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

کاربردهای بالقوه باکتریوسین ها در علوم غذایی، داروسازی و پزشکی بالینی

امروزه باکتری‌ها به طور گسترده در علوم غذایی به منظور افزایش طول عمر نگهداری غذا مورد استفاده قرار می‌گیرند، که مانع از عفونت پاتوژن در بیماری‌های حیوانی می‌شود (‏ون هایل و همکاران، ۲۰۱۱)‏، و صنعت داروسازی و جامعه پزشکی برای درمان سرطان‌های بدخیم (‏شکل ۲)

اولین باکتریوسین توسط گراتیا (‏۱۹۲۵)‏کشف شد و در سال‌های اخیر بسیاری از باکتریوسین ها به طور موفقیت آمیزی توسط دانشمندان شناسایی شدند. باکتریوسین ها به عنوان یک محصول طبیعی در نظر گرفته می‌شوند زیرا آن‌ها پپتیدها یا پروتئین‌هایی هستند که توسط باکتری‌های حاضر در بسیاری از غذاهای تخمیری یا غیر تخمیری از زمان‌های قدیم تولید می‌شوند. جدول ۳ | طرح طبقه‌بندی برای باکتریوسین های گرم مثبت.​​

بسیاری از میکروارگانیسم‌ها مانند باکتری های اسید لاکتیک یا LAB  تولید باکتریوسین برای شروع کشت و یا کشت مشترک در فرآیندهای تولید غذا برای افزایش طعم و افزایش عمر مفید استفاده می‌شوند. علاوه بر این، بسیاری از باکتری‌های تولید کننده باکتریوسین از مواد غذایی و مواد خام آن‌ها جدا می‌شوند. ​

پروبیوتیک‌ها

عبارت "پروبیوتیک" از طرفداران یونانی به معنای "برای زندگی" یا "در حمایت از زندگی" گرفته شده‌است که برای اولین بار توسط لی‌لی و استیلول (‏۱۹۶۵)‏مورد استفاده قرار گرفت. به طور کلی پروبیوتیک به منظور ارتقا تعادل میکروبیوتای روده‌ای و افزایش مزایای سلامتی در نظر گرفته می‌شود. سازمان بهداشت جهانی (‏WHO)‏پروبیوتیک ها را به عنوان "میکروارگانیسم‌های زنده که وقتی به مقدار کافی مصرف می‌شوند، مزایای سلامتی را به میزبان اعطا می‌کنند" تعریف می‌کند. ویژگی‌های پروبیوتیک ها باید شامل: گروهی از سویه ها که برای حیوان میزبان مفید هستند و می‌توانند به طور پایدار زنده بمانند و فعالیت متابولیکی در محیط روده داشته باشند و غیر بیماری زا و غیر سمی باشند، برای دوره‌های طولانی نگهداری و شرایط سخت پایدار و زنده بمانند. روش‌های زیادی برای پروبیوتیک ها برای کنترل پاتوژن های روده‌ای وجود دارد. پروبیوتیک ها توانایی تولید مواد ضد میکروبی، جلوگیری رقابتی از اتصال پاتوژن ها، رقابت برای مواد مغذی و تعدیل سیستم ایمنی را نشان می‌دهند ‏. بسیاری از مواد ضد میکروبی مانند باکتریوسین ها، اسیده‌ای چرب زنجیره کوتاه و پراکسید هیدروژن توسط پروبیوتیک ها برای جلوگیری از میکروارگانیسم‌های گوارشی و یا پاتوژن ها تولید می‌شوند. در حال حاضر بسیاری از پروبیوتیک ها در زندگی روزمره استفاده می شوند، از جمله E. coli غیر بیماری زا، باسیل ها و مخمرها آزمایشگاهی. باکتریوسین های خالص شده یا باکتریوسین های تولید کننده پروبیوتیک ها می‌توانند تعداد پاتوژن ها را کاهش دهند یا ترکیب میکروبیوتای روده‌ای را در مدل‌های حیوانی مانند موش، مرغ و خوک تغییر دهند. برنبوم و همکاران (‏۲۰۰۶) گزارش توانایی نیسین خالص تولید کننده نیسین، سویه لاکتوکوکوس لاکتیس سویه CHCC۵۸۲۶ و سویه غیر تولید کننده نیسین سویه لاکتوکوکوس لاکتیس سویه CH۲۸۶۲، می‌تواند بر ترکیب میکروبیوتای روده‌ای در موش‌های صحرایی وابسته به فلورای انسانی تاثیر بگذارد. آن‌ها دریافتند که تعداد بیفیدوباکتریوم در مدفوع موش‌های تغذیه شده با لاکتوکوکوس لاکتیس تولید کننده نیسین و غیر نیسین به مدت ۸ روز به طور قابل‌توجهی افزایش یافت، در حالی که تعداد انتروکوک ها / استرپتوکوک‌ها در دوازدهه، ایلئوم، سکوم و روده بزرگ ​کاهش یافت. شکل ۲: سویه‌های تولید کننده باکتریوسین و باکتریوسین های خالص شده را می توان در غذا، حیوانات و دارو به کار برد. اگر سویه‌های تولید کننده باکتریوسین از طریق کشت و یا کشت مشترک در غذا به کار روند، می‌تواند حفظ غذا را گسترش دهد. پروبیوتیک های تولید شده توسط باکتریوسین ها می‌توانند باکتری‌ها را در دستگاه گوارش متعادل کنند تا بیماری‌های گوارشی را کاهش دهند. باکتریوسین های خالص می‌توانند به طور مستقیم به مواد غذایی به عنوان یک نگهدارنده طبیعی اضافه شوند. ​

باکتریوسین ها می‌توانند به عنوان یک افزودنی ضد پاتوژن به خوراک دام اضافه شوند تا دام‌ها را در برابر آسیب پاتوژن محافظت کنند. باکتریوسین های مورد استفاده در پزشکی می‌توانند کیفیت زندگی انسان را بهبود بخشند. باکتریوسین ها پتانسیل جایگزینی آنتی‌بیوتیک‌ها به عنوان یک داروی ضد باکتری را دارند و یک داروی جدید ضد سرطان هستند. آن‌ها دریافتند که تعداد بیفیدوباکتریوم در مدفوع موش‌های تغذیه شده با نیسین تولید کننده و غیر نیسین تولید کننده لاکتوکوکوس لاکتیس به مدت ۸ روز به طور معنی‌داری افزایش یافت، در حالی که تعداد انتروکوک ها / استرپتوکوک‌ها در دوازدهه، ایلئوم، سکوم و سکوم کاهش یافت. لاکتوکوکوس لاکتیس ممکن است از طریق رقابت با مواد مغذی و یا محل‌های چسبندگی بر میکروبیوتای روده‌ای تاثیر بگذارد. بنابراین، اثر تغییرات در ترکیب میکروبیوتای روده‌ای ممکن است به حضور نیسین در لاکتوکوکوس لاکتیس مرتبط نباشد. Cursino و همکاران (‏۲۰۰۶)‏نشان دادند که کولیسین Ib، E۱ و microcin C۷، که از سویه E - coli H۲۲ مشتق شده‌اند، توانایی مهار رشد باکتری‌های بیماری زا یا غیر بیماری زا، از جمله انتروباکتر، اشریشیا، کلبسیلا، مورگانلا، سالمونلا، شیگلا و یرسینیا را دارند. در یک مدل موشی عاری از میکروب، سویه Ecoli H۲۲ توانایی کاهش جمعیت شیگللا فلکسنری ۴ به سطوح غیرقابل تشخیص در مدفوع پس از ۶ روز تلقیح دهانی را نشان داد. (Cursino et al., 2006) نتایج نشان داد که سویه E - coli H۲۲ و دیگر سویه‌های تولید کننده باکتریوسین، پتانسیل استفاده به عنوان پروبیوتیک برای دام‌ها و انسان‌ها را دارند. نشان داد که سویه‌های پروبیوتیک با منشا انسانی لاکتوباسیلوس سالیواریوس UCC۱۱۸ باکتریوسین Abp۱۱۸ را برای جلوگیری از عفونت با پاتوژن ناشی از غذا لیستریا مونوسایتوژنز در موش‌ها تولید کردند. باکتریوسین سویه جهش یافتهی UC۱۱۸ دلتا abp۱۱۸ در محافظت از موش‌ها در برابر عفونت لیستریا مونوسایتوژنز ناتوان است. ریبولت بیسون و همکاران (‏۲۰۱۲)‏نیز نشان دادند که باکتریوسین های UCC۱۱۸ یکی از نقاط تغییر ترکیب میکروبیوتای مدل‌های موش و خوک هستند. میللت و همکاران (‏۲۰۰۸)‏دو آزمایشگاه تولید کننده باکتریوسین، لکتوکوکوس لاکتیس MM۱۹ و پدیوکوکوس اسیدی لاکتیسی MM۳۳ را از مدفوع انسان جدا کردند و دریافتند که آزمایشگاه توانایی کاهش تعداد انتروکوکسی های مقاوم به ونکومایسین (‏VRE)‏در مدل موش C۵۷BL / ۶ را دارد. نیسین Z و پدیوکوکوس PA - ۱ / AcH به ترتیب توسط لاکتوکوکوس لاکتیس MM۱۹ و پدیوکوکوس اسیدی لاکتیسی MM۳۳ تولید شدند که فعالیت قوی در برابر ایزوله بالینی VRE نشان دادند. نتایج نشان داد که لاکتوکوکوس لاکتیس و غیر پدینوسین PA - ۱ / AcH تولید کننده پیدیوکوکوس اسیدی لاکتیسی MM۳۳A توانایی افزایش جمعیت کلی محیط آزمایشگاهی و بی‌هوازی را دارند، در حالی که پیدیوکوکوس اسیدی لاکتیسی MM۳۳ جمعیت انتروباکتریاسه را در مدفوع موش‌های سالم کاهش می‌دهد. علاوه بر این، پس از تغذیه MM۱۹ یا MM۳۳ به مدت ۳ روز، جمعیت VRE در مدفوع به ترتیب به ۲.۵۰ و ۱.۸۵ log۱۰ CFU / g نسبت به کنترل PBS کاهش یافت. یک مطالعه مشابه نشان داد که پدیوکوکوس اسیدی لاکتیتی ۵ تولید کننده پدیوکوکوس PA - ۱ توانایی مهار لیستریا مونوسیتوژنز در شرایط آزمایشگاهی را دارد. (Dabour et al, 2009) با این حال، پدیوکوکوس اسیدی لاکتیسی UL۵ جمعیت لیستریا مونوسیتوژنز را در روده موش کاهش نداد و در نمونه‌های مدفوع قابل‌تشخیص نبود. Pedicoccus acid lactici UL۵ از عفونت لیستریا مونوسیتوژنز محافظت نکرد که به دلیل عدم رقابت با دیگر میکروب‌های روده‌ای و یا مهار تولید پدیوسین PA - ۱ توسط دیگر میکروب‌های روده بود. یک موقعیت ایده‌آل دیگر برای ایجاد مصنوعی پروبیوتیک، با تبدیل یک ژن باکتریوسین به سویه E. coli وجود دارد. مزایای پروبیوتیک‌های قوی‌تر برای انسان را می توان با استفاده از تکنیک‌های مهندسی ژنتیک تولید کرد. گیلور و همکاران (‏۲۰۰۹)‏از شش پلاسمید مختلف کدگذاری باکتریوسین، از جمله کولیسین A، E۱، E۲، E۷، K و N، به منظور تبدیل به سویه E coli BZB۱۰۱۱ استفاده کردند. موش‌های CD - ۱ چهار هفته‌ای با نژاد کنترل BZB۱۰۱۱ یا یکی از شش نژاد BZB۱۰۱۱ کلسینژنیک تلقیح شدند. باکتری‌های مدفوع به مدت ۱۱۲ روز کنترل شدند. پس از ۱۱۲ روز انکوباسیون، تراکم باکتری BZB۱۰۱۱ در مدفوع به طور قابل‌توجهی بیشتر از کنترل BZB۱۰۱۱ بود. نتایج نشان می‌دهد که بیان کولیسین برای افزایش کلونیزاسیون اشریشیا کلی در دستگاه گوارش موش مفید است. فن‌آوری مواد غذایی به منظور افزایش زمان ماندگاری، آنتی‌بیوتیک‌ها یا نگهدارنده مواد غذایی (‏به عنوان مثال، نیتریت و دی‌اکسید گوگرد)‏به مواد غذایی اضافه می‌شوند تا رشد میکروبی و فساد احتمالی را به تاخیر بیندازند. با این حال، بیشتر نگهدارنده‌های تجاری از طریق سنتز شیمیایی توسعه می‌یابند و مصرف دراز مدت نگهدارنده‌های مصنوعی ممکن است تاثیر منفی بر بدن انسان داشته باشد. علاوه بر این، استفاده از آنتی‌بیوتیک‌ها در محصولات غذایی غیرقانونی است. باکتریوسین های تولید شده توسط باکتری‌های گرم مثبت یا گرم منفی، پپتیدها یا پروتئین‌هایی را کد می‌کنند که به عنوان نگهدارنده‌های طبیعی در محصولات غذایی مناسب هستند. با توجه به حساسیت باکتریوسین ها به برخی از پروتئازها، باکتریوسین های بی‌ضرر احتمالا هضم می‌شوند در نتیجه پپتیدها و اسیده‌ای آمینه کوچک غیرعملکردی غذاهای حاوی باکتریوسین هضم شده در دستگاه گوارش هستند. بنابراین باکتریوسین ها اساسا به عنوان افزودنی‌های غذایی ایمن بعد از مصرف توسط سیستم گوارشی در نظر گرفته می‌شوند. باکتریوسین ها به خاطر حضور باکتری های تولید کننده باکتریوسین در بسیاری از انواع غذاها از زمان‌های قدیم مانند پنیر، ماست و گوشت تخمیر شده پرتغالی، افزودنی‌های طبیعی غذایی هستند. در تکنولوژی غذایی، نایسین توسط لاکتوکوکوس لاکتیس تولید می‌شود و اولین پپتید ضد باکتریایی است که در آزمایشگاه یافت می‌شود. هم چنین آن یک باکتریوسین تجاری است که به عنوان نگهدارنده غذا در برابر آلودگی توسط میکروارگانیسم‌ها استفاده می‌شود که به عنوان نیساپلین به بازار عرضه می‌شود. این تنها باکتریوسین تایید شده برای استفاده به عنوان نگهدارنده در بسیاری از مواد غذایی توسط سازمان غذا و داروی آمریکا (‏USFDA)‏است. و به عنوان یک افزودنی غذایی در بیش از ۴۵ کشور صادر شده‌است. یکی دیگر از باکتریوسین های تجاری موجود، پدیوسین PA - ۱ است که به عنوان آلتا ®۲۳۴۱ به بازار عرضه می‌شود و مانع رشد لیستریا مونوسیتوژنز در محصولات گوشتی می‌شود. در بسیاری از محصولات غذایی، مانند پنیرهای سنتی اروپایی، شیر مورد استفاده در فرآیند تولید به راحتی با مدفوع حیوانات آلوده می‌شود. از انتروکوکسی های باکتریوسینوژنیک به عنوان کشت‌های آغازگر یا کشت مشترک می توان برای کاهش آلودگی میکروبیوتای استفاده کرد ستی و کورستی (‏۲۰۰۸)‏،سویه های آزمایشگاهی باکتریوسینوژنیک را به عنوان کشت مشترک، محافظ، یا استارتر در سبزیجات تخمیر شده و غیر تخمیر شده، مانند زیتون، خمیر ترش، میسو، کلم ترش، ترشی یخچال و جوانه ماش مورد بررسی قرار دادند. علاوه بر این، آن‌ها باکتریوسین ها را به عنوان افزودنی‌های غذایی مانند نیسین معرفی کردند که در کیمچی، سیب‌زمینی خرد شده و محصولات تازه برش خورده استفاده می‌شود. انتروسین AS - ۴۸ در آب‌سیب، آب‌میوه و سبزیجات و سبزیجات کنسروی برای جلوگیری از آلودگی استفاده می‌شود. انتروسین CCM۴۲۳۱ و EJ۹۷ به ترتیب در شیر سویا و پوره زاچینی برای سرکوب آلودگی استفاده می‌شوند. ​

درمان بیماری‌های مرتبط با پاتوژن

از زمانی که اولین آنتی‌بیوتیک پنی‌سیلین در سال ۱۹۲۸ توسط الکساندر فلمینگ کشف شد، بسیاری از آنتی‌بیوتیک‌های کشف‌شده برای درمان پاتوژن ها به کار می‌روند. آنتی‌بیوتیک‌ها برای اولین بار توسط USFDA در سال ۱۹۵۱ تایید شدند و در تغذیه حیوانات استفاده شدند که به طور قابل‌توجهی تعداد مرگ و میر ناشی از موارد عفونت باکتریایی را کاهش داد. با این حال، مشکل عوامل بیماری زای مقاومت دارویی متعدد به دلیل نگرانی در مورد سو استفاده از آنتی‌بیوتیک‌ها به طور فزاینده‌ای جدی شده‌است. باکتری‌ها برای مهار پاتوژن های مهم حیوانی و گیاهی گزارش می‌شوند، مانند اشریشیا کلی تولید کننده سم شیگا (‏STEC)‏، اشریشیا کلی تولید کننده انتروتوکسین (‏ETEC)‏، استافیلوکوکوس اورئوس مقاوم به متی سیلین (‏MRSA)‏، VRE، Agrobacterium و گونه‌های برنرریا. مکانیسم باکتریسیدال باکتریوسین ها عمدتا در اتصال گیرنده سطوح باکتری‌ها و سپس از طریق غشا قرار دارند که باعث سمیت سلولی باکتری‌ها می‌شود. علاوه بر این باکتریوسین ها پپتیدها یا پروتئین‌های با سمیت پایین هستند که به پروتئازها مانند تریپسین و پپسین حساس هستند. (Cleveland et al., 2001)

جوردی و همکاران (‏۲۰۰۱)‏دریافتند که ۲۰ نوع ای کولای می‌تواند کولیسین را بیان کند، که پنج نوع ای کولای تولید کننده شیگا توکسین را مهار کرد (‏O۲۶، O۱۱۱، O۱۲۸، O۱۴۵ و O۱۵۷: H۷)‏. این اشریشیا کلی می‌تواند باعث اسهال و سندرم اورمی همولیتیک در انسان شود. در محیط شبیه‌سازی شده شکمبه گاو،اشریشیا کلی تولید کننده E۴، E۴، E۸ - J، K و S۴ می‌تواند به طور قابل‌توجهی از رشد STEC جلوگیری کند. استال و همکاران (‏۲۰۰۴)‏از کولیسین E۱ خالص و کولیسین N برای فعالیت موثر علیه پاتوژن های اشریشیا کلی انتروتوکسیژنیک F۴ (‏K۸۸)‏و F۱۸ در شرایط آزمایشگاهی استفاده کردند که باعث اسهال پس از از شیر گرفتن در بچه خوک‌ها شد. علاوه بر این، پروتئین‌های خالص شده کویلیسین E۱ با دریافت غذایی خوک‌های جوان مخلوط شدند. نتایج کاهش شیوع اسهال بعد از از شیرگیری توسط ای کولای مثبت F - ۱۸ را نشان داد. بدین ترتیب رشد بچه خوک‌ها بهبود یافت. جوزفیاک و همکاران (‏۲۰۱۳)‏از رژیم غذایی پرندگان مکمل نیسین برای تغذیه جوجه‌های گوشتی استفاده کردند و تعداد کمتری از باکتری‌ها و انتروباکتریاسه ها را در ایلئومی جوجه‌های مکمل نیسین یافتند. عمل نیسین مشابه عمل سالینومایسین بود. پس از یک رشد ۳۵ روزه، میانگین افزایش وزن بدن جوجه‌های نیسین افزوده شده (‏۲۷۰۰ IU نیسین / g)‏برابر با ۱۹۱۸ گرم به ازای هر پرنده بود، که بالاتر از ۱۷۲۹ گرم از nonnisin افزوده شده یا ۱۷۶۳ گرم از جوجه‌های افزوده شده با سالینومایسین بود. استرن و همکاران (‏۲۰۰۶) گزارش شده‌است که باکتریوسین با جرم مولکولی پایین نوع ۲ از لاکتوباسیلوس گونه سالیواریوس سویه NRRL B - ۳۰۵۱۴ خالص‌سازی شده‌است. این باکتریوسین توانایی خود را در مقابله با باکتری بیماری زای اسهال انسان، کامپیلوباکتر ژژونی، از خود نشان داد. OR - ۷ وقتی با لیزوزیم، لیپاز و گرما تا ۹۰ درجه سانتیگراد، یا در محدوده pH بین ۳.۰ تا ۹.۱ تیمار شد، پایدار بود. OR - ۷ خالص شده در پلی‌وینیل پیرولیدون برای مرغ تغذیه شد. جمعیت کمپیلوباکتر ژژونی حداقل یک میلیون برابر نسبت به جوجه‌های غیر OR - ۷ مکمل شده در مواد گوشتی جوجه‌های تیمار شده با OR - ۷ کاهش یافت. این نتایج نشان می‌دهد که نیسین، OR - ۷، و دیگر باکتریوسین ها، هنگامی که برای جایگزینی آنتی‌بیوتیک در طیور و دیگر خوراک‌های حیوانی به کار می‌روند، پتانسیل لازم را نشان می‌دهند.​​