Антагонистическая активность пробиотических штаммов: факторы регулирования





Аннотация:

Антагонистическая активность по отношению к патогенной и условно-патогенной микрофлоре ПиУПМ – важнейшая характеристика пробиотических штаммов. В ходе работы изучен антимикробный спектр действия штаммов Lactobacillus acidophilus, L. delbrueckii subsp. bulgaricus из молочнокислых продуктов как

Ключевые слова: пробиотики, пробиотические культуры (микроорганизмы), молочнокислые бактерии МКБ, пробиотический эффект, функциональные продукты питания ФПП, патогенная и условно-патогенная микрофлора ПиУПМ, антибиотическая (антагонистическая, антимикробная, ингибиторная) активность как живых микроорганизмов и экзо-метаболитов в культуральной жидкости, так и в экстрагирующей смеси бактерий, содержащих бактериоцины, другие эндо-метаболиты специфического антагонизма

Как известно, МКБ тесно ассоциированы с пищевыми продуктами и имеют «GRAS» статус (Generally Recognized As Safe), что определяет их как абсолютно безопасные для здоровья человека и животных. В разных странах мира кисломолочные продукты пользуются заслуженной популярностью, поскольку многовековой опыт показал, что они оказывают благоприятное влияние на человеческий организм.

Пробиотические культуры, включаемые в состав кисломолочных, функциональных продуктов питания ФПП, или лекарственных препаратов пробиотиков, положительно влияют на здоровье потребителя на уровнях неспецифического, специфического антагонизма к ПиУПМ, клеточного и гуморального иммунитета [1, 2]. В настоящее время наука о пробиотиках рассматривает однозначный вывод о том, что, чем больше биомасса живых пробиотических культур, тем выше пробиотический эффект, как атавизм, или правило с исключениями [3].

Пробиотики – иммунобиологические лекарственные препараты, которые содержат живые или (что, сравнительно ново в пробиотической микробиологии) инактивированные апатогенные микроорганизмы (эубиотики), обладающие антагонистической активностью в отношении патогенных и условно-патогенных бактерий, а также продукты их жизнедеятельности или факторы роста для микробов нормофлоры (пребиотики) и их рациональные комбинации друг с другом (синбиотики). Эта группа препаратов оказывает положительные эффекты на физиологические, биохимические и иммунные реакции организма человека благодаря стабилизации и оптимизации функций его нормальной микрофлоры и антибиотической активности по отношению к ПиУПМ [4].

Антагонистическая активность бактерий осуществляется с помощью разных (зачастую очень тонких) молекулярных механизмов, а ее проявление зависит от ряда факторов, среди которых прежде всего следует назвать разнообразие взаимодействий антагониста и его жертвы в конкретных условиях внешней среды. Используются также термины антимикробная, ингибиторная

антибиотическая активность [5-8] в понимании способности пробиотических микроорганизмов образовывать антибиотические вещества и за счет этого оказывать бактерицидное и бактериостатическое действие на вредную микрофлору.

Сложность вопроса определяет сужение данной проблемы в представляемом научно-практическом исследовании до молочнокислых бактерий МКБ (прежде всего Lactococcus и Lactobacillus), часто включаемых в кисломолочные продукты и ФПП на молочной и безмолочной основе и её систематизацию по двум уровням действия: неспецифический антагонизм метаболитов (1), специфический антагонизм (2), а также регулирование факторов влияния на них: соотношение живые/инактивированные микроорганизмы, рН и др.

1. Неспецифический антагонизм на технологическом уровне проявляется в образовании молочной,пропионовой, уксусной и других органических кислот, снижении рН, создании анаэробных условий и конкуренцией за лактозу и проявляется в отношении большинства вредных бактерий. Ингибирующее действие органических кислот, по сравнению с таковым же для неорганических кислот связывают с более легким проникновением первых внутрь бактериальной клетки, что вызывает необратимые изменения цитоплазмы. Различные микроорганизмы по-разному реагируют на кислотность среды обитания. Например, при рН ниже 5.0 молочная кислота хорошо ингибирует рост многих бактерий, в том числе спорообразующих Clostridium, хуже подавляет развитие микроскопических грибов и дрожжей [10].

2. Природа специфического антагонизма, в частности к стафилококкам изучена еще в 50-80 годах прошлого века. В ряде случаев она представляет собой окислительный эффект вырабатываемой перекиси водорода в пределах концентраций, подавляющих вредные бактерии (выше 8 мкг/мл), но при этом не подавляющих развитие самих микроорганизмов многокомпонентной закваски (ниже 17 мкг/мл). В присутствии кислорода МКБ способны образовывать больше Н2О2 посредством действия НАДН-оксидазы и супероксиддисмутазы. В отсутствии гема в среде МКБ не образуют каталазу, что позволяет накапливаться Н2О2. Эффект Н2О2 может усиливать лактопероксидаза и тиоцианат, имеющиеся в природных местообитаниях МКБ, например, в молоке. Вследствие накопления бактериями Lactococcus и Lactobacillus перекисей наблюдается ингибирование развития золотистого стафилококка Staphylococcus aureus, а также грамотрицательных бактерий, включая разные виды Pseudomonas.

Пироролидон-5-карбоксильная кислота образуется лишь некоторыми видами МКБ, такими как: Lactobacillus casei subsp. casei, L. casei subsp. рseudoplantarum и обладает бактерицидной активностью в отношении Bacillus subtilis и Enterobacter clоacae [10].

Диацетил – метаболит ароматобразующих культур. Диацетил образуется в процессе превращения цитрата через пируват. Максимальная активность диацетила наблюдается при слабокислом значении рН. Он активен, в основном, против грамотрицательных бактерий, принадлежащих к родам Salmonella, Yersinia, Escherichia и Aeromonas, а также грамположительных, относящихся к роду Bacillus.

Реутерин(β-ОН-пропионовый альдегид) образуется в анаэробных условиях из глицерола бактериями Lactobacillus reuteri, L. brevis, L. buchneri, L. collinoides и L. corniformis. Реутерин обладает антагонистической активностью против многих патогенных микроорганизмов: энтеробактерий (Salmonella, Shigella), бактерий родов Clostridium, Staphylococcus, Listeria, дрожжейрода Candida и простейшихрода Trypanosoma. Широкий спектр действия обусловлен тем, что реутерин связывается с SH-группами ферментов, в том числе и с рибонуклеотидредуктазой.

Проявление фунгицидной активности является не характерным физиологическим свойством для МКБ. Однако в последнее время появилось ряд сообщений об образовании некоторыми штаммами МКБ специфических фунгицидных веществ. Известны следующие типы фунгицидных веществ, образуемых МКБ: 1) дикетопиперазины или циклические дипептиды; 2) гидроксипроизводные жирных кислот; р-гидроксифениллактат; 3) бензойная кислота; 4) метилгидантоин; 5) мевалонолактон; 6) пентоцин; 7) реутерин. Первые три типа веществ в литературе охарактеризованы более полно [10, 11].

Среди других механизмов специфического антагонизма к технически-вредной и ПиУПМ [3, 4] - выработка бактериоцинов. Изучена, в частности, регуляция синтеза бактериоцина, продуцируемого рекомбинантным штаммом Lactococcus lactis subsp. lactis F-116. Показано, что при уменьшении содержания КН2РО4, от 2.0 до 1.0 или до 0.5% в базовой ферментационной среде, содержащей (в %): глюкозу-1.0, NaCl-0.2, MgSO4-0.02 и дрожжевой автолизат - 35 мг % по азоту аммония, бактериоцинпродуцирующая активность штамма снижалась. При замене в базовой среде с 2% КН2РО4 глюкозы как качества источника углерода на сахарозу наблюдали увеличение антибиотической активности на 26%, а при добавлении в среду изолейцина - на 28.5%. Внесение в ферментационную среду с 1% КН2РО4 70 мг % по азоту аммония дрожжевого автолизата, 2% сахарозы и 0.1% изолейцина способствовало лучшему накоплению биомассы и повышению уровня бактериоцинпродуцирующей активности штамма L lactis subsp. lactis F-116 в 2.4 раза. [12, 13]

Исследование нами антибиотической активности 14 штаммов Lactobacillus (табл. 1, рис. 1, рис. 2) проводили в микробиологическом боксе лаборатории Биофака МГУ методом диффузии в агар с измерением зон подавления роста тест-культуры в мм [14].

При изучении спектра биологического действия в качестве тест-культур использовали:

грамположительные бактерии: Staphylococcus aureus 52, Micrococcus flavus NCTC 8340; грамотрицательные бактерии: Escherichia coli ATCC 25922, Protus vulgaris-28; микроскопические грибы и дрожжи: Aspergillus niger INA 00760, Candida albicans INA 00763.

Определяли уровень антибиотической активности как живых микроорганизмов в культуральной жидкости, так и в экстрагирующей смеси (экстракте) бактерий, содержащих бактериоцины, другие эндо-метаболиты специфического антагонизма (с нейтрализацией кислот до рН 5,5). Культуральная жидкость, в отличие от экстракта содержит живые клетки пробиотика, молочную, др. органические кислоты, экзометаболиты, выделяющиеся МКБ при жизнедеятельности. В результате экстракции разрушается клеточная стенка микроорганизмов и освобождаются связанные с мембранами бактериоцины, эндометаболиты (содержащиеся внутри клетки), нейтрализуются кислоты.

Таблица 1 - Исследованные культуры лактобацилл

Наименование штамма Источник, коллекция
Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus 272 Экспериментальной биофабрики, г. Углич
Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus 295 Экспериментальной биофабрики, г. Углич
Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus 29 ВНИИМИ, г. Москва
Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus 6б1 ВНИИМИ, г. Москва
Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus137/7 ВНИИМИ, г. Москва
Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus Як ВНИИМИ, г. Москва
Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus Г4 ВНИИМИ, г. Москва
Lactobacillus acidophilus 100 ВНИИМИ, г. Москва
Lactobacillus acidophilus слиз. ВНИИМИ, г. Москва
Lactobacillus acidophilus К10 ВНИИМИ, г. Москва
Lactobacillus acidophilus 222w, вяз Экспериментальной биофабрики, г. Углич
Lactobacillus acidophilus 18 ВНИИМИ, г. Москва
Lactobacillus acidophilus 20r ВНИИМИ, г. Москва
Lactobacillus acidophilus 3e ВНИИМИ, г. Москва

 

Рис.1 Ингибиторная активность культуральной жидкости и экстрактов культур лактобацилл на Staphylococcus aureus

Рис. 2 Ингибиторная активность культуральной жидкости и экстрактов культур лактобацилл на Proteus vulgaris

Результаты исследований и анализа данных:

1. Изученные штаммы Lactobacillus acidophilus и Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus обладают широким спектром антимикробного действия: подавляют рост грамм положительных бактерий (Staphylococcus aureus, Micrococcus flavu), грамотрицательных бактерий (Escherichia coli, Proteus vulgaris) микроскопических грибов Aspergillus niger и Candida. Albicans. Факторы, способствующие активному накоплению биомассы клеток, в-основном, одновременно усиливают их антагонистическую активность. Самыми активными из изученных штаммов оказались штаммы № 14, 19 Lactobacillus acidophilus, ВНИИМИ.

2. Активность штаммов Lactobacillus acidophilus на грамотрицательной бактерии проявляется как в культуральной жидкости за счет накопления экзометаболитов, не связанных с клеточной стенкой, так и в экстрагирующей смеси с рН 5,5. Из семи штаммов L. delbrueckii ssp. bulgaricus наиболее активен штамм № 8, 11, 12. Антибиотическая активность была выявлена и у других штаммов этого вида, но, в основном, только в экстрактах. Можно предположить, что антибактериальный метаболит связан с клеточной стенкой продуцента и является бактериоцином.

3. Фунгицидная активность лучше проявляется в культуральной жидкости (при наличии живых клеток и их метаболитов) у обоих видов лактобацилл.

4. Уменьшение кислотности продукта способствует лучшей антибиотической активности против Salmonella, Yersinia, Escherichia (посредством лучшей выработки диацетила, адьдегидов, кетонов, реутерина - в случае аромотообразующих штаммов).

5. Увеличение кислотности продукта (уменьшение рН) – усиливает антагонизм против спорообразующих Clostridium, Bacillus энтеробактерий (Salmonella, Shigella), бактерий родов Staphylococcus, Listeria, дрожжей рода Candida (фунгицидной) и простейших рода Trypanosoma (за счет неспецифического антагонизма молочной и др. органических кислот).

Литература:

1. Зудина Н.А. Современные представления о пре- и пробиотиках, их роль в поддержании иммунологического гомеостаза // БМИК. 2014. №5. URL: http://cyberleninka.ru/article/n/

2. Полянская И.С., Семенихина В.Ф., Забегалова Г.Н. Независимая экспертиза кисломолочных продуктов по эффективности пробиотической активности // Молочная промышленность, № 7 - 2014 г. – С 60-61.

3.Чичерин И.Ю., Погорельский И.П. и др. Кишечная микрофлора. Взгляд изнутри. – ВятГУ. - 2013 г. – 149 с.

4. ОФС. Пробиотики. Министерство здравоохранения Российской Федерации. – 2015 г. – 13 с.

5. Иркитова А.Н., Каган Я.Р., Соколова Г.Г. Антагоничтическая активность молочнокислых культур LACTOBACILLUS ACIDOPHILUS по отношению к тест-штаммам ESCHERICHIA COLI. - Известия Алтайского государственного университета. 2011. № 3-2. С. 19-22.

6. Иркитова А.Н., Каган Я.Р., Соколова Г.Г. Сравнительный анализ методов определения антагонистической активности молочнокислых бактерий. - Известия Алтайского государственного университета. 2012. № 3-1. С. 41-44.

7. Ермоленко Е. И. Молочнокислые бактерии: индивидуальные особенности действия на патогенные микроорганизмы, макроорганизм и его микробиоту. Диссертация на соис. ст. д.м.н. – СПб, 2012. – 205 с.

8. Полянская И.С., Семенихина В.Ф. Антибиотическая активность молочнокислых бактерий к стафилококкам. - Молочная промышленность. 2014. № 5. С. 48-49.

9. Полянская И.С., Тераевич А.С., Топал О.И., Семенихина В.Ф. Антибиотическая активность молочнокислых культур к сальмонеллам // Молочная промышленность. 2015. № 1. С. 56-57.

10. Полянская И.С. Профилактические действие пробиотических культур в кисломолочных продуктах - Санэпидконтроль. Охрана труда - №1/ - 2015. http://www.profiz.ru/sec/1_2015/probiotiki_kislomol/

11. Стоянова Л.Г., Устюгова Е.А., Нетрусов А.И. Антимикробные метаболиты молочнокислых бактерий: разнообразие и свойства. - Прикладная биохимия и микробиология. 2012. Т. 48. № 3. С. 259.

12. Stoyanova L.G., Levina N.A. Components of fermentation medium regulate bacteriocin synthesis by the recombinant strain Lactococcus lactis subsp. lactis F-116. - Microbiology (Mikrobiologiya). 2006. Т. 75. № 3. С. 286-291.

13. Ustyugova E.A., Stoyanova L.G., Fedorova G.B., Katrukha G.S. Investigation of the antibiotic complex produced by Lactococcus lactis subsp. lactis 194, Variant K. - Microbiology (Mikrobiologiya). 2011. Т. 80. № 5. С. 657-663.

14. Стоянова Л.Г. Отчет №1-09/15 от 01 апреля 2015 г Определение антимикробного спектра действия новых штаммов Lactobacillus acidophilus, L. delbrueckii subsp. bulgaricus, выделенных из молочнокислых продуктов функционального назначения по теме: «Нутрициологический и пробиотический потенциал функциональных продуктов питания, кормов и воды». Руководитель И.С. Полянская (№ госрегистрации 01201354138 Министерство сельского хозяйства Российской Федерации).

 





Читайте также:
Методы цитологических исследований: Одним из первых создателей микроскопа был...
Производственно-технический отдел: его назначение и функции: Начальник ПТО осуществляет непосредственное...
Примеры решений задач по астрономии: Фокусное расстояние объектива телескопа составляет 900 мм, а фокусное ...
Восстановление элементов благоустройства после завершения земляных работ: Края асфальтового покрытия перед его восстановлением должны...

Рекомендуемые страницы:



Вам нужно быстро и легко написать вашу работу? Тогда вам сюда...

Поиск по сайту

©2015-2021 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2016-08-07 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту:

Мы поможем в написании ваших работ! Мы поможем в написании ваших работ! Мы поможем в написании ваших работ!
Обратная связь
0.019 с.