Микробные биопленки представляют собой высокоструктурированные микробные сообщества, прикрепленные к поверхности и заключенные в самовоспроизводящиеся внеклеточные полимерные субстанции (ВПС).
Образование биопленок считается стратегией выживания, которая позволяет микробным клеткам преодолевать множество различных стрессов, среди которых высокая концентрация этанола и соли, низкий уровень pH и низкая активность воды. Таким образом, биопленки представляют собой прочные структуры, которые имеют различные последствия для пищевой промышленности.
С одной стороны, биопленка, образованная патогенными и микроорганизмами порчи на пищевых продуктах или поверхностях, контактирующих с пищей, приводит к серьезным гигиеническим проблемам и экономическим потерям из-за прямой порчи, перекрестной контаминации и контаминации после обработки. Кроме того, клетки биопленок кардинально отличаются от планктонных клеток и демонстрируют более высокую устойчивость к широко используемым дезинфицирующим и антимикробным средствам. Рассматривая биопленки как резервуар негативных видов микроорганизмов, недавние исследовательские усилия были направлены на определение надлежащих стратегий санитарии и новых ингибирующих веществ для устранения негативных свойств биопленок более эффективным, экономичным и экологичным способом.
С другой стороны, образование биопленок про-технологическими микроорганизмами имеет решающее значение для производства различных продуктов питания. Например, образование биопленки Saccharomyces cerevisiae необходимо для биологического старения некоторых специальных вин, или биопленка бактерий уксусной кислоты иногда требуется для производства уксуса. Таким образом, разрабатываются современные технологические подходы для стимулирования образования биопленок полезными видами микроорганизмов с целью улучшения качества пищевых продуктов.
В этом контексте мы ставим своей целью представить обзор последних исследований микробных биопленок, сосредоточенных на выявлении экологических эффекторов и инновационных стратегий, способствующих устранению и ингибированию угрожающих здоровью биопленок, а также на изучении и характеристике полезных биопленок. Данная тема исследования включает несколько оригинальных статей, три из которых статьи посвящены контролю "негативных" биопленок, таких как те, которые образуются патогенными и микроорганизмами порчи.
Kumar et al. обобщили современные знания об использовании ферментов для контроля и рассеивания бактериальных биопленок в молочной промышленности. В частности, авторы обратили внимание на механизм действия различных ферментов против компонентов ВПС. Кроме того, авторы критически оценили пробелы в исследованиях, такие как правильное определение специфичности субстрата фермента и термической стабильности, которые ограничивают применение ферментов в качестве устойчивой альтернативы химической обработке.
Аналогичным образом, Lin et al. занимались идентификацией надежных альтернатив физико-химической обработке для предотвращения образования опасных для здоровья бактериальных биопленок. В частности, авторы оценили использование пробиотика Bacillus subtilis natto против Enterococcus faecalis. Авторы обнаружили, что культуральная жидкость B. subtilis содержит метаболические производные, способные ингибировать образование биопленки E. faecalis путем снижения синтеза экзополисахаридов, реструктуризации клеточной оболочки и снижения транскрипции генов, участвующих в биосинтезе пептидогликана и мембранных гликолипидов. Полученные результаты позволяют предположить прямой механизм действия супернатанта B. subtilis, что согласуется с результатами предыдущих исследований, в которых сообщалось о способности B. subtilis выделять такие молекулы, как биосурфактанты и бактериоцины, способные подавлять образование биопленок патогенными микроорганизмами.
Образование биопленки также может быть уменьшено или подавлено с помощью косвенных механизмов, таких как изменение физико-химических характеристик субстрата. В связи с этим Petrin et al. оценили влияние pH и солености на развитие биопленки 15 различными серотипами Salmonella. Это актуально для пищевого сектора, поскольку большинство инфекций пищевого происхождения вызываются лишь несколькими серотипами Salmonella. Разработав линейную модель смешанного эффекта, авторы показали, что в то время как соленость была неэффективна даже при высоких концентрациях, низкие значения pH значительно влияли на способность Salmonella к образованию биопленок. Эти результаты позволяют предположить, что только определенные серотипы Salmonella могут быть связаны с колонизацией и персистенцией клеток биопленки в неблагоприятных условиях. Интересно, что серотипы Salmonella, вызывающие наибольшее количество инфекций у людей, показали ограниченную способность к образованию биопленки.
Как указывалось ранее, микробные биопленки необходимы для производства специфических продуктов питания, таких как вино, сыр, оливки и т.д. С этой точки зрения, в двух статьях сообщается о таксономическом составе и производстве метаболитов таких полезных биопленок в виноделии. В статье Carbonero-Pacheco et al. анализируется разнообразие дрожжей в биопленке, развивающейся на поверхности вин шерри. Образование дрожжевой биопленки, также известной как флор, необходимо для выдержки и производства хереса и хересоподобных вин, поскольку дрожжевые клетки окисляют этанол до ацетальдегида и производят метаболиты, свойственные этим винам.
Основной целью этого исследования было понять сложность биопленки флора с точки зрения ее таксономического состава и выявить потенциальную связь между видами дрожжей и химическим профилем вин. Используя новые методы, не зависящие от культур (ITS-метабаркодирование) и зависящие от культур (MALDI-TOF MS), авторы обнаружили, что биопленка на вине состоит из восьми видов дрожжей и что дрожжи, не относящиеся к роду Saccharomyces, оказывают незначительное влияние на метаболом хереса во время выдержки. Последний результат особенно интересен и контрастирует с хорошо известным влиянием дрожжей, не относящихся к виду Saccharomyces, во время спиртового брожения виноградного сусла.
Значение образования биопленки Oenococcus oeni для улучшения качества вина является основной целью статьи Tofalo et al. Несмотря на то, что O. oeni является основной бактерией, участвующей в яблочно-молочном брожении вина, очень мало известно о ее способности прилипать к абиотическим поверхностям и метаболических изменениях, которые она претерпевает на стадии биопленки. Tofalo et al. обнаружили, что способность O. oeni адгезировать к полистироловым пластинам зависит от штамма и что клетки, отделенные от биопленки, увеличивают кинетику деградации яблочной кислоты и влияют на содержание эфиров, высших спиртов и органических кислот в конечном вине.
Таким образом, данные материалы подчеркивают двойную роль микробных биопленок в пищевой промышленности, и мы уверены, что статьи, включенные в этот обзор, проинформируют научное сообщество о текущих знаниях и проблемах, которые еще предстоит преодолеть, о соответствующих мерах для формирования полезных биопленок и предотвращения развития неблагоприятных.
