nie tylko częstą przyczyną zakażeń wewnątrzszpitalnych. Ich obecność stwierdza się także u zwierząt gospodarskich, m.in. u bydła, trzody chlewnej i drobiu oraz w żywności. Kolejnym krokiem w walce z zakażeniami wywołanymi przez MRSA było zastosowanie antybiotyków glikopeptydowych, takich jak wankomycyna. Niestety i w tym przypadku po krótkim okresie ich stosowania pojawiły się szczepy na nie oporne, zwane VRSA (Vancomycin-resistant S. aureus).

Często studentom na zajęciach powtarzam, że obecnie śmiertelność wśród ludzi powodowana zakażeniami szczepami VRSA wynosi niemal 60%, co zbliża nas do poziomu śmiertelności wywołanej przez gronkowce sprzed II wojny światowej.

Często studentom na zajęciach powtarzam, że obecnie śmiertelność wśród ludzi powodowana zakażeniami szczepami VRSA wynosi niemal 60%, co zbliża nas do poziomu śmiertelności wywołanej przez gronkowce sprzed II wojny światowej.

To najlepszy dowód na to, że drobnoustroje bardzo szybko dostosowują się do warunków, szybko nabywając oporność na nowo wprowadzane substancje przeciwdrobnoustrojowe. Co więcej, nowo pojawiających się substancji mamy coraz mniej. W latach 50., 60. i 70. nowe antybiotyki pojawiały się co dwa-trzy lata. Teraz to dziesięć lat, a pula opornych drobnoustrojów cały czas rośnie.

Jak stare są bakterie?

To pierwsze formy życia, które pojawiły się na Ziemi. Są najlepiej dostosowane do zmiennych warunków środowiska. W Katedrze zajmujemy się bardzo wąską grupą, tylko tą, która zasiedla zwierzęta, ludzi i zanieczyszczając żywność prowadzi do zatruć pokarmowych. Bakterie jako formy życia liczą kilka miliardów lat. I właśnie dzięki tym miliardom lat, a więc gigantycznej liczbie pokoleń mają tak duże zdolności dostosowania się do zmiennych warunków. Życie jednego pokolenia bakterii jest zdecydowanie krótsze niż innych organizmów. Liczone jest w godzinach, czasem minutach. Niektórym bakteriom rozwijającym się w optymalnych warunkach do podziału nie potrzeba więcej niż dwadzieścia parę minut, a więc co dwadzieścia parę minut rodzi się nowe pokolenie. Dla bakterii miesiąc to wieczność.

Co zdecydowało, że właśnie bakterie stały się Pana pasją?

Miałem świetną nauczycielkę biologii w liceum i to jej zawdzięczam zainteresowanie naukami przyrodniczymi, w tym mikrobiologią. Myślałem, że będę studiować biologię albo medycynę, ale w ostatniej chwili kilku kolegów powiedziało, że idą na weterynarię. I tak trafiłem z mojego rodzinnego Cieszyna do Wrocławia. Na studiach lubiłem uczyć się wszystkiego, może za wyjątkiem ekonomii socjalizmu i… wojskowości. Myślałem, że będę pracował po studiach ze zwierzętami, wrócę do Cieszyna, ale los chciał inaczej. Na ostatnim roku poznałem przyszłą żonę, która też studiowała weterynarię. Zostałem więc we Wrocławiu. W tym czasie profesor Eryk Adamczyk szukał asystenta. Moje początki przypadły na lata 90., czas wiecznych deficytów finansowych na uczelni, stagnacji i wyczekiwania, szczególnie dotkliwego dla młodych pracowników. Nowe życie w moją pracę zawodową tchnął profesor Jerzy Molenda, od którego się bardzo dużo nauczyłem i to pod każdym względem. A obecny kierownik naszej katedry profesor Jacek Bania, z wykształcenia biochemik, wprowadził do badań techniki molekularne, co otworzyło nowe możliwości. I to właśnie biologia molekularna mnie wciągnęła całkowicie. To żmudna praca, pipetowanie kilkudziesięciu próbek wymaga czasu, dokładności, ale za to efekt bywa spektakularny. A wracając do samych bakterii – ciekawa jest ich zdolność dostosowywania się do warunków środowiskowych oraz zmienność genetyczna. Wydawałoby się, że drobnoustroje są w obrębie jednego gatunku identyczne, a tymczasem okazuje się, że nie są. Prowadzimy typowanie genetyczne szczepów gronkowca złocistego m.in. porównując sekwencje genu kodującego gronkowcowe białko A. Do tej pory w ogólnodostępnej bazie „Ridom Spa” jest już ponad 19 tysięcy zidentyfikowanych genotypów, co z pewnością nie odzwierciedla całego zróżnicowania genetycznego tego gatunku.

Inny jest gronkowiec złocisty w Polsce a inny we Włoszech? Inny u kury a inny u człowieka?

W dużej mierze tak. W naszych badaniach wykazaliśmy, że pewne populacje zasiedlają drób, inne bydło, jeszcze inne świnie, u których zresztą jest ona bardzo specyficzna, bo wyewoluowała z innego źródła. Silne zróżnicowanie w obrębie gatunku nie dotyczy jednak tylko gronkowców złocistych. Od paru lat zajmuję się nowym patogenem – bakteriami z rodzaju Arcobacter. To grupa drobnoustrojów zaliczanych do patogenów przenoszonych drogą żywnościową, którą zidentyfikowano stosunkowo niedawno. Po raz pierwszy Arcobacter wyizolowano z martwych płodów bydlęcych w latach 70. Okazuje się, że bakterie te bardzo często zanieczyszczają mięso, szczególnie drobiowe. Przeprowadziliśmy badania dotyczące ich występowania w mięsie surowym pochodzącym ze sprzedaży detalicznej na terenie Wrocławia. Wykazaliśmy, że 85 procent próbek mięsa drobiowego było zanieczyszczonych bakteriami Arcobacter, które mają potencjał patogenny, posiadają geny kodujące czynniki wirulencji oraz wykazują oporność na wiele substancji przeciwdrobnoustrojowych. A wracając do zróżnicowania genetycznego to wyizolowaliśmy 79 szczepów Arcobacter butzleri, z których tylko kilka było identycznych.

Gdzie żyją bakterie Arcobacter?

Ich rezerwuarem jest środowisko wodne, ale występują często w przewodzie pokarmowym zwierząt gospodarskich, głównie drobiu, u którego wydają się stanowić naturalną mikroflorę. Stąd najczęściej izolowane są z mięsa drobiowego. Do zanieczyszczenia mięsa dochodzi w czasie uboju i przetwórstwa, czemu trudno zapobiec nawet przy obecnych technologiach. Z badań przeprowadzonych w innych krajach wynika, że nawet 100 procent tuszek drobiowych pochodzących ze sprzedaży detalicznej może być zanieczyszczonych tymi drobnoustrojami. Bakterie z rodzaju Arcobacter są bardzo blisko spokrewnione z bakteriami Campylobacter, które są najczęstszą przyczyną zatruć pokarmowych ludzi w Europie. Moim zdaniem, ze względu na bardzo duże podobieństwo morfologiczne i biochemiczne, za część zatruć przypisywanych Campylobacter odpowiadają bakterie Arcobacter. Posiadają one, w odróżnieniu od bakterii Campylobacter, zdolność wzrostu w temperaturach chłodniczych, a więc takich, jakie mamy w lodówce czy w pomieszczeniach zakładów przetwórstwa mięsa. Nie wymagają też warunków mikroaerofilnych do wzrostu, świetnie sobie radzą w zwykłych warunkach tlenowych, a więc mają o wiele większą zdolność adaptacji do środowiska zakładów mięsnych. Ponadto łatwo tworzą biofilm, głównie w rurach sieci wodociągowej, ale także na powierzchni stołów roboczych, taśm i pojemników transportowych. To dodatkowo ułatwia im przetrwanie, gdyż biofilm jest trudny do usunięcia przy użyciu konwencjonalnych środków myjących i dezynfekujących stosowanych w zakładach. Główną przyczyną zatruć pokarmowych ludzi bakteriami Arcobacter jest spożycie niedogotowanego, niedosmażonego mięsa, przede wszystkim drobiowego, ale także zanieczyszczonej wody.

Rozumiem, że z taką wiedzą nie je Pan surowego mięsa?

Ryzykuję i jem tatara, w dodatku z surowym żółtkiem. Wiem, że rozum nakazuje zrezygnować z takiego dania, ale czasem rozsądku nie słucham.

Co jest najtrudniejsze w pracy naukowca?

Ja bym nie tyle mówił o trudnościach, ile o wymaganiach. Przed uzyskaniem stopnia doktora habilitowanego, wiedziałem, że jestem zdany na siebie i wszystko robiłem sam. Teraz mam doktorantów i „razem” robimy badania, ale tu pojawia się wyzwanie – współpraca zawsze oznacza odpowiedzialność już nie tylko za swoją, ale też czyjąś pracę. A ja zawsze niepokoję się o wyniki, o tempo badań, ich dokładność… I przyznam, że w życiu i w pracy wolę liczyć na siebie.

Trzeba mieć jakieś szczególne cechy, które są ważne w Pana dziedzinie?

W pracy naukowej trzeba być cierpliwym i rzetelnym. Od opracowania koncepcji badań do ich wykonania i napisania pracy. Tutaj nic szybko się nie wydarzy. Trzeba też być dokładnym, konsekwentnym i przewidywać, co się może dziać w nauce, a więc obowiązkowo trzeba być na bieżąco w literaturze.

Jest tu miejsce na jakieś ryzyko?

Ryzyko jest jedno: jeśli nie opublikuje się badań w odpowiednim czasie, to na pewno ktoś nas wyprzedzi. Przyznam, że to bardzo frustrująca sytuacja dla badacza.

W dobie naukowego wyścigu jest więc łatwiej czy trudniej?

Na pewno jest łatwiej pod względem dostępu do informacji i zorientowania w tym, co obecnie się dzieje, ale żeby być na topie, trzeba być kreatywnym. Cały czas być o krok do przodu przed innymi.

Uprawia Pan siatkówkę. Powiedziałby Pan, że w nauce jest trochę jak w sporcie?

Trzeba mieć doświadczenie, a ono w miarę upływu lat rośnie. Niezmiernie ważna jest zdolność przewidywania, ale jednocześnie im bardziej zgłębiamy swoją dziedzinę, jakiś jej konkretny aspekt, tym więcej jest rzeczy do wyjaśnienia i tym więcej chce się wiedzieć. I nie dotyczy to tylko mikrobiologii. Sądzę, że to domena współczesnej nauki: im dalej w las, tym więcej problemów. (śmiech)

Sport pomaga Panu w pracy naukowej?

Nie wiem, czy w pracy naukowej, ale w życiu na pewno. Wysiłek fizyczny pozwala się zresetować. Jest walka, rywalizacja, a endorfiny sprawiają, że pewne rzeczy, które wydawały się trudne, po meczu okazują się bardzo łatwe do rozwiązania.

Ale siatkówka to gra zespołowa…

Oczywiście, że trzeba się dostosować, zgrać, ale dokładnie tak samo jest w zespole katedry, wydziału, uczelni. W każdym sporcie zespołowym ważne są role, w siatkówce jedni są odbierającymi, inni atakującymi i od nich zależy zdobycie punktu, ale atakować mogą wtedy, jeśli ktoś wcześniej odbierze piłkę, a ktoś inny ją nagra.

Gra Pan na pozycji?

Atakującego, ale w pracy muszę zajmować wszystkie pozycje po kolei, a nawet jednocześnie. Od koncepcji, przez badania, po publikację oraz administrowanie Zakładem, a po drodze jeszcze praca ze studentami.

To czego Pan tych studentów uczy?

Prowadzę zajęcia z higieny żywności i bezpieczeństwa pasz przygotowując studentów do pracy w inspekcji weterynaryjnej w zakresie nadzoru obejmującego dużą część łańcucha żywnościowego tj. wytwarzanie pasz i produkcję żywności pochodzenia zwierzęcego. Oczywiście wiem, że większość studentów po zakończeniu studiów będzie pracowała w lecznicy, a nie w inspekcji, dlatego zwracam im uwagę również na te zagrożenia, które mogą się pojawić w ich własnej kuchni, gospodarstwie w związku z niewłaściwym przechowywaniem żywności i przygotowywaniem posiłków. Staram się studentom uświadomić, że nie żyjemy w próżni – wiedza, jaką zdobędą na uczelni, jest istotna nie tylko dla nich samych i ich karier, ale często wpłynie również na jakość życia innych ludzi. Szczególnie ma to znaczenie, kiedy będą przykładowo decydować o tym czy dany produkt żywnościowy, trafiający często do kilku czy nawet kilkunastu tysięcy ludzi, nie będzie stanowił zagrożenia dla ich zdrowia!

rozmawiała Katarzyna Kaczorowska