Биопленки представляют собой модель самозащищенного роста микроорганизмов и обычно определяются как сообщества микробных клеток, заключенных в гидратированные внеклеточные полимерные вещества и прилипающих к поверхностям.
Клетки биопленок более устойчивы к процессам очистки и дезинфекции в пищевой промышленности. Поэтому биопленки представляют собой важный источник загрязнения сырья и переработанных продуктов, представляя серьезную угрозу безопасности пищевых продуктов.
Формирование биопленки - сложный процесс, на который влияет множество факторов. Кворум сенсинг (QS) - это процесс межклеточной коммуникации, который позволяет микроорганизмам вести себя скоординированно в ответ на изменения окружающей среды путем производства, секреции и обнаружения сигнальных молекул. Предыдущие исследования подтвердили, что QS играет важную роль в формировании биопленок и имеет жизненно важное значение для порчи продуктов питания и патогенеза, связанного с пищевыми продуктами. Понимание механизмов, лежащих в основе формирования QS и биопленок, и изучение стратегий борьбы с ними важны для повышения безопасности пищевых продуктов.
В этом контексте данный обзор исследований направлен на обобщение последних исследований по следующим темам:
(1) механизмы, лежащие в основе формирования биопленок в пищевой микробиологии;
(2) роль QS в формировании биопленок, порче продуктов питания и патогенезе, связанном с пищевыми продуктами;
(3) новые стратегии контроля биопленок в пищевой микробиологии;
(4) идентификация ингибиторов QS в пищевой микробиологии;
(5) механизмы вмешательства в QS в пищевой микробиологии.
В этот обзор вошли 8 оригинальных научных статей из Израиля, Китая, Мексики, Ирландии, Ирана и Финляндии, представленных 58 авторами. Большинство статей посвящены механизмам, лежащим в основе образования биопленок, в одной из них разработано новое природное антимикробное вещество для борьбы с биопленками, а в другой сделан обзор литературы, касающейся QS с точки зрения взаимодействия между пищевыми продуктами и микробиомом кишечника человека.
Механизмы, лежащие в основе формирования биопленок большого числа важных патогенов пищевого происхождения, до сих пор в значительной степени неизвестны. Li et al. исследовали механизм образования биопленки у эметических штаммов Bacillus cereus методом случайного мутагенеза и подтвердили двойную роль жгутикового гена flgE в образовании биопленки и производстве цереулида у эметических B. cereus.
Cheng et al. определили роль SdiA в формировании биопленки и патогенности Cronobacter sakazakii с помощью технологии редактирования генов. Они обнаружили, что SdiA повышает лекарственную резистентность C. sakazakii и подавляет образование биопленки, а также подвижность и адгезию. Кроме того, Zhang et al. исследовали регуляторную функцию RpoS на активность порчи и способность к адгезии у Shewanella baltica и показали, что RpoS является основным регулятором, участвующим в жгутиковой сборке, опосредованной формированием биопленки и связанной с холодовой адаптацией активностью порчи у S. baltica. Результаты этих исследований дают значительное представление о механизмах, лежащих в основе формирования биопленки и контроля бактериальной инфекции.
На формирование биопленки влияет множество факторов. Suissa et al. систематически сравнивали пять штаммов Lactobacillaceae на предмет влияния различных углеводов на их свободноживущий и биопленочный образ жизни и показали, что образование биопленок и способность к агрегации зависели от содержания углеводов. Avila-Novoa et al. продемонстрировали, что соотношение компонентов, составляющих внеклеточный матрикс, связано с такими факторами, как культуральная среда (менее богатая питательными веществами лабораторная среда и добавки к среде) и генетические характеристики изолятов Staphylococcus aureus. Помимо этого, Zarei et al. проанализировали взаимодействие между различными патогенами пищевого происхождения в двухвидовых биопленках и показали, что биопленки Pseudomonas могут привлекать и/или укрывать другие бактерии порчи или патогенные бактерии, что вызывает большую озабоченность в молочной промышленности.
Что касается роли QS в образовании биопленок, Falà et al. обобщили и критически обсудили литературные данные, представив общий обзор современного понимания распространенности и влияния QS на биопленки, взаимодействия с компонентами пищевых матриц и факторами, связанными с хозяином, в кишечнике человека.
Из всего вышесказанного следует, что срочно необходимы новые стратегии борьбы с биопленками в пищевой микробиологии. В этой связи Liu и Wang изучили влияние протокатехуинового альдегида на образование биопленки и способность Vibrio parahaemolyticus к адгезии. Результаты этого исследования показали, что протокатехуиновый альдегид может быть использован для борьбы с биопленками V. parahaemolyticus для обеспечения безопасности пищевых продуктов.
Приведенные выше исследования расширили наше понимание данной темы, однако для лучшего понимания бактериальных биопленок по-прежнему необходимы соответствующие исследования (1) механизмов, лежащих в основе формирования биопленок различных видов бактерий, (2) роли QS в формировании биопленок и (3) новых стратегий вмешательства в QS и контроля биопленок.
