Сравнительная оценка антимикробной активности штаммов молочнокислых бактерий по отношению к Pseudomonas aeruginosa

Введение: Pseudomonas aeruginosa, способная вызывать порчу пищевых продуктов, обладает многофакторной устойчивостью к различным антимикробным препаратам и дезинфектантам, что приводит к проблемам пищевой безопасности пищевой безопасности. В связи с этим необходим поиск и разработка новых эффективных методов борьбы с контаминацией P. aeruginosa на предприятиях пищевой промышленности. В качестве альтернативы химическим дезинфицирующим средствам и консервантам могут рассматриваться препараты на основе молочнокислых бактерий, синтезирующих различные антимикробные соединения.

Цель: Cравнительная оценка антимикробной активности различных штаммов молочнокислых бактерий (МКБ) по отношению к представителям P. aeruginosa, выделенным из различных источников.  

Материалы и методы: Объектами исследования являлись штаммы молочнокислых бактерий (МКБ) Lactobacillus helveticus, Streptococcus thermophilus, Lactococcus lactis, Lacticaseibacillus рaracasei из коллекции ФГАНУ «ВНИМИ». Для исследуемых штаммов на первом этапе оценивали антимикробную активность по отношению к типовому коллекционному тест-штамму P. aeruginosa АТСС 25668, полученному из Государственной коллекции патогенных микроорганизмов и клеточных культур «ГКПМ-Оболенск». Антимикробную активность исследовали методом совместного культивирования в соответствии с МУ 2.3.2.2789-10. Для штаммов МКБ, показавших наибольшую антимикробную активность по отношению к P. aeruginosa АТСС 25668, дополнительно исследовалась антимикробная активность по отношению к диким штаммам P. aeruginosa 42, P. aeruginosa 47, выделенным с цехового оборудования молочного хозяйства и P. aeruginosa М1, выделенного из образца сливочного масла.

Результаты: Показаны различия в степени антагонистической активности представителей МКБ по отношению к коллекционному штамму P. aeruginosa и изолятам дикого типа. Подтверждена высокая эффективность представителей лактобацилл, относящихся к виду L. helveticus, в частности штамма L. helveticus Ббn4, как антимикробного агента относительно штаммов синегнойной палочки как коллекционного, так и дикого типа.

Выводы: Представители лактобацилл, в частности L. helveticus, обладали высокой ингибирующей активностью относительно штаммов синегнойной палочки как коллекционного, так и дикого типа, выделенных из разных источников, и могут рассматриваться как перспективные антимикробные агенты относительно такого сложного патогена, как P. aeruginosa. В частности, штамм с наибольшей ингибирующей активностью L. helveticus Ббn4 может являться потенциальным штаммом-антагонистом, что позволит применять в качестве защитной заквасочной культуры для снижения риска контаминации кисломолочной продукции P. aeruginosa. Однако необходимы дальнейшие исследования по выявлению механизмов антимикробного действия этой культуры.

1. Андрюков, Б. Г., Недашковская, Е. П. (2018). Вступая в пост-антибиотиковую эру: перспективные стратегии поиска новых альтернативных стратегий борьбы с инфекционными заболеваниями. Здоровье. Медицинская экология. Наука, (75), 36-50 https://doi.org/10.5281/zenodo.1488026

2. Бегунова, А. В., Савинова, О. С., Моисеенко, К. В., Глазунова, О. А., Рожкова, И. В., & Фёдорова, Т. В. (2021). Характеристика и функциональные свойства лактобацилл, выделенных из кефирных грибков. Прикладная биохимия и микробиология, 57(4), 362-373. https://doi.org/10.31857/S0555109921040036

3. Кишилова, С.А., Маневич, Б.В., & Рожкова, И.В. (2024). Оценка действия биоцидных агентов на штаммы Pseudomonas aeruginosa, выделенные из содержимого молочной фермы. Пищевая промышленность, (11), 71–76. https://doi.org/10.52653/PPI.2024.11.11.013

4. Кишилова, С.А., Колоколова, А.Ю., & Рожкова И.В. (2024). Антимикробная активность метаболитных комплексов лактобактерий в отношении Pseudomonas aeruginosa. Биофизика, 69(2), 324-332. https://doi.org/10.31857/S0006302924020141

5. Лазарева, А. В., Чеботарь, И. В., Крыжановская, О. А., Чеботарь, В. И., & Маянский, Н. А. (2015). Pseudomonas aeruginosa: патогенность, патогенез и патология. Клиническая микробиология и антимикробная химиотерапия, 17(3), 170-186.

6. Моисеенко, К. В., Бегунова, А. В., Рожкова, И. В., & Федорова, Т. В. (2022). Выделение и характеристика штаммов Lacticaseibacillus paracasei, из кефирных грибков и традиционного зернового продукта ЮАР-махеву, Актуальная биотехнология, (1), 111–114.

7. Стоянова, Л. Г., Устюгова, Е. А., & Нетрусов, А. И. (2012). Антимикробные метаболиты молочнокислых бактерий: разнообразие и свойства (обзор). Прикладная биохимия и микробиология, 48(3), 259-259.

8. Токарева, Д. Н., & Худеева, К. А. (2015). Стимулирование продукции пиоцианина бактерией Pseudomonas aeruginosa. Высокие технологии в современной науке и технике: сборник научных трудов IV Международной научно-технической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов (c. 234-238). Томск: Изд-во ТПУ.

9. Тутельян, А. В., Юшина, Ю. К., Соколова, О. В., Батаева, Д. С., Фесюн, А. Д., & Датий, А. В. (2019). Образование биологических пленок микроорганизмов на пищевых производствах. Вопросы питания, 88(3), 32-43. https://doi.org/10.24411/0042-8833-2019-10027

10. Фёдорова, Т. В., Васина, Д. В., Бегунова, А. В., Рожкова, И. В., Раскошная, Т. А., & Габриэлян, Н. И. (2018). Антагонистическая активность молочнокислых бактерий Lactobacillus SPP. в отношении клинических изолятов Klebsiella pneumoniae. Прикладная биохимия и микробиология, 54(3), 264-276. https://doi.org/10.7868/S0555109918030054

11. Al-Malkey, M. K., Ismeeal, M. C., Al-Hur, F. J. A., Mohammed, S. W., & Nayyef, H. J. (2017). Antimicrobial effect of probiotic Lactobacillus spp. on Pseudomonas aeruginosa. Journal of Contemporary Medical Sciences, 3(10), 218–223. https://doi.org/doi.org/10.22317/jcms.06201704

12. Al-Shammary, A. H. A. (2015). The effect of heat treatment, pH and osmotic pressure on viability of Pseudomonas aeruginosa isolated from raw dairy products in Baghdad. International Journal of Advanced Research, 3(3), 675-681.

13. Angelescu, I. R., Grosu-Tudor, S. S., Cojoc, L. R., Maria, G. M., Chirițoiu, G. N., Munteanu, C. V., & Zamfir, M. (2022). Isolation, characterization, and mode of action of a class III bacteriocin produced by Lactobacillus helveticus 34.9. World Journal of Microbiology and Biotechnology, 38(12), 220. https://doi.org/10.1007/s11274-022-03408-z

14. Atolani, O., Baker, M. T., Adeyemi, O. S., Olanrewaju, I. R., Hamid, A. A., Ameen, O. M., Oguntoye, S.O., & Usman, L. A. (2020). COVID-19: Critical discussion on the applications and implications of chemicals in sanitizers and disinfectants. EXCLI Journal, 19, 785-799. https://doi.org/10.17179/excli2020-1386

15. Badawy, B., Moustafa, S., Shata, R., Sayed-Ahmed, M. Z., Alqahtani, S. S., Ali, M. S., Alam, N., Ahmad, N., Kasem, N., Elbaz, E., El-Bahkiry, H.S., Radwan, R.M., El-Gohary, A. & Elsayed, M. M. (2023). Prevalence of multidrug-resistant Pseudomonas aeruginosa isolated from dairy cattle, milk, environment, and workers’ hands. Microorganisms, 11(11), 2775. https://doi.org/10.3390/microorganisms11112775

16. Bonneville, L., Maia, V., Barroso, I., Martínez-Suárez, J. V., & Brito, L. (2021). Lactobacillus plantarum in dual-species biofilms with Listeria monocytogenes enhanced the anti-Listeria activity of a commercial disinfectant based on hydrogen peroxide and peracetic acid. Frontiers in Microbiology, 12, 631627. https://doi.org/10.3389/fmicb.2021.631627

17. Caldera, L., Franzetti, L., Van Coillie, E., De Vos, P., Stragier, P., De Block, J., &

18. Heyndrickx, M. (2016). Identification, enzymatic spoilage characterization and proteolytic activity quantification of Pseudomonas spp. isolated from different foods. Food Microbiology, 54, 142–153. https://doi.org/10.1016/j.fm.2015.10.004

19. Chang, G., Li, Q., Wang, T., Zhang, B., Wu, W., Lv, C., Sun, T., Zhou T., Zheng, W, Wang, Y. & Wang, X. (2024). Characterization of Pseudomonas spp. contamination and in situ spoilage potential in pasteurized milk production process. Food Research International, 188, 114463. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2024.114463

20. Chen, S. Y., Yang, R. S., Ci, B. Q., Xin, W. G., Zhang, Q. L., Lin, L. B., & Wang, F. (2023). A novel bacteriocin against multiple foodborne pathogens from Lacticaseibacillus rhamnosus isolated from juice ferments: ATF perfusion-based preparation of viable cells, characterization, antibacterial and antibiofilm activity. Current Research in Food Science, 6, 100484. https://doi.org/10.1016/j.crfs.2023.100484

21. Du, Y., Xu, J., Li, J., & Wu, R. (2024). Evaluation of probiotic properties and safety of Lactobacillus helveticus LH10 derived from Vinegar through comprehensive analysis of genotype and phenotype. Microorganisms, 12(4), 831. https://doi.org/10.3390/microorganisms12040831

22. Hassan, M. U., Nayab, H., Shafique, F., Williamson, M. P., Almansouri, T. S., Asim, N., Shafi, N., Khalid, M., Ali, N., & & Akbar, N. (2020). Probiotic properties of Lactobacillus helveticus and Lactobacillus plantarum isolated from traditional Pakistani yoghurt. BioMed Research International, 2020(1), 8889198. https://doi.org/10.1155/2020/8889198

23. Hati, S., Patel, N., & Mandal, S. (2018). Comparative growth behaviour and biofunctionality of lactic acid bacteria during fermentation of soy milk and bovine milk. Probiotics and Antimicrobial Proteins, 10, 277-283. https://doi.org/10.1007/s12602-017-9279-5

24. Jena, P. K., Trivedi, D., Chaudhary, H., Sahoo, T. K., & Seshadri, S. (2013). Bacteriocin PJ4 active against enteric pathogen produced by Lactobacillus helveticus PJ4 isolated from gut microflora of Wistar rat (Rattus norvegicus): Partial purification and characterization of bacteriocin. Applied Biochemistry and Biotechnology, 169, 2088-2100. https://doi.org/10.1007/s12010-012-0044-7

25. Li, X., Gu, N., Huang, T. Y., Zhong, F., & Peng, G. (2023). Pseudomonas aeruginosa: A typical biofilm forming pathogen and an emerging but underestimated pathogen in food processing. Frontiers in Microbiology, 13, 1114199. https://doi.org/10.3389/fmicb.2022.1114199

26. Marcelli, V., Osimani, A., & Aquilanti, L. (2024). Research progress on the use of lactic acid bacteria as natural bio-preservatives against Pseudomonas spp. in meat and meat products: A review. Food Research International, 115129.https://doi.org/10.1016/j.foodres.2024.115129

27. Mokoena, M. P., Omatola, C. A., & Olaniran, A. O. (2021). Applications of lactic acid bacteria and their bacteriocins against food spoilage microorganisms and foodborne pathogens. Molecules, 26(22), 7055. https://doi.org/10.3390/molecules26227055

28. Narvhus, J. A., Bækkelund, O. N., Tidemann, E. M., Østlie, H. M., & Abrahamsen, R. K. (2021). Isolates of Pseudomonas spp. from cold-stored raw milk show variation in proteolytic and lipolytic properties. International Dairy Journal, 123, 105049. https://doi.org/10.1016/j.idairyj.2021.105049

29. Ouali, F. A., Al Kassaa, I., Cudennec, B., Abdallah, M., Bendali, F., Sadoun, D. & Drider, D. (2014). Identification of lactobacilli with inhibitory effect on biofilm formation by pathogenic bacteria on stainless steel surfaces. International journal of food microbiology, 191, 116-124. https://doi.org/10.1016/j.ijfoodmicro.2014.09.011

30. Ozcelik, S., Kuley, E., & Ozogul, F. (2016). Formation of lactic, acetic, succinic, propionic, formic and butyric acid by lactic acid bacteria. LWT, 73, 536-542. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2016.06.066

31. Rana, S., Bhawal, S., Kumari, A., Kapila, S., & Kapila, R. (2020). pH-dependent inhibition of AHL-mediated quorum sensing by cell-free supernatant of lactic acid bacteria in Pseudomonas aeruginosa PAO1. Microbial Pathogenesis, 142, 104105. https://doi.org/10.1016/j.micpath.2020.104105

32. Quintieri, L., Fanelli, F., & Caputo, L. (2019). Antibiotic resistant Pseudomonas SPP. spoilers in fresh dairy products: An underestimated risk and the control strategies. Foods, 8(9), 372. https://doi.org/10.3390/foods8090372

33. Wang, Y., Wu, J., Lv, M., Shao, Z., Hungwe, M., Wang, J., Bai, X., Xie, J & Geng, W. (2021). Metabolism characteristics of lactic acid bacteria and the expanding applications in food industry. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, 9, 612285. https://doi.org/10.3389/fbioe.2021.612285

34. Zapasnik, A., Sokolowska, B., & Bryla, M. (2022). Role of lactic acid bacteria in food preservation and safety. Foods, 11(9), 1283. https://doi.org/10.3390/foods11091283