بانک جزوات و مقالات تخصصی و کاربردی ترجمه ® ویژه دروس پزشکی ®

میکروبیولوژی غذا: گذشته و چالش‌های جدید برای ۱۰ سال آینده

مقالات میکروبیولوژی غذایی که در طول دهه گذشته منتشر شده‌اند، با علایق چند رشته‌ای مشخص شده‌اند که میزان فزاینده‌ای از شواهد مبنی بر دخالت میکروارگانیسم‌ها در حوزه‌های مختلف، از جمله فن‌آوری غذا، ایمنی و بهداشت غذا، مسمومیت غذایی، ژنومیک غذا، و به طور کلی، omics غذا، غذاهای کاربردی، و پروبیوتیک، علاوه بر روش‌های نوظهور که برای تجزیه و تحلیل غذا به کار گرفته شده‌اند را تایید کرده‌اند. پروبیوتیک ها تحقیق و نوآوری در تولید غذای کاربردی، شایسته توجه ویژه است. بسیاری از مقالات بر بقای باکتری‌های پروبیوتیک بالقوه در دستگاه گوارش (‏GIT)‏، ظرفیت چسبندگی میکروبی و کلونیزاسیون روده، وضعیت ایمنی گونه‌های پروبیوتیک و همچنین حفظ هموستاز میکروبیوم روده با مهار رقابتی رشد پاتوژن ها و یا تولید ترکیبات ضد میکروبی تمرکز کرده‌اند. با این حال، سویه‌های جدید پروبیوتیک برای مواد طبیعی زیست فعال، ظرفیت تولید ایمنی، و همچنین فواید ضد سرطان و سلامتی غربالگری می‌شوند (‏یا خواهند شد)‏. پانزده موضوع تحقیق (‏RTs)‏در این موضوعات مهم به بخش میکروبیولوژی غذا ارائه شده‌است. دوره جدیدی در تحقیقات پروبیوتیک ها با علاقه رو به افزایش در استفاده از باکتری‌های مشترک روده به عنوان پروبیوتیک های بالقوه آغاز شده‌است، مانند سویه‌های متعلق به جنس‌های باکتریوئید، کلواستریدیوم، بیفیدوباکتریوم و فاکالیباکتریوم که در میکروبیوم روده انسان غالب هستند. (Langella et al., 2019)

همزمان، چندین مطالعه در رابطه با مزایای ارتقا دهنده سلامت مرتبط با مصرف غذاها و نوشیدنی‌های تخمیری پیشنهاد شده‌است. غذاهای تخمیری جهانی - که براساس مواد خام به نه گروه عمده طبقه‌بندی می‌شوند - می‌توانند توسط بیش از ۵۰۰۰ گونه که توسط میلیاردها نفر در سراسر جهان مصرف می‌شوند، نشان داده شوند. در ۲۰ سال گذشته، روش‌های مستقل از کشت به عنوان یک مکمل مناسب برای تجزیه و تحلیل میکروبیوتای غذاهای تخمیری ظهور کرده‌اند. واکنش زنجیره پلی مراز - الکتروفورز ژل گرادیان دناتوره کننده (‏PCR - DGGE)‏برای نظارت بر میکروارگانیسم‌ها در طول تولید، ذخیره‌سازی و توزیع غذا به کار گرفته شد (‏RT: "روش‌های مولکولی در کیفیت و ایمنی غذا" توسط ارکولینی، ۲۰۱۱ - ۲۰۱۳)‏. در دهه گذشته، تکنولوژی‌های تعیین توالی DNA با توان عملیاتی بالا (‏HTS)‏امکان ارزیابی میکروبیوتای ماتریس‌های پیچیده را فراهم کرده‌است، که تاثیر عمده‌ای بر میکروبیولوژی مواد غذایی برای تعیین کل توالی ژنوم (‏WGS)‏یک ایزوله کشت شده منفرد و برای تولید توالی‌های میکروارگانیسم‌های متعدد در یک نمونه (‏متاژنومیکس)‏دارد. کاربرد متاژنومیک می‌تواند اطلاعاتی را در مورد حضور میکروارگانیسم‌های عامل فساد و پاتوژن و یا مشخصات میکروبیوتای ناشناخته، به ویژه در غذاهای تخمیری ارائه دهد. (Ronholm, 2018) تعداد زیادی از مطالعات در بخش "میکروبیولوژی غذا" در مورد غذاها و نوشیدنی‌های تخمیری سنتی مختلف منتشر شده‌اند. جنبه‌های مربوط به نقش کنسرسیوم میکروبی دخیل در تبدیل مواد گیاهی خام و حیوانی در غذاهای تخمیری خوراکی با ارزش تغذیه‌ای بالا و غنی از ترکیبات زیست فعال مفید برای مصرف کنندگان، به طور مفصل مورد بحث قرار گرفتند. تاریخچه غذاها و نوشیدنی‌های تخمیری قومی به بیش از ۳۵۰۰ سال پیش باز می‌گردد و برای حفظ محصولات کشاورزی و لبنیات به عنوان غذاهای تخمیری، اغلب با استفاده از حرکت به عقب برای تلقیح گروه جدید با انتقال یک مخلوط گروه غذایی قبلی و اجازه سازگاری میکروبی و انتخاب طبیعی سویه‌ها تکامل‌یافته است. به همین دلیل، تخمیر غذای سنتی، بومی یا قومی نشان‌دهنده میراث فرهنگی در سطح جهانی است که پتانسیل ژنتیکی عظیمی را برای رشته‌های کشف نشده در خود جای داده‌است. تحقیقات در این زمینه باید از طریق اکتشاف بهتر در سال‌های آینده بهبود یابد. در حال حاضر، یک موضوع تحقیقاتی بسیار جالب در مورد "میکروبیولوژی غذاهای تخمیری قومی و پوشش‌های الکل دار جهان" پیشنهاد شده‌است. (Tamang et al., 2017) در این مطالعات، مطالعات توالی نسل آینده (‏NGS)‏ابعاد جدیدی از اکولوژی میکروبی را آشکار کرد. ​

پاسخ استرس در میکروب‌های غذایی بیش از ۴۰۰ مقاله منتشر شده در ۱۰ سال گذشته بوده‌است، و بیش از ۲۰ RTs مقاومت میکروبی را هدف قرار داده‌اند. طیف گسترده‌ای از باکتری‌های غذایی، عوامل بیماری زا یا غیر بیماری زا توصیف شده‌اند تا مکانیسم‌های سازگاری بسیاری داشته باشند و پاسخ‌های استرسی خاصی داشته باشند که برای تضمین و بهبود fitness تحت محیط‌های خاص مفید هستند. یک پاسخ مهم به استرس باکتریایی مربوط به حفاظت متقابل است که نقش مهمی در غذاهای با حداقل فرآوری دارد. در واقع، استرس زیر کشنده می‌تواند چندین پاسخ استرس را القا کند که نگرانی‌های عمده سلامت عمومی را به وجود می‌آورد چون بسیاری از پاتوژن های باکتریایی می‌توانند در برابر فن‌آوری یا پردازش جدید حفاظت مقاوم شوند. بسیاری از پاتوژن های آسیب‌دیده یا ویرولانس بیشتری را در غذاها حفظ می‌کنند و یا نشان می‌دهند، در نتیجه تشخیص آن‌ها برای حفاظت از زنجیره تامین مواد غذایی بسیار مهم است. علاوه بر این، یک جز سلولی از جمعیت باکتریایی تحت استرس می‌تواند از نظر متابولیک فعال باقی بماند؛ آن‌ها وارد حالت فیزیولوژیک غیرقابل کشت می‌شوند و چالشی را برای روش‌های سنتی میکروبیولوژی مواد غذایی ایجاد می‌کنند. تحقیقات آینده باید بر اجرای روش‌های جدید برای روش‌های تحلیلی که قادر به شناسایی و شمارش سلول‌های زنده - اما نه قابل کشت - و همچنین پاسخ‌های استرس و سازگاری آن‌ها هستند، تمرکز کنند. (Ruiz et al., 2017)

پاتوژن های باکتریایی مرتبط با بیماری‌های ناشی از غذا در سراسر جهان عبارتند از: سالمونلا انتریکا، کامپیلوباکتر ژژونی، اشریشیا کلی، لیستریا مونوسیتوژنز، کرونوباکتر ساکازاکی، ویبرو کلرا و ویبرو پاراهمولیتیکوس. در این ۱۰ سال گذشته، ۱۲ RTs و ۲۹۳ مقاله مرتبط با پاتوژن های ناشی از غذا را ارائه کرده‌اند. موضوعات از باکتری‌های بیماری زا که از طریق غذا منتقل می‌شوند تا پاتوژنز و استراتژی‌های کنترل، مقاومت آنتی‌بیوتیکی، ویروس روده‌ای، سم باکتریایی، پاسخ به استرس، کاربرد کشت های حفاظتی و باکتریوسین ها برای حفاظت از مواد غذایی و روش‌های جدید برای مطالعه عوامل بیماری زای ناشی از غذا متغیر بودند. به طور کلی، بسیاری از مقالات بر روی باکتری‌های پاتوژن (‏۳۳۶)‏، با مطالعات خاص انجام‌شده بر روی اشریشیا کلی (‏۲۲۷)‏، گونه‌های سالمونلا تمرکز کرده‌اند. (‏۱۶۷)‏، گونه‌های لیستریا. (‏۱۵۳)‏گونه های کامپیلوباکتر (‏۱۰۴)‏، گونه‌های Vibrio. (‏۸۹)‏، و گونه‌های یرسینیا. نظارت مستمر بر آلاینده‌های مواد غذایی و شناسایی عوامل خطر برای اطمینان از ایمنی مواد غذایی حیاتی است. بسیاری از مقالات تحقیقاتی اصلی که در این RTs ها گنجانده شده‌اند، به مسائل مربوط به تنوع ژنتیکی، شیوع، مقاومت و ناقل های جدید انتقال باکتری‌های بیماری زا پرداخته‌اند، اما یافته‌های جدیدی در مورد پاتوژنز باکتری، مانند مقاومت ضد میکروبی یا desiccation مرتبط با ژنوتیپ‌های مختلف یا شناسایی عوامل حدت تولید شده و ترشح شده توسط باکتری‌های بیماری زا را گزارش کرده‌اند. در میان اهداف آینده میکروبیولوژی مواد غذایی، پی‌گیری یافته‌های جدید و مطالعات در مورد بیان عوامل بحرانی ویرولانس، که امکان سازگاری حاشیه‌ای و تشکیل کلنی موفق را فراهم می‌کند، می‌تواند جالب توجه باشد، مانند تداوم در امکانات پردازش مواد غذایی از طریق رشد غالب به عنوان بیوفیلم به جای حالت پلانکتونیک. (Jeanson and Thierry, 2015) تکنولوژی‌های نوین زیستی و غیر زیستی نوآوری، ترکیبات جدید و استراتژی‌های درمانی، و پیشرفت در تکنولوژی‌های تعیین توالی DNA، با شناسایی ژنوم باکتری‌ها، برای کنترل پاتوژن های منتقله از طریق غذا ظهور کرده‌اند. این امر در آینده نزدیک نیز باید بیشتر پی‌گیری شود. (Chen and Alali, 2018)

مقالات متعددی بر غذاهای تخمیری مانند نان، پنیر، شراب و غیره متمرکز شده‌اند. حتی اگر این غذاها قبلا به طور گسترده در گذشته مورد مطالعه قرار گرفته باشند، استفاده از فن‌آوری‌های جدید و رویکردهای ژنومیک برای پیاده‌سازی دانش چگونگی تاثیر میکروبیوتای بر کیفیت و ویژگی‌های ایمنی این غذاها و نوشیدنی‌ها تشویق شده‌است، و این روند در آینده نیز تایید خواهد شد. به عنوان مثال، بسیاری از محصولات لبنی تخمیری (‏به ویژه محصولات سنتی)‏وجود دارند که از نظر ترکیب میکروبیولوژیکی، دینامیک میکروبی و فرایندهای تکنولوژیکی به طور ضعیف مورد مطالعه قرار گرفته‌اند. این غذاهای تخمیری جایگاه ویژه‌ای را نشان می‌دهند که می‌تواند غنی از سویه‌های میکروبی مثبت و مفید جدید موثر بر کیفیت و ایمنی غذا باشد و همچنین می‌تواند سلامت انسان را در میان جنبه‌های دیگر بهبود بخشد. ​

بنابراین، یکپارچگی میکروبیولوژیکی زنجیره غذایی لبنی، اکولوژی ارگانیسم‌های بیماری زا و فاسد، و تجزیه و تحلیل ژنومی این آلاینده‌ها، مانند استراتژی‌های جدید برای کنترل آن‌ها، اهداف مهمی هستند که باید مورد توجه قرار گیرند. برای بحث در مورد این اهداف، ۹ RT پیشنهاد شد. با این حال، مطالعات دیگر در مورد غذاهای تخمیری مختلف به دنبال روش‌های مشابه در بخش "میکروبیولوژی غذا" منتشر شده‌است. به عنوان مثال، مسائل ایمنی و سلامت، به ویژه مقابله با خطرات بالقوه شیمیایی و میکروبی، مربوط به محصولات تخمیری گوشت، سبزیجات، ماهی، برنج، سویا و ذرت می‌باشند. در میان نوشیدنی‌های تخمیری، هفت RTs برای یک نگهداری و زمستان پایدار، مخمرهای غیر متعارف و باکتری‌های اسید لاکتیک در شراب سازی، و تولید ترکیبات سمی توسط میکرو ارگانیزم‌ها، مانند اکراتوکسین و آمین های بیوژنیک، پیشنهاد شدند. به طور کلی، موضوعات مرتبط اصلی در سال‌های آینده، مربوط به غذاهای تخمیری، را می توان خلاصه کرد: میکروبیوتای درگیر در تخمیر محصول؛ انتخاب نشاسته‌های تکنولوژیکی، حفاظتی و پروبیوتیک و نگرانی‌های ایمنی مربوط به استفاده از آن‌ها؛ شناسایی ژنومی و متابولیکی میکروارگانیسم‌ها با تاثیر تکنولوژیکی بر محصولات تخمیری؛ کنترل و مهار پاتوژن ها و ارگانیسم‌های عامل فساد؛ ارتباط بین روش‌های تکنولوژیکی و میکروبیوتای غذاهای تخمیری؛ و غذاها و نوشیدنی‌های سنتی و قومی تخمیر شده. بر خلاف دیگر زیستگاه‌ها، غذاها عموما با تعداد گونه‌های میکروبی غیر مرتبط مشخص می‌شوند. در میان اینها، آمین نقش مهمی در توسعه پروبیوتیک ها و کشت‌های آغازگر ایفا می‌کند. در واقع، این آزمایشگاه یک گروه مهم صنعتی از میکروارگانیسم‌ها است که در سراسر جهان برای انواع زیادی از تخمیر مواد غذایی استفاده می‌شود، مانند تخمیر محصولات لبنی، شراب، نان، سبزیجات، و غیره، که بیشتر در برنامه‌های صنعتی و بهداشتی RT آزمایشگاه و متابولیت های آن‌ها مورد بحث قرار گرفته‌است. بیش از ۳۰ RTs بر روی این موضوع تمرکز کرده‌اند، و بیش از ۳۴۰ مقاله در این زمینه منتشر شده‌اند. این آزمایشگاه به طور خاص گروه متنوعی از باکتری‌های گرم مثبت و کاتالاز منفی تولید کننده اسید لاکتیک را تشکیل می‌دهند. برخی از آزمایشگاه مرتبط با مواد غذایی، وضعیت "تجویز واجد شرایط ایمنی" (‏QPS)‏را توسط آژانس امنیت غذایی اروپا (‏EFSA)‏یا وضعیت "به عنوان ایمنی" عمومی را توسط سازمان غذا و داروی آمریکا به دست آوردند. امروزه، استفاده از این میکروارگانیسم‌ها و متابولیت های آن‌ها برای حفاظت از مواد غذایی به چندین فعالیت زیستی دیگر گسترش پیدا کرده‌است. RT "کاربرد کشت های و باکتریوسین های محافظ برای حفاظت از مواد غذایی" بر مواد ضد میکروبی تولید شده توسط مهار پاتوژن های منتقله از غذا و میکروارگانیسم‌های فساد متمرکز بود. (Hammami et al., 2019) این مطالعات در حال پیشرفت هستند و در آینده نزدیک بیشتر افزایش خواهند یافت، و یک جایگزین امیدوار کننده برای نگهدارنده‌های شیمیایی برای اطمینان از کیفیت و ایمنی غذاهای آماده برای خوردن، طول عمر طولانی، طعم تازه و غذاهای با حداقل فرآوری ارائه می‌دهند. اظهارات مشابهی را می توان در مورد ساکارومایسس و مخمرهای غیر ساکارومایسس برای تخمیر الکلی و گونه‌های باسیلوس بیان کرد. برای مواد غذایی تخمیری قلیایی. با این حال، کشت‌های استارتر جدید باید شناسایی شوند که شامل سازگاری طبیعی و تکامل باشند، مانند انتخاب مستقیم جهش‌یافته‌ها با ویژگی‌های مطلوب، تکامل آزمایشگاهی انطباقی و روش‌های ژنتیکی در کنار توالی ژنوم گونه‌های وحشی، برای هدایت ارزیابی‌های ایمنی و فعالیت‌های بهبود سویه. (Johansen, 2018)

با نگاهی به آینده، منابع غذایی معمولی ممکن است با زیست توده میکروبی خوراکی مشتق‌شده از باکتری‌ها، مخمرها، قارچ‌های رشته‌ای یا میکروجلبک‌ها تکمیل شوند. امروزه این گروه از میکروارگانیسم‌ها به عنوان یک منبع مهم و خوب از پروتئین‌ها، ویتامین‌ها و ترکیبات فعال زیستی مفید ارزیابی می‌شوند. به نظر می‌رسد که جمعیت بشر تا سال ۲۱۰۰ به حدود ۹ تا ۱۲ میلیارد نفر افزایش خواهد یافت و میکروارگانیسم‌ها می‌توانند بخش جدایی ناپذیری از سیستم تولید پایدار باشند. بخش "میکروبیولوژی غذا" از "مرزها در میکروبیولوژی" می‌تواند راهنمایی خوبی از طریق RTs خود در مورد پیشرفت‌های جدید در میکروبیولوژی برای بهبود استفاده، تولید، و عرضه مواد غذایی در صنعت غذا و زمینه‌های مرتبط فراهم کند، که می‌تواند به تضمین امنیت و ایمنی جهانی مواد غذایی کمک کند. ​

​​