志贺产毒大肠杆菌在加州的绿叶菜生产连续爆发

1介绍

绿叶蔬菜是志贺产毒的最常见的一种来源大肠杆菌(STEC)污染在加拿大和美国(美国),之前只有牛肉(马歇尔et al ., 2020)。在美国百分之九十的绿叶蔬菜种植收获从加州和亚利桑那州(加州绿叶蔬菜营销协议,2020年)。尽管监控技术旨在控制致病危害农业、绿叶蔬菜生长在加州遭受几个高调的食源性疾病暴发(美国食品和药物管理局,2020;美国食品及药物管理局,2020 b;美国食品及药物管理局,2021)。2020年STEC爆发,特别是大肠杆菌O 157: H7,在加州中部海岸代表一系列重复的爆发与绿叶蔬菜有关。2020系列的暴发之后,FDA与种植者使用良好农业规范的重要性(差距),尤其当他们适用于农业用水。然而,高的地理差别生产绿叶领域随着气候变化模式,使这一问题复杂化。

美国食品和药物管理局(FDA),与疾病控制中心(CDC),和地方官员进行了全面调查的原因常年STEC暴发(美国食品和药物管理局,2020;美国食品及药物管理局,2021;疾病预防控制中心,2019)。FDA反复发生疫情的分析确定三个关键趋势由产志贺毒素大肠杆菌污染的绿叶蔬菜在2018 - 2020年:致病性的存在大肠杆菌、常见的地理区域和相邻的土地(问题活动美国食品和药物管理局,2020)。回溯分析的爆发发生在2018年- 2020年确认一个积极比赛爆发菌株的牲畜粪便样本收集从相邻的土地(美国食品和药物管理局,2020;美国食品及药物管理局,2020 c;美国食品及药物管理局,2021)。这一发现并没有提供一个明确的机制如何大肠杆菌污染绿叶蔬菜在绿叶蔬菜的生产和收获(美国食品及药物管理局,2020 b)。然而,它确认STEC的存在,与加州爆发和是一个潜在的长期存在的污染源(美国食品及药物管理局,2020 b)。然而,大多数病原体运输机制是投机,和确认需要进一步研究移情的潜在途径。

FDA发布了绿叶蔬菜STEC行动计划(LGAP)对反复发作与绿叶蔬菜(美国食品及药物管理局,2020 c)。LGAP计划强调农业生态系统的创建基于利益相关者在公共和私营部门进行密切合作,解决安全生产知识差距在绿叶。例如,美国食品及药物管理局与美国环境保护署(EPA)为商业杀毒功能,创建一个标签可以应用于农业灌溉用水战斗STEC (美国食品及药物管理局,2020 c)。EPA / FDA农业水资源协议旨在帮助利益相关者发展有效性数据商业消毒液。然而,该协议有几个现实的限制和经济后果,如过度使用消毒产品的潜力,从而产生消极影响的绿叶和土壤质量。

除了FDA,学术和当地监管机构,包括加州粮食和农业部门(CDFA),促进了绿叶蔬菜产业的积极立场的常年发生STEC暴发(2020年加州LGMA)。绿叶蔬菜营销协议(LGMA)是一种联合的种植者生产90%的绿叶蔬菜提供给消费者在美国多次LGMA成员自愿审计在整个赛季由美国农业部(USDA)认证检查员(2020年加州LGMA)。审计通常是赛季前评估,具体地址水、土壤改良剂、环境因素、工作实践和现场卫生(2020年加州LGMA)。

本文旨在分析最近STEC爆发的潜在作用在加利福尼亚和绿叶蔬菜农业用水和污染相邻土地利用机制。评审认为绿叶生产的因素,可能导致对病原体的易感性增加污染。目前,LGMA, FDA和其他利益相关者积极努力解决维持安全的绿叶在加州生产。一个微妙的方法复杂leafy-STEC问题在加州是迫切需要的。

2常年致病性的暴发大肠杆菌在加州的生菜

过去2年,绿叶蔬菜和打包沙拉已经与众多的多态STEC污染(疾病预防控制中心,2019)(表1)。STEC暴发是随机的时间和地理特性和高度与绿叶蔬菜在加州的季节性增长(马歇尔et al ., 2020;美国食品及药物管理局,2020 b;疾病预防控制中心,2019)。高STEC暴发和加州之间的相关性可能由于大量的绿叶产生的状态加上一个更高级的可追溯系统。当绿叶蔬菜种植和收获全年在加州,STEC爆发的高峰期发生在冬季10月和4月之间马歇尔et al ., 2020)。这与历史使用加州中央谷地区填补绿叶生产缺口时太热在加州中部海岸和沙漠地区的加州,亚利桑那州(也),和墨西哥(2020年加州LGMA;马歇尔et al ., 2020)。因此,仔细调查之间的关系日益增长的实践在加州,农业水、绿叶蔬菜,和STEC是十分必要的。然而,绿叶暴发本质上是很难解决,因为他们的保质期短,导致识别滞后暴发的源(马歇尔et al ., 2020)。此外,大多数暴发的短时间限制的所有机会都抛弃了调查人员及时采访病人。这种限制会妨碍假设生成和限制选项直接测试产品污染。

2.1最近绿叶暴发的流行病学

FDA和疾控中心一个健康,状态,和当地合作伙伴,研究多个暴发大肠杆菌O 157: H7在加州从2018年到2020年(美国食品和药物管理局,2020;美国食品及药物管理局,2020 b;美国食品及药物管理局,2021))。在2019年的秋天,有三个独立的暴发与萨利纳斯山谷的生菜收获(美国食品和药物管理局,2020;美国食品及药物管理局,2020 b)。总共有176个疾病和27个州报道导致85人住院和15例溶血性尿毒症综合征(HUS) (疾病预防控制中心,2019)。全基因组测序(WGS)确定三个暴发是由截然不同造成的E。杆菌O 157: H7菌株(疾病预防控制中心,2019)。尽管有一些遗传差异,疑似农场显示重叠的抽样这些疫情的供应链(美国食品及药物管理局,2021)。这大肠杆菌O 157: H7应变证明2018年食源性疾病关系密切,2019年和2020年与绿叶蔬菜消费和有关大肠杆菌O 157: H7应变与临床样本(即从患者)在2016年和2017年(美国食品和药物管理局,2020)。

流行病学和回溯调查证实了积极的比赛爆发菌株的牲畜粪便样本收集艰苦的绿叶蔬菜种植污染(美国食品和药物管理局,2020;美国食品及药物管理局,2020 b))。疫情的菌株基因相似,但不完全相同,从2016年和2017年爆发菌株(美国食品和药物管理局,2020;美国食品及药物管理局,2020 b;美国食品及药物管理局,2021)。除了上述菌株外,另外两个STEC隔离从抽样地区在萨利纳斯山谷农场,不与任何爆发(美国食品和药物管理局,2020)。在2020年夏季和秋季,STEC污染,基因类似于2019年爆发,与绿叶蔬菜(美国食品和药物管理局,2020;美国食品及药物管理局,2021)。到目前为止,回溯分析不能够识别类型的绿叶。综上所述,这些疫情代表一个令人不安的,重复性的多年生绿叶蔬菜的污染模式。

调查人员认为应用程序是否被污染的农业用水可能导致病原的传播大肠杆菌。虽然没有一个农民采访报道使用萨利纳斯河的水灌溉来源,致病的一个积极的测试结果大肠杆菌检测(美国食品和药物管理局,2020)。每个可疑的农场有一个过程来对待水从开源之前洗手液水用于灌溉期间产生的增长(马歇尔et al ., 2020;美国食品和药物管理局,2020)。然而,由于固有的延迟食源性疫情调查,调查人员无法确定治疗的有效性发生污染事件(前马歇尔et al ., 2020;美国食品和药物管理局,2020)。

长叶莴苣可能有一些特点,使其更容易受到STEC污染,包括其形状和生理(马歇尔et al ., 2020)。回溯努力发现,54%的报道暴发与生菜尽管卷心莴苣最收获绿叶(马歇尔et al ., 2020)。然而,一种内在的脆弱性之间的联系的莴苣和病原体污染仍不清楚。虽然某些品种的长叶莴苣血管系统,可以支持病原体内化,反复发作的驱动力是最有可能源于环境因素(从et al ., 2015)。长叶莴苣出货量在美国大部分来自加州中部海岸地区从5月到11月,亚利桑那州今年剩下的时间(马歇尔et al ., 2020)。在2017 - 2018年期间,三个的爆发大肠杆菌O 157: H7在美国长叶莴苣都发生在加州的生产季节的尾端(疾病预防控制中心。2018;美国食品和药物管理局,2020)。因此,FDA建议供应商开始标签莴苣包装,这样消费者可以识别产品的收获。

2.2在加州STEC爆发的历史背景

在2006年,一个引人注目的跨州爆发STEC归因于袋装菠菜,在加州收获(Gorny et al ., 2006)。205年美国食品药品监督管理局和美国疾控中心确认大肠杆菌O 15: H7疾病暴发,包括31例溶血性尿毒综合征,104人住院治疗,4例死亡(疾病预防控制中心,2006)。大肠杆菌O 157年分离出13包菠菜由病人住在10个州。所有13的DNA指纹大肠杆菌匹配的爆发压力(疾病预防控制中心,2006)。这促使一个历史性的全国召回所有包装好的婴儿菠菜2006年9月(疾病预防控制中心,2006;Gorny et al ., 2006)。许多食品安全官员认为菠菜爆发的关键事件之一,美国国会通过《食品安全现代化法案》在2011年(FSMA)通过之前。这代表着一个巨大的转变管理者的心态,表明良好农业规范(差距)不足以阻止疫情(史密斯et al ., 2011)。此外,2006年的爆发促使种植者和零售商形成LGMA为了执行食品安全审计在加州和亚利桑那州(Gorny et al ., 2006)。然而,在年的流逝FSMA,通过之前在加州和亚利桑那州STEC疫情仍普遍绿叶生产领域。2018年爆发在长叶莴苣几乎超过了2006年爆发在菠菜(Gorny et al ., 2006)。

FDA的调查2006年爆发期间,联邦和加州官员发现疫情的菌株在13个袋多尔品牌婴儿菠菜(疾病预防控制中心,2006;Gorny et al ., 2006)。调查追踪产品代码在蒙特雷和圣贝尼托县4个字段在萨利纳斯山谷,CA。他们追踪污染自然选择在圣胡安包蒂斯塔食品工厂,加利福尼亚(英格拉姆et al ., 2011)。虽然E。杆菌O 157: H7被发现在环境样品所有的农场,爆发相匹配样本仅限于一个农场在圣贝尼托县(Gorny et al ., 2006;史密斯et al ., 2011)。爆发的大肠杆菌被隔离两牛附近有牵连的菠菜字段,字段和一个野猪被杀的一个字段。地下水位的变化在2006年的生长季节也可以造成污染问题。今年3月,农场的地下水位高于圣贝尼托·河床但7月跌至河床的水平;地下水随后跌破河床水平在本赛季(英格拉姆et al ., 2011)。

3在加州相邻土地利用问题

很多情况下可以在绿叶中破坏产生的安全生产环境中,如干旱,包括时间、灌溉的方法,和土壤类型(Gorny et al ., 2006)。病原体可以通过大气污染产生沉积、地下水、粪肥和堆肥处理,不良接触受污染的水灌溉或洪水,转移到昆虫,或牲畜产生的排泄物污染(种植者,2019;美国食品和药物管理局,2020)。大多数这些污染路线使用水作为一个中间或直接向量(种植者,2019;美国食品和药物管理局,2020)。密集的努力已经准确地了解病原体的确切机制引入到绿叶生产环境。水污染与相邻土地利用实践绿叶蔬菜产业是一个重要的问题(廖et al ., 2021)。与相邻土地升级,因为生产领域的问题在加利福尼亚地区往往是动物生产区域附近,因此盘龙野生动物之间的生态关系,牲畜,和生产(- et al ., 2013)。生态生物多样性提供至关重要的生态系统服务,如需要保护自然周期的资源(廖et al ., 2021)。然而,原生动物的存在相邻生产领域的风险可能会增加绿叶蔬菜由肠道细菌的污染。大肠杆菌物种丰富的哺乳动物和鸟类的消化系统,这在extra-host生存环境(如土壤),可以被分散在景观(廖et al ., 2021)。

反刍动物,主要是牛,被认为是一个重要的储层针对产志贺毒素大肠杆菌,可减少病原体和直接或间接污染灌溉水,径流或粉尘环境中(Astill et al ., 2020)。虽然牛产生的传播途径是未知的,合理的方式与绿叶蔬菜已经成为污染,包括径流从这些附近的土地,直接从动物传播操作绿叶生产领域,农业粪便污染的水和应用程序(阿尔瓦雷斯et al ., 2019;Astill et al ., 2020)。比较本地野生动物病原体的发现病原体的相对丰度脱落积极性率大约是5%大肠杆菌O 157: H7对牲畜和野生猪(廖et al ., 2021)。三个种植者之一2019年疫情调查毗邻一个活跃的牛牧场800英尺的缓冲区执行只有在作物生长季节(廖et al ., 2021)。测试附近的土地不到两英里上坡生产农场并返回一个积极的样本,与2019年爆发的基因(廖et al ., 2021)。这种积极的结果是恢复从一个业者在一个农场调查员将其描述为明显包含土壤和肥料(惠特曼et al ., 2006)。2019年FDA环境评估的初步结果表明相关性STEC污染和附近的土壤和水使用的牛和猪(美国食品及药物管理局,2020 c)。

野生鸟类种群被广泛认为是潜在的重大经济损失的原因由于农作物的破坏,他们构成了潜在的公共卫生关注由于食源性病原体运输(泰雷兹et al ., 2001)。候鸟群和小植绒食虫动物/ granivores可能增强的传播大肠杆菌人口在环境(Navarro-Gonzalez et al ., 2020)。相比之下,生产领域的大型哺乳动物可以保持足够的击剑。然而,种植者表示担忧的挑战最小化野鸟入侵和随后的潜在的病原体污染的生产、土壤和水。一个纵向研究的加拿大鹅在科罗拉多州,美国报道的患病率大肠杆菌在最寒冷的几个月范围从2% 94%在今年最热的时间(Navarro-Gonzalez et al ., 2020)。欧洲椋鸟,这是一个讨厌的农业害虫,也提出了潜在的储层和向量大肠杆菌O 157: H7和已报告携带和传播人类病原体牛(Navarro-Gonzalez et al ., 2020)。

Wildlife-driven分散的大肠杆菌紧密地与流域,森林覆盖率高(惠特曼et al ., 2006)。森林可以提供更大的哺乳动物移动的路径和支持一个高密度的候鸟(惠特曼et al ., 2006)。这增加粪便污染物被分散的机会从森林到相邻的生产领域。然而,观察土壤的分散大肠杆菌在广泛的生产领域是相对有限。缺乏连接在农业领域可能阻碍野生动物的运动,分散大肠杆菌,添加额外的缓冲区(美国食品和药物管理局,2020)。一个假设疫情的病原体坚持动物水库,可能再度发行污染到环境中日益增长的地区附近生菜(图1)。

3.1农业水资源污染的输送机

农业用水是公认的生产工业和食品安全专家作为肠道病原体的潜在向量。污染机制根据地区不同,因为每个农场都有一个独特的环境危险因素如地形、土地利用的相互作用和气候(顾et al ., 2019;马歇尔et al ., 2020)(图2)。流域景观是一种重要的生态的司机和传播模式大肠杆菌。环境压力,如有限的可用性的营养和水,存在有毒分子,和大变化的温度和湿度,可以影响的传播大肠杆菌(顾et al ., 2019;马歇尔et al ., 2020)。农业地区的水域可能产生污染的风险更高由于更少的环境约束和更高的位置之间的肠道细菌的传播潜力(顾et al ., 2019;马歇尔et al ., 2020)。

在美国,大约75%的退出淡水致力于农业用水来源,主要用于灌溉基础设施(Nurzaman 2017;顾et al ., 2019)。灌溉和运河系统创建复杂的生态环境与多个潜在的病原污染来源和路线(Nurzaman 2017)。农业用水运输通过灌溉沟渠和运河涉及与居住在沉积物和土壤中的微生物,通过管道运输包含潜在的生物膜(Nurzaman 2017)。每个灌溉子系统:收集、补充、储存、运输、分销和养殖场,和田间应用程序涉及到流程有可能携带微生物污染物(马歇尔et al ., 2020)。灌溉用水的存储方法可以深刻影响病原体传播的,因为它涉及到与微生物的水库底部沉积物,银行的土壤,和运输通过管道(Nurzaman 2017)。其他存储系统,如大坝、蓄水池、跨流域转移机制和水库已确定额外的病原体的前兆点(里吉奥et al ., 2019)。开源水,如水库、池塘和运河,极易受污染的地下水相比(种植者,2019)。工业和市政污水下水道、化粪池和风暴排水都可以潜在污染开放水源(Zimmer-Faust et al ., 2020)。地下水往往是防止微生物污染,除非它被暴露在地表径流或其他污染源接近含水层。然而,病原体可以生存期在地下水与地表水相比,因为地下水是冷却器,并提供从紫外线保护(Rothman et al ., 2020)。密集的牛生产和其他农场操作,可能会导致病原体的浸出等大肠杆菌在浅层地下水,从而污染(贝克曼et al ., 2013)。然而,根据当地地下水可能不是适合绿叶生产由于其矿物和盐含量(英格拉姆et al ., 2011)。

农业用水是如何应用于绿叶蔬菜显著影响微生物污染的风险(图1)。头顶浇灌溉造成污染的风险高于沟和地下滴灌系统因为滴灌最小化接触某些植物的可食用部分(种植者,2019;阿尔瓦雷斯et al ., 2019)。然而,地下灌溉已经决心影响一些病原体产生的内化,菠菜等植物(沈et al ., 2017)。根据一些研究,内化病原体的可能性增加当水喷洒系统介绍了生物而不是当水直接应用于土壤(沈et al ., 2017)。在加州,灌溉用水通常运输通过灌溉沟渠和运河,因为自然干旱的环境。在南部沙漠,洒水装置通常用于第一个5 - 7天直到幼苗出现,然后出现了皱纹和灌溉剩下的赛季。大多数字段在中部海岸pre-irrigated软化播种的土壤和沟灌溉使用是因为强风。中央谷的主要灌溉方法表面滴;这是因为滴灌可以分发水比沟均匀或洒水装置和允许种植者水更频繁(Nurzaman 2017)。在大部分绿叶生产,大多数水是应用在过去30天内收获(加州绿叶蔬菜营销协议,2020年)。

现场研究表明通过农业生产污染的具体过程水是费力而相对稀缺。Non-etheless,微生物破坏农业用水的意识增加了。研究人员调查了肥料的保留病原体拍和土壤使用“土壤盒子”实验和小型田间试验(Nyirabahizi et al ., 2020)。研究表明,草原缓冲区可以保留95至99%的病原体根据季节与暴雨事件但不明显。这些研究表明,大多数微生物物种坚持肥料矩阵和至少10英尺的缓冲区中高效过滤掉大部分病原体(Nyirabahizi et al ., 2020;阿尔瓦雷斯et al ., 2019;我得:et al ., 2018)。然而,需要充分的渗透,和土壤压实的缓冲区可以显著降低过滤效果。在加州南部沿海地区可以体验排泄物污染的市政供水系统由于风暴在暴雨径流事件(顾et al ., 2019)。降雨事件是已知病原体荷载增加携带动物下降从地面到当地溪流和分水岭。此外,雨水径流可能导致水土流失和高水浊度(顾et al ., 2019)。这只化合物病原体污染的风险,由于太阳辐射是一种重要的自然元素减少粪便污染。气候变化只是将加剧加州供水粪便交叉污染的风险,因为这些天气模式的频率和强度增加。

4监管应对常年暴发

大肠杆菌O 157: H7经常涉及与水相关的暴发,因为它可以生存很长一段时间在低营养,强酸性和低温条件下(美国食品和药物管理局,2020;美国食品及药物管理局,2021)。病原体污染的农业用水和运输的风险农场取决于许多因素,如水源、水储存的方法,和水应用方法(美国食品和药物管理局,2020;美国食品及药物管理局,2021;Nyirabahizi et al ., 2020;阿尔瓦雷斯et al ., 2019;我得et al ., 2018)。调查发现一个水样检测呈阳性的萨利纳斯河non-outbreak应变大肠杆菌O 157: H7 (美国食品和药物管理局,2020;美国食品及药物管理局,2021)。在整个暴发调查,12 non-O157次级样本阳性大肠杆菌相关,而不是爆发,恢复在农场周围的区域(美国食品和药物管理局,2020;美国食品及药物管理局,2021)。虽然这些菌株可能不是致命暴发菌株,志贺毒素基因的存在是一个潜在的排泄物污染和增加病原体负载指标。虽然农民没有报告将河里的水用于灌溉,它涉及农业水资源污染的机制。每个调查种植者有一个程序来把水从一个开源的消毒液在使用期间产生的增长;然而,调查人员无法确定治疗的有效性发生之前他们的现场访问(美国食品和药物管理局,2020;美国食品及药物管理局,2021)。虽然受访的种植者表示使用萨利纳斯河的水在他们的作物,病原的检测结果呈阳性大肠杆菌O 157: H7来自河流强调需要更好地理解生态、人类病原体的生存,和运动区域(美国食品和药物管理局,2020;美国食品及药物管理局,2021)。

绿叶蔬菜的安全性已经在FDA的前沿努力防止食源性疾病(美国食品和药物管理局,2020;美国食品及药物管理局,2020 b;美国食品及药物管理局,2021)。FDA食品安全现代化法案》(FSMA)通过之前建立法规,确保水、土壤改良剂(例如,化肥或堆肥)和食品接触表面不会导致产生交叉污染(美国食品及药物管理局,2021)。生产安全规则(PSR)设置最低标准成长,收获、包装,并持有人类食用水果和蔬菜(美国食品及药物管理局,2015)。这个规则还包括农业用水标准、动物源的生物土壤改良剂的应用程序,预防污染的食草动物和工作,工人健康和卫生,和农业基础设施(美国食品和药物管理局,2020;美国食品及药物管理局,2020 b;美国食品及药物管理局,2021)。PSR的实现在2015年之后,LGMA需求随后修订2017年对齐。与绿叶蔬菜消费相关的疾病频发引发了FDA采取预防措施通过发布2020年的绿叶蔬菜STEC行动计划(LGAP) (美国食品及药物管理局,2021)。这些措施的目的是支持一个完整的食品安全体系,帮助培养更为紧迫,监管机构和利益相关者之间的协作,注重行动的方法(美国食品和药物管理局,2020;美国食品及药物管理局2020 b;美国食品及药物管理局,2021)。

2020年,美国环保署和FDA合作协议,设置治疗参数和控制研究农业用水消毒液的功效(美国食品及药物管理局,2020 d)这个协议旨在帮助洗手液公司开发的数据集上他们的产品在人类病原体灭活的有效性李斯特菌,大肠杆菌,和沙门氏菌在收获前的农业水。EPA的oversite协议确保公司可能使用数据来支持注册新的治疗产品收获前的农业水(美国食品和药物管理局,2020;美国食品及药物管理局,2020 b;美国食品及药物管理局,2021)。采用这个协议,快速和广泛的测试多个杀毒功能,单独和组合,将有利于生菜和绿叶的参与者连续生产。协议包括标准测试水,如浓度对浊度、总有机碳、总溶解盐、pH值、和必要的控制进行比较(美国食品及药物管理局,2020 d)。这个“最糟糕的情况”水质的目的是代表了潜在的条件范围。然而,推出这个协议的麻烦,因为没有放之四海而皆准的解决方案,减少灌溉方式的细微差别。协议是费力的,与多个控制治疗,需要一个BioSafety-2水平控制实验室设备(美国食品及药物管理局,2020 d)。地区水质的细微差别创建一个重大风险的过度使用化学消毒液,导致药害,土著微生物群落的破坏,恶化的运营成本(我得et al ., 2018)。此外,测试水pH值条件往往是比较极端的,浊度和有机负载相比,农业用水在生产季节的字段(美国食品及药物管理局,2020 d)。

4.1当前状态的农业水环境卫生

减少食源性病原体是至关重要的农民和生产者的经济、环境和社会安全。农业灌溉用水是绿叶种植者的主要成本。水的成本相差很大根据地区或机构,交付,相关的费用,和泵变量。注入水的估计成本通常是228 - 435美元每英亩在加州中部海岸地区(卡尔文et al ., 2017)。大多数灌溉系统维护的地主和被认为是包括在土地租赁成本(卡尔文et al ., 2017)。所以种植者投资并拥有喷水灭火系统管道和滴灌系统材料满足灌溉需求,包括消毒液(卡尔文et al ., 2017)。总用水灌溉方法而异,土壤类型、天气和时间的作物种植。例如,土壤与重粘土将保留更多的水比砂土(Nurzaman 2017)。水处理的成本取决于类型的系统实现,与紫外线系统是最昂贵的和化学治疗与钙或次氯酸钠最便宜的(Nurzaman 2017)。许多种植者,尤其是小农场,关心的是成本的增加水卫生处理和治疗的有效性。

4.2改进的机会FDA / EPA农业水资源协议的实现

迫切需要有一个可靠的农业用水供应,满足当前LGMA绿叶生产连续性指标(加州绿叶蔬菜营销协议,2020年)。美国农业部国家有机标准已正式建议次氯酸盐应用剂量不超过4 ppm残留限度由《安全饮用水法》可能疗效窗外,FDA / EPA协议(美国农业部农业营销服务,2020年)。具体来说,水处理成本每英亩的更多信息,对土壤质量的影响,病原体宽容,和抗菌素耐药性是必要的。此外,下游的生物效应,如抗生素耐药性细菌和原生土壤生态,改变已经使用这些传统化学干预(密切相关我得et al ., 2018)。因此,新工具需要种植者,希望遵守水的卫生指标。

有必要评估环境条件可能影响农业水处理效果。性能参数,如浊度、总悬浮物,pH值,流量抗菌、微生物和历史背景,影响有效性的洗手液治疗(种植者,2019)。在绿叶蔬菜生产连续、非生物和生物变量出现在种植和收获季节调节污染病原微生物的生长和存活。然而,公共健康问题提出了化学物质的过度使用水和化学副产品积累产生的潜在的健康风险(种植者,2019)。此外,洗手液接触时间字段长度显著变化,管道直径,距离注入,管道压力,泵,流量(种植者,2019)。因此,需要一个系统方法,绿叶种植者可以持续采取措施如EPA / FDA协议建议,同时满足食品安全目标。

目前,LGMA标准需要种植者必须把他们的水于收获(前21天2020年加州LGMA)(表2)。在治疗之前,种植者必须开发和维护详细的标准操作程序来跟上行业标准对农业水(2020年加州LGMA)。这些程序通常需要验证通过认证的第三方实验室进行科学研究。很多研究专注于目标细菌的对数减少(描述EPA / FDA),总大肠菌,死亡的生物体(具体指标- et al ., 2013)。这些日志减少计算抗菌治疗前后是否足够减少发生(种植者,2019)。然而,随着越来越多的致病性暴发相关的农业用水,FDA提出了PSR的变化。PSR提出最重要的改变是移除某些秋收之前的那次测试要求的农业用水,代之以农业水资源评估(美国食品及药物管理局,2021)。提出农业评估将包括评估农场的水系统,农业用水实践,作物特点、环境条件和其他相关因素。

4.3系统农业用水卫生的方法

之间有一个权衡优先考虑环境保护和集约农业,生态有限的数据支持或反驳的角色在分散的病原体在正常操作条件下野生动物(时候et al ., 2016)。农业供水系统边界往往是空间和时间的界限定义的结构的基础环境、社会经济和政治结构和土地利用决策由农民和农业社区(时候et al ., 2016)。然而,农业流域互联超出人类的称号,和农业系统是由子系统具有独特的属性。这些系统在持续的流动是由于结合当地环境事件和全球气候变化时候et al ., 2016)。目前,加州和美国西南部的农业地区,90%的绿叶蔬菜种植的地方,正面临着广泛和增加水约束。主要干旱和其他气候事件影响了农业生产,减少地表和地下水储量。

农民和牧场主全国唯一受到联邦法律的影响,基于这些法律规定,经常吸收依从性的成本。研究估计,合规成本LGMA推荐的食品安全标准,就像那些需要根据该PSR (卡尔文et al ., 2017)。种植者需要确保他们的安全生产和适应买方请求通过财政支持内部部门和/或员工特别是致力于这些项目的监督管理。食品安全项目的主要成本是参与第三方独立审计(卡尔文et al ., 2017)。成本与食品安全相关的项目从50 - 100美元每英亩根据农场,人员成本,和检查情况。此外,成本每年每英亩120美元或60美元每英亩农作物包括在预算管理和遵守监管项目估计(卡尔文et al ., 2017)。这些更容易影响较小的农场,因为法规依从性所需的资源。

在加州缺水导致次优的灌溉水源的使用。现在在加州58个县都是在干旱紧急公告,造成100年来最干燥的冬天(目前的干旱,2021)。净农业水资源短缺最严重影响加州中央谷(CDFA 2017)。进一步检查农业中央谷的水质是很重要的,因为入味的石油生产和炼油厂(史密斯et al ., 2011)。干旱也会压力农民种植庄稼更适合他们的区域水资源和气候。例如,水压力将有利于生菜产量在潮湿等沿海地区中央海岸的内陆地区作物的需水量高(加州绿叶蔬菜营销协议,2020年)。这有可能是一个主要的食品安全问题,因为FDA确认的存在大肠杆菌O 157: H7萨利纳斯河(美国食品及药物管理局,2021)。这些和其他极端天气事件,如洪水或森林火灾,也将更加频繁,并将与降水和地表水供应的波动。面临的挑战,在当地都是极其复杂的,多样的,需要一个整体的方法。这种方法需要更好的微生物知识风险,无潜力,考虑下游的生物效应。

种植者在加州水质表示需要更多的知识,包括微生物学和新兴污染物以及水处理技术教育(Hodson和刘易斯,2016年)。与利益相关者的沟通对食品安全控制措施的预期结果必不可少的传播水处理知识。然而,实现的主要障碍是,合规成本必须提前估计,当前的行业惯例或经常用有限的知识可能采用响应策略。因此,研究人员需要评估关键的输入和参数并生成静态假设。

有益的管理计划(BMP)的设计是基于感知风险和主要需要解决的潜在病原体负载相邻的土地。风险分析过程的一个主要部分是确定病原体负载毗邻地区流域和过度负荷的潜在途径。BMP旨在解决病原体负载主要依靠环境因素如时间,距离,阳光照射,导致微生物种群自然下降。EPA和美国食品及药物管理局发布了测试协议促进数据开发功效的消毒液在特定食源性病原体在农业水(美国食品及药物管理局,2020 b)。该协议旨在规范洗手液制造商和供应商的过程加快的过程获得EPA标签批准。然而,达到水质标准的直接成本所需的各种使用(和收获后)可以提高通过向利益相关者提供最适用的、有效的,为他们定制的和安全的干预技术处理可用的水资源。需要更多的科学研究绿叶的协议实现可持续生产领域。以及研究预防措施。

5未来改进农业用水安全

当前的法规管理体系依赖于几十年的技术来确定水质的水体是可以接受使用。总大肠菌群、粪大肠杆菌群,通用大肠杆菌目前用作水质卫生指标。然而,依赖于大肠杆菌群的病原体的存在往往会导致假阳性指标,因为通用的E。杆菌指数更丰富的水域比其他微生物病原体。各种分子技术对改善公共健康已经检查了他们的潜力提供科学依据和解决新兴食源性疾病。然而,当这些控制措施的目的是表达一个数值(例如,指定减少特定食源性),不可能得到实施预防措施(时候et al ., 2016)。例如,的目标减少“3日志CFU /毫升”是一个共同的目标岗位使用的EPA / FDA协议来确定人类病原体标签声明(美国食品及药物管理局,2020 d)。这个标准通常是应用于收获后加工环境卫生洗手液时应用硬表面或洗水。然而,收获前的现场环境比收获后加工动态设置。因此,新颖的方法,可以在一个巨大的规模需要控制食源性病原体。

目前,监管机构正在转向系统的方法来防止病原体污染的绿叶生产连续体(时候et al ., 2016)。秋收之前的那次的年度评估农场的农业用水来识别任何条件可能引入危害或覆盖到生产或食品接触表面(美国食品及药物管理局,2021)。根据这些评估,农场将确定纠正或缓解措施是否合理必要减少潜在的污染。评估包括评估农场的水系统,农业用水实践,作物特点、环境条件,和其他相关因素,如任何测试的结果进行评估索赔通知(美国食品及药物管理局,2021)。

5.1改进的抽样和病原体检测

细菌负荷可以改变整个垂直水列流长度和宽度(惠特曼et al ., 2006;Lliros et al ., 2010;我得et al ., 2018)。一个水样不准确显示水质灌溉期间,水和微生物可接受性不应来自有限数量的水质测量(赢得了et al ., 2013)。这些动力学需要多个水样进行分析充分代表真正的渠道、运河水质(我得et al ., 2018)。抽样技术,如手动、自动、被动和怜正比可以用于地表水径流(Kalkhajeh et al ., 2019)。

PSR和LGMA需要绿叶种植者农业水资源质量监测和检测大肠杆菌群的存在和其他添加剂。最初,微生物水质档案(MWQP)是由抽样评估未经处理的农业用水日益增长的时期和收集20个样本/ 2到4年(美国食品及药物管理局,2015)。相当于FDA发布的测试方法对农业水列表描述了一些定量和定性方法,可以申请测试任何农业用水。测试频率是基于水源;四个或更多样本所需的地下水,而20或更多的地表水所需样品。不同的水分析方法适用于农业,例如,秋收之前的那次的定量和定性或定量测试收获或收获后处理(美国食品及药物管理局,2015)。采样深度应在6 - 12英寸范围内水面以下地表水样品。

最近的研究表明改善农业用水取样方法,可以帮助农民和种植者。水抽样方法的选择有显著影响病原体检测、和一个更大的体积(> 100毫升)应该为一个精确的分析评价灌溉用水的病原体污染(Sbodio et al ., 2013)。文化的方法仍然是黄金标准检测病原体从环境样本。的进步分子的方法,如聚合酶链反应(PCR),已成为可靠的工具,可以表明病原体的存在(总结et al ., 2012)。然而,环境样品的复杂性需要并行检测方法对多个目标增加宽度,敏感性和特异性检测的重要病原体。小说捕捉元素,如噬菌体集成到一个电气检测系统,能够成功捕获STEC地表水的压力(Quintela、吴,2020年)。

传统的摩尔拭子技术修改了一盒带已被证明是有效地捕获和捕获STEC O157: H7和沙门氏菌spp。在大量的灌溉用水样品(Sbodio et al ., 2013)。然而,这是观察到的流行李斯特菌spp。修改时减少摩尔拭子(MMS)方法被用来抓住和样品相比0.45µm过滤器(Cha et al ., 2016)。亲和力和附件的细菌的表面结构影响显著,疏水性,费用,和细胞大小(Bisha et al ., 2014)。MMS加上一个比色基于纸张的方法时,大肠杆菌,沙门氏菌spp。,l . monocytogenes成功检测到从大量农业水域(10 L) (Bisha et al ., 2014)。

的浓度和动态大肠杆菌在取水灌溉期间估计基于三维分布,显示热点在不同深度在一个池塘。这个水动力模型可以有意义的工具,提高微生物水质监测工作。在乔治亚州南部,发现无显著差异沙门氏菌spp。或大肠杆菌检出率和细菌之间的负载取样在银行靠近泵的吸入口与抽样从池塘周长周围的银行(李et al ., 2018)。然而,样本收集从银行最近的摄入量与摄入量有更高级别的协议比收集池塘周边(李et al ., 2018)。这个关键信息可以促进地表水采样的最佳实践。人工智能工具也允许筛选农业地表水特定病原体的数量,如通过训练算法预测的存在与否沙门氏菌种虫害的基础上大肠杆菌人口以其他水环境(Polat et al ., 2020)。

5.2噬菌体

噬菌体(或噬菌体),首次发现在20世纪,是一种病毒,这种病毒可以感染细菌通过裂解性感染病毒复制(Twort 1915)。噬菌体疗法治疗鼠疫、霍乱和首次记载被广泛用来对抗耐药菌株在医学领域(刘易斯和希尔,2020年)。FDA已经批准了几个商业噬菌体产品控制食源性病原体,如STEC、李斯特菌,和沙门氏菌。所有批准的产品被普遍认为是安全的(GRAS),可以直接用于食品(刘易斯和希尔,2020年)。具有高耐受性外部压力,噬菌体可以应用在各种条件下(阿尔瓦雷斯et al ., 2019)。此外,他们可以与其他抗菌药物使用障碍干预增加抗菌活性,而减少使用抗菌剂,可随后导致抗菌素耐药性的发展。收获后的应用程序相比,信息使用噬菌体在收获前的环境是稀缺的,即使技术已被用于改善废水处理和饮用水质量(马修et al ., 2019)。

与常见的化学和物理治疗,噬菌体应用程序可以解决频繁缺点源于使用传统干预技术,如抗生素耐药性。噬菌体可以与他们共同演化细菌宿主减少噬菌体抗性的发展,和质量影响phage-treated食品可能是最小的(哦,和公园,2017年)。此外,新孤立的噬菌体的基因组特性是必要的,以确保噬菌体是免费的不需要的基因和任何安全问题(廖et al ., 2019;Zhang et al ., 2021)。

考虑机会秋收之前的那次phage-based控制环境承诺降低细菌污染水平。一项研究表明,噬菌体应用程序能够减少大量的病原菌产生抗药性,等大肠杆菌和假单胞菌附近,畜牧业在农业土壤污染(你们et al ., 2018)。另一项研究将噬菌体应用在灌溉用水有效降低植物病原体,Ralstonia solanacearum在300株(阿尔瓦雷斯et al ., 2019)。我们之前的研究表明强劲在体外抗菌活性的小说噬菌体对STEC在水环境中约五日志在4小时内(廖et al ., 2019)。虽然没有直接研究结果发现在灌溉减少食源性病原体,这些发现强烈建议噬菌体技术作为一个有前途的替代技术的潜力来改善当前的干预技术的不足。信息关于攷虑噬菌体应用程序与高效的交付方法来增加机会遇到目标细菌需要未来的研究。

5.3潜在抗菌素耐药性的发展由于反复接触氯化合物

所有需氧微生物管理活性氧积累在细胞不完整的产品减少氧气分子。然而,保护系统在低营养环境中包含变量浓度的氧化物种,如氯,可以成为一个重复使用的适应性反应。消毒宽容饥饿细胞显示显著高于正常细胞失活曲线的基础上对氯和monochloramine (英格拉姆et al ., 2011)。因此,的能力E。杆菌保持生理活性和产生耐药性后氯亚致死的压力有潜在的公共卫生影响。它可能需要进一步水处理实践,特别是在消毒剂残留在水中氯小于0.1毫克/升(汉et al ., 2000)。细菌耐药性问题已与使用这些传统化学密切相关干预措施,可能会增加人类健康风险通过超级细菌的出现(Nyirabahizi et al ., 2020)。相反,替代方法,如噬菌体、细菌的天敌,被采用。当前对噬菌体应用程序主要是由抗菌素耐药性的威胁和不断增长的需要天然抗菌剂。因为噬菌体可以与细菌宿主的不断变化发展,他们被认为是替代抗生素生物防治剂。噬菌体生物防除代表一个有前途的干预在农业领域,因为它是环保的,寄主专一性的、容易制造(Svircev et al ., 2018)。

6结论

需求不断增加新鲜绿叶需要一个整体的食品安全和资源管理方法。绿叶蔬菜生产连续、非生物和生物因素影响条件下表面的绿叶,最终调节水的功效降低卫生微生物病原体的存在。减轻由食源性致病菌污染的水,如STEC菌株,绿叶是至关重要的农民和生产者的经济、环境和社会安全。虽然没有“银弹”经常性爆发,有益的管理计划(BMP)的设计是基于感知风险,并且可以解决潜在的病原体的相邻的土地。BMP旨在解决病原体负载主要依靠环境因素如时间,距离,阳光照射,导致微生物种群自然下降。风险分析过程的一个主要部分是确定病原体负载毗邻地区流域和潜在价值过度负荷,而美国食品及药物管理局正在考虑修订PSR的时候。未来修正PSR和其他食品安全措施正倾向于基于一个系统的方法,可以在生产和安全援助绿叶为所有参与者连续生产。

作者的贡献

艾尔的概念化和设计,回顾了文献,准备数据和表,写了初稿的手稿。智商和刘日东导致概念化和设计和写道,审查和编辑的手稿。VCHW导致了概念化,监督数据,进行项目管理和审查和编辑的手稿。

资金

这项工作是由美国农业部国家食品与农业研究所(美国农业部NIFA)研究所的特色农作物研究计划(SCRI)授予(奖号2021-51181-35905)。

的利益冲突

作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。

出版商的注意

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