Кіріспе

Бактериялар тобы лактобациллалар – жалпы метаболикалық және физиологиялық ерекшеліктері бар, грамположитивті, төмен ГК, қышқылға төзімді, көбінесе спора түзбайтын, тыныс алмайтын, таяқша тәрізді (бациллалар) немесе шар тәрізді (кокктер) бактериялар тобы. Бұл бактериялар көбінесе шіруге ұшыраған өсімдіктер мен сүт өнімдерінде кездеседі, көмірсулардың ферментациясының негізгі метаболикалық соңғы өнімі ретінде сүт қышқылын өндіреді, осылайша оларға «сүт қышқылы бактериялары» (LAB) деген атау берілген. Сүт қышқылын өндіру LAB-ті тағамдық ферментациямен байланыстырады, себебі қышқылдану сырқырау тудыратын агенттердің өсуін тежейді. Бірнеше LAB штаммдары белокты бактериоциндерді өндіреді, бұл сырқырау мен патогенді микроорганизмдерге қосымша тосқауыл қояды. Сонымен қатар, сүт қышқылы және басқа да метаболизм өнімдері тағамның органолептикалық және текстуралық қасиеттеріне үлес қосады. LAB-тың өнеркәсіптік маңыздылығы олардың жалпыға танымал қауіпсіз (GRAS) статусымен расталады, себебі олар тағамда кең таралған және жануарлар мен адамның шырышты қабықтарындағы пайдалы микробиотаға үлес қосады. LAB құрамына кіретін негізгі туыстар – Lactobacillus, Leuconostoc, Pediococcus, Lactococcus және Streptococcus, сондай-ақ шеткі Aerococcus, Carnobacterium, Enterococcus, Oenococcus, Sporolactobacillus, Tetragenococcus, Vagococcus және Weissella. Sporolactobacillus-тан басқалары лактобациллалар отрядының мүшелері, ал барлығы Bacillota филумына жатады. Сүт қышқылы бактериялары көбінесе лактобациллалар отрядымен байланысты болғанымен, Bifidobacterium туысына жататын бактериялар (Actinomycetota филумы) да көмірсулар метаболизмінің негізгі өнімі ретінде сүт қышқылын өндіреді.

Сипаттамалары

Сүт қышқылы бактериялары (LAB) таяқша тәрізді (бациллалар) немесе шар тәрізді (кокктер) болуы мүмкін және қышқылдылыққа жоғары төзімділіктерімен (төмен pH диапазоны) ерекшеленеді. Бұл ерекшелік LAB-ға табиғи ашыту процесінде басқа бактериялардан озуға көмектеседі, себебі олар органикалық қышқылдардың (мысалы, сүт қышқылы) өндірісінен туындаған қышқылдылықтың артуын қабылдай алады. LAB үшін қолданылатын зертханалық орталарға көбінесе көмірсулардың көзі кіреді, өйткені көптеген түрлер тыныс алуға қабілетсіз. LAB каталазаға теріс реакция береді. LAB – тамақ өнеркәсібінде қолданылатын ең маңызды микроорганизмдер тобының бірі. Олардың салыстырмалы түрде қарапайым метаболизмі сонымен қатар, азық-түлік және азық-түлік емес салалары үшін бірнеше өнімдерді өндіру үшін микробтық жасуша фабрикалары ретінде қолдануға мүмкіндік берді.

Стрептококктарды қайта жіктеу

1985 жылы Streptococcus тұқымдасының әртүрлі өкілдері биохимиялық және молекулалық ерекшеліктеріне сүйене отырып Lactococcus, Enterococcus, Vagococcus және Streptococcus болып қайта жіктелді. Алдыңғыда стрептококктар негізінен серологиялық қасиеттері бойынша бөлінетін, алайда бұл қазіргі таксономиялық жіктемелермен сәйкес келетіні дәлелденді. Лактококктар (бұрынғы Лансфилд тобының N стрептококкі) сүт өнімдерін өндіруде ашытуды бастау үшін кеңінен қолданылады, және адамдардың жылына 10¹⁸ лактококк тұтынады деп есептеледі. Өнеркәсіптік маңыздылығының арқасында, L. lactis екі подвиді (L. l. lactis және L. l. cremoris) зерттеулердегі жалпы LAB модельдері ретінде жиі қолданылады. Қатты ірімшік өндірісінде қолданылатын L. lactis ssp. cremoris, LM0230 және MG1363 зертханалық штаммдарымен бейнеленген. Сол сияқты, L. lactis ssp. lactis жұмсақ ірімшік ашытуда қолданылады, ал IL1403 штаммы LAB зертханаларында кеңінен таралған. 2001 жылы Болотин және авторлар тобы IL1403 геномын секвенциялады, бұл LAB геномикасын және оған қатысты қолдануларды зерттеуге ресурстардың көп бөлігі ауысқанмен бірге болды.

Пробиотиктер

Пробиотиктер – адамдар мен басқа жануарлардың ішек-қарнының экожүйесіне тірі, потенциалды пайдалы бактерия жасушаларын жеткізуге бағытталған өнімдер, ал пребиотиктер – ірі ішекке тамақпен жеткізілетін, таңдамал бактериялар үшін ферментацияға жарамды субстраттар беретін, қорытылмайтын көмірсулар. Пробиотиктер ретінде қолданылатын штаммдардың көпшілігі Lactobacillus туысына жатады. (Басқа пробиотикалық штаммдар Bifidobacterium туысына жатады). Пробиотиктер антибиотиктерге байланысты диарея, саяхатшылар диареясы, балалар диареясы, ішек қабыну аурулары, ішек-қарнының функционалдық бұзылысы және Альцгеймер ауруына қатысты жануарлар мен адамдар арасындағы зерттеулерде бағаланды. Пробиотиктердің болашақ қолданылуы вакциналар мен иммуноглобулиндерді жеткізу жүйелерін, сондай-ақ түрлі асқазан-ішек ауруларын және вагинозды емдеуді қамтуы мүмкін деп болжануда. Кейбір сүт қышқыл бактериялары (LAB) бактериоциндерді өндіреді, олар жасуша қабырғасының синтезіне кедергі келтіру арқылы немесе жасуша мембранасында тесіктер жасау арқылы патогендерді шектейді. LAB өндіретін бактериоцин – низин алғаш рет 1951 жылы тағамдық консервант ретінде зерттелді және одан бері Грам-оң бактерияларға қарсы антимикробтық активтілігіне байланысты тағам өнімдерінде кеңінен қолданылып келеді. Низин кем дегенде 50 елде тағамдық қоспа ретінде пайдаланылады. Бұдан өзге, LAB тағамдағы микотоксиндердің мөлшерін олармен байланыстыру арқылы азайтуға қабілетті.

Тыңайтқыш

Зерттеушілер сүт қышқылы бактерияларының цитрустарда индолейк қышқылының өндірісіне, фосфатты ерітуге және азотты бекітуге тигізетін әсерін зерттеді. Бактериялық оқшауламалардың көпшілігі IAA өндіре алғанмен, фосфатты еріту тек сегіз LAB оқшауламасының біреуімен ғана шектелді.

Ферментация

Сүт қышқыл бактериялары азық-түлік өнеркәсібінде ірімшік және йогурт сияқты өнімдерді өндіру сияқты түрлі себептермен қолданылады. Комбуча сияқты танымал сусындар сүт қышқылы бактерияларын пайдалана отырып жасалады, және сусындар дайын болғаннан кейін комбучада Lactobacillus және Pediococcus іздері табылуы мүмкін. Сыра және шарап жасау процесінде, әсіресе Lactobacillus, белгілі бір сүт қышқыл бактериялары қолданылады. Сүт қышқыл бактериялары шарап жасау процесін маллолактикалық ашытуды бастау арқылы іске қосады. Маллолактикалық ашытудан кейін, жүзімде алкогольдік ашыту процесін бастау үшін ашытқы жасушалары пайдаланылады. Маллолактикалық ашыту механизмі негізінен L-маль қышқылының (дикарбонды қышқыл) сүт қышқылына (монокарбонды қышқылға) айналуынан тұрады. Бұл өзгеріс маллолактикалық және мальдық ферменттердің болуына байланысты жүзеге асады. Барлық маль қышқылы ыдырайды, бұл шараптың дәмін өзгертетін pH деңгейін арттырады. Молекулалық биологияны қолдану арқылы зерттеушілер шарап сапасын жақсартуға және қажетсіз штаммдарды жоюға көмектесетін қолайлы штаммдарды анықтай алады. Сыра қайнатуда да ашытқы қолданылады, ал кейбір сыра зауыттары сыраның дәмін өзгерту үшін сүт қышқыл бактерияларын пайдаланады.

Өнеркәсіптегі бактериофагтарды басқару

Көптеген азық-түлік өнімдері, тауарлық химиялық заттар және биотехнологиялық өнімдер әртүрлі органикалық субстраттардың ірі масштабты бактериялық ферментациясы арқылы өнеркәсіптік түрде өндіріледі. Мұндай өндірісте күн сайын үлкен ферментациялық резервуарларда бактериялардың көп мөлшерін өсіру қажет болғандықтан, бактериофагтармен ластану қаупі – бұл салалар үшін маңызды мәселе. Бактериофагтар ферментацияны тез тоқтатып, экономикалық шығындарға әкелуі мүмкін. Осы тәуекелді басқаруға қатысты зерттеулер фагтардың ластану көздерін, олардың таралуын бақылау шараларын және оларды тежеуге бағытталған биотехнологиялық қорғаныс стратегияларын қамтиды. Азық-түлік ферментациялау саласында бактериофагтар мен олардың бактериялық иелері арасындағы қарым-қатынас өте маңызды. Сүт ферментациялау индустриясы фагтардың ластану мәселесін ашық мойындап, ондаған жылдар бойы академиялық ортамен және бастауыш культура өндірушілермен бірлесіп, фагтардың таралуы мен эволюциясын шектеуге бағытталған қорғаныс стратегиялары мен жүйелерді әзірледі.

Бактериофаг пен қожайынның өзара әрекеттесуі

Инфекциялаған фаг пен оның бактериялық жазылымы арасындағы алғашқы байланыс – фагтың жазылым жасушасына бекінуі болып табылады. Бұл бекіну бактерия бетіндегі рецепторды танитын және оған байланысатын фагтың рецепторға байланысатын ақуызы (RBP) арқылы жүзеге асырылады. RBP-лерді хостқа қатысты ерекше ақуыздар, хост детерминанттары және антирецепторлар деп те атайды. ЛАБ-ты инфекциялайтын бактериофагтар үшін жазылым рецепторлары ретінде әрекет ететін әртүрлі молекулалар ұсынылған; олардың арасында полисахаридтер мен (липо)тейхоикалық қышқылдар, сондай-ақ бір мембраналық ақуыз бар. ЛАБ фагтарының бірнеше RBP-лері өзгертілген жазылым диапазондары бар гибридтік фагтарды жасау арқылы анықталды. Алайда, бұл зерттеулер фаг инфекциясының сәтті өтуі үшін фагтың басқа да ақуыздарының маңызды екенін көрсетті. Бірнеше RBP-нің кристалдық құрылымын талдау осы ақуыздардың ортақ үшіншілік бүктелуге ие екенін көрсетеді және жазылым рецепторының құрамында қанттар бар екенін бұрынғы көрсеткіштермен сәйкес келеді. Грам-оң ЛАБ-та қалың пептидогликан қабаты бар, оны фаг геномын бактериялық цитоплазмаға енгізу үшін бұзу қажет. Пептидогликанды ыдырататын ферменттер осы енуге көмектеседі деп күтілуде, және мұндай ферменттер бірқатар ЛАБ фагтарының құрылымдық элементтері ретінде табылды. Декстрандар, басқа глюкан сияқты, бактериялардың тістер бетіне жабысуына мүмкіндік береді, бұл тіс қабыршақтарының пайда болуы және сүт қышқылының өндірілуі арқылы тіс шіруіне әкелуі мүмкін. Тіс шіруіне жауапты негізгі бактерия – Streptococcus mutans, бірақ ЛАБ шіруге себеп болатын басқа да кең таралған ауыз бактерияларының арасында кездеседі.