Биопленки можно определить как высокоструктурированные устойчивые микробные сообщества, встроенные во внеклеточное полимерное вещество, которое обеспечивает необратимую адгезию к биотическим и абиотическим поверхностям.
В природе биопленки могут образовываться многочисленными видами бактерий, грибов, простейших и водорослей. Среди видов микроорганизмов, обычно участвующих в образовании биопленок, можно назвать Staphylococcus aureus, Staphylococcus epidermidis, Pseudomonas aeruginosa, Escherichia coli и Candida albicans. Способность образовывать биопленки определяет патогенность этих микроорганизмов. В настоящее время считается, что 80% бактериальных инфекций человека связаны с образованием биопленок, особенно тех, которые связаны с использованием медицинских устройств, таких как катетеры, сердечные клапаны, контактные линзы и другие.
Развитие микробных биопленок также часто происходит в пищевой промышленности, поскольку на оборудовании, посуде и контактных поверхностях имеется большое количество питательных веществ. Биопленки обладают повышенной устойчивостью к дезинфицирующим средствам и могут привести к коррозии оборудования, оказывая негативное влияние на качество конечного продукта. Их присутствие в продуктах питания и переработки может нанести серьезный ущерб здоровью населения из-за проблем, связанных с заболеваниями пищевого происхождения и порчей продуктов питания.
Производство безопасных и высококачественных продуктов питания стало сложной задачей для пищевой промышленности из-за порчи продуктов, которая вызвана нежелательным ростом патогенных/разрушающих микроорганизмов. Эта порча может привести к потерям и отходам продуктов питания. Для сокращения потерь пищевая промышленность использует синтетические консерванты для контроля роста микроорганизмов с целью продления срока хранения, повышения качества и безопасности продуктов питания. Однако некоторые химические добавки при попадании в организм в больших количествах могут вызывать нежелательные реакции у потребителей. В настоящее время наблюдается рост предпочтений потребителей в пользу более натуральных пищевых добавок и обеспокоенность безопасностью синтетических консервантов, что побуждает пищевую промышленность искать экологически чистые альтернативы. Таким образом, возникло намерение заменить использование традиционных синтетических консервантов природными антимикробными препаратами в продуктах питания.
Кроме того, неизбирательное использование противомикробных препаратов, включая антибиотики и биоциды, привело к развитию резистентности пищевых и больничных бактерий. Эта резистентность представляет угрозу для здоровья населения, поскольку снижает эффективность тех же соединений, увеличивая тем самым смертность и заболеваемость. Микроорганизмы в виде биопленок становятся значительно более резистентными к действию антибиотиков, чем те, которые обитают отдельно. Этот факт можно объяснить слабым проникновением и диффузией антимикробных препаратов через внеклеточный полимерный матрикс, сильной экспрессией эффлюксных насосов и ферментов, способных разлагать антимикробные молекулы. Это стимулировало ряд исследований в попытке разработать материалы, устойчивые к адгезии микроорганизмов, в дополнение к возможным методам лечения в случае уже сформированных биопленок. Соединения природного происхождения могут рассматриваться как перспективные альтернативы антимикробным агентам, используемым в настоящее время, не только как возможные консерванты пищевых продуктов, но и как адъюванты в процессе дезинфекции поверхностей и в борьбе с инфекциями.
В данном обзоре рассматриваются статьи, посвященные некоторым природным агенты с антимикробным действием и/или направленные на сохранение пищевых продуктов и борьбу с биопленками, т.е. фитохимические вещества, биосурфактанты, антимикробные пептиды и микробные ферменты, а также их источники, механизмы действия на внеклеточные полимерные вещества и их ингибирующие концентрации.
Oulahal и Degraeve сосредоточились на анализе современных знаний о перспективах и ограничениях применения богатых фенолами растительных экстрактов для сохранения пищевых продуктов и борьбы с биопленками на контактирующих с пищей поверхностях.
Khorshidian и др. исследовали возможность применения педиоцина (педиоцины, относящиеся к подклассу IIa бактериоцинов, характеризующихся как небольшие немодифицированные пептиды с низкой молекулярной массой, вырабатываются некоторыми бактериями рода Pediococcus) для сохранения мяса и мясных продуктов от воздействия L. monocytogenes.
Maurya et al. подготовили обзор, целью которого было представить практическое применение наноэмульсий в реальных пищевых системах.
Das et al. подготовили обзор, в котором рассматриваются достижения в области нанокапсулирования, основанного на пищевом покрытии на основе эфирных масел, с эффективным использованием в качестве нового безопасного зеленого консерванта и развитием зеленого понимания устойчивой защиты фруктов от ухудшения качества, опосредованного грибками и микотоксинами.
Известно, что многие растения обладают антимикробными свойствами благодаря содержанию в них вторичных метаболитов. В последнее десятилетие большое внимание уделяется изучению фитохимических веществ на предмет их антимикробной активности.
Santos и др. разработали бесспиртовой высокоэффективный экстрактивный подход для извлечения антибактериальных и антиоксидантных фитохимических веществ из красного прополиса. Авторы обнаружили ингибирующий эффект на рост бактерий Staphylococcus aureus и Salmonella enteritidis.
Khelissa и др. приготовили катионный водорастворимый комплекс рутения путем реакции между дихлор димерами рутения и аминооксимными лигандами в молярном соотношении 1:2. Антибактериальная и антибиопленочная активность синтезированного комплекса была оценена против Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Listeria monocytogenes и Enterococcus faecalis. Результаты показали, что комплекс рутения обладает более высокой антибактериальной и антибиопленочной активностью по сравнению со свободными лигандами или энантиочищенным (R)-лимоненом.
Фенольные соединения - это природные вещества, которые могут быть получены из растений и играют важную роль в противомикробном действии.
Santos и др. попытались оценить потенциал фенольных соединений для ингибирования кворум-сенсинга в штамме Chromobacterium violaceum и трех видах бактерий пищевого происхождения (Aeromonas hydrophila, Salmonella enterica serovar Montevideo и Serratia marcescens). Авторы обнаружили, что куркумин, капсаицин и ресвератрол подавляют выработку виолацеина C. violaceum. Образование биопленки ингибировалось ресвератролом у A. hydrophila, капсаицином и куркумином у S. Montevideo и ресвератролом и капсаицином у S. marcescens.
Микробные вторичные метаболиты - это продукты с низкой молекулярной массой, не являющиеся необходимыми для роста культур-производителей, но очень важные для здоровья человека. К ним относятся антибиотики, противоопухолевые агенты, препараты, снижающие уровень холестерина, и другие.
Целью исследования Kumari и др. была оценка потенциала биосурфактантов, выделенных из новых дрожжей, и их ингибирования против грибков, вызывающих порчу пищевых продуктов. Авторы впервые продемонстрировали противогрибковую активность софоролипидного биосурфактанта из рода Metschnikowia и предложили новое противогрибковое соединение против пищевых и человеческих грибковых патогенов.
Chen et al. предположили, что клеточные компоненты дейнококка играют ключевую роль в предотвращении колонизации S. aureus путем ингибирования образования биопленки. Их эксперименты доказали, что DeinoPol является ключевой молекулой в негативной регуляции образования биопленки S. aureus с помощью D. radiodurans. Таким образом, DeinoPol может быть использован для профилактики и/или лечения инфекций или воспалительных заболеваний, связанных с биопленками S. aureus.
Taggar и др. продемонстрировали, что антимикробные пептиды, выделенные из штамма Bacillus subtilis subsp. spizizenii, проявили сильную антибактериальную эффективность против S. aureus ATCC 25923.
Zhang и др. оценили эффективность смесей природных антимикробных соединений, а именно реутерина, микроцина J25 и молочной кислоты, для снижения жизнеспособности Salmonella enterica и аэробов на тушках цыплят-бройлеров. Они обнаружили, что при распылении на охлажденные тушки цыплят смесь реутерина и молочной кислоты снижает количество Salmonella spp. Синергетический эффект реутерина с молочной кислотой или микроцином J25 в качестве ингибиторов роста бактерий был значительным.
Choyam и др. продемонстрировали, что бациллярный антимикробный пептид, производимый Bacillus paralicheniformis, оказывает бактериостатическое действие на Salmonella typhi и эффективно контролирует жизнеспособность Listeria monocytogenes в курином мясе.
Нанотехнологии все чаще используются для воздействия на бактерии в качестве альтернативы для обеспечения безопасности пищевых продуктов и борьбы с биопленками.
Puranen et al. оценили эффективность наноматериалов для инактивации биопленки L. monocytogenes ATCC 7644. Результаты, полученные авторами, показали, что нанопокрытие может быть эффективным и безопасным методом повышения безопасности пищевых продуктов на предприятиях пищевой промышленности для контроля образования биопленки.
В целом, эти исследования позволяют лучше понять основные природные и альтернативные компоненты, которые проявляют свое действие в сохранении пищевых продуктов и/или в борьбе с биопленками патогенных видов. Результаты, полученные при использовании этих соединений, вызвали большой интерес. Ожидается, что будут проведены дальнейшие исследования in vitro и in vivo, чтобы лучше понять их метаболические пути, механизмы действия, определить детали их безопасности и разработать правила их использования. Мы надеемся, что данные исследования помогут генерировать знания и открыть пути для создания новых систем и стратегий борьбы с биопленками и загрязнением пищевых продуктов.
