بررسی خواص ضدمیکروبی و مقاومت به آنتی‌بیوتیک‌ در جامعه میکروبی یک پنیر سنتی

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسنده

استادیار، گروه علوم و صنایع غذایی، دانشگاه بوعلی سینا، همدان، ایران

چکیده

سابقه و هدف: حضور ژن‌های مقاوم به آنتی‌بیوتیک در پنیرهای محلی، به دلیل خطر مهاجرت ژن‌ها، افزایش مقاومت به آنتی-بیوتیک‌ها در مصرف کنندگان و درنتیجه بی‌اثر شدن داروهای مربوطه در طی دوره درمانی مطلوب نیست. اخیرا، مطالعات نشان داده است که تقاضای پنیرهای محلی حاصل از شیر خام افزایش یافته است. اما این نگرانی وجود دارد که با مصرف این پنیرها احتمال انتقال ژن‌های مقاوم به آنتی‌بیوتیک از طریق باکتری‌ها بخصوص گونه‌های انتروکوکوسی به مصرف کنندگان افزایش یابد. البته محصولات تخمیری سنتی ممکن است حاوی فلور میکروبی ذاتی با ویژگی‌های مفید منحصر به فرد شامل تولید متابولیت‌های ضدمیکروبی و مقاومت به فاژها باشند که برای صنایع لبنی بسیار مهم است. قابلیت تولید باکتریوسین‌ توسط فلور میکروبی مسئول تخمیر پنیرهای حاصل از شیرخام بسیار مهم است زیرا از رشد باکتری‌های بیماریزا جلوگیری می‌کند. از اینرو، اهدف این مطالعه بررسی حضور فلور میکروبی مقاوم به آنتی‌بیوتیک در پنیرهای محلی حاصل از شیر خام و همچنین بررسی خواص مفیدی از جمله حضور متابولیت‌های ضدمیکروبی در آن بود.
مواد و روش ها: پنیر سنتی حاصل از شیر خام براساس یک دستورالعمل سنتی تهیه گردید. برای جداسازی انتروکوکوس‌ها، از محیط‌KAA آگار و سپس گرمخانه‌گذاری به مدت 48 ساعت در دمای °C 37 استفاده شد. رقیق‌سازی پنیر در رینگر تا رقت 8-10 استریل انجام شد. جهت جداسازی انتروکوکوس‌ها، 100 میکرولیتر از نمونه رقیق شده روی KAA آگار کشت گردید و سپس به مدت 48 ساعت تحت شرایط بی هوازی در °C 37 گرمخانه‌گذاری شد. جدایه‌های کاتالاز منفی و گرم مثبت توسط تست‌های فیزیولوژی (رشد در نمک با غلظت‌های 6.5% و 18% ، pHهای 9.6 و 4.4، دماهای °C10 و °C45 و تولید گاز) به صورت فنوتیپی در سطح جنس شناسایی شدند. بعد از تشخیص فنوتیپی جدایه‌ها در سطح جنس، شناسایی انتروکوکوس‌ها براساس روش مولکولی وابسته به کشت توسط PCR و سپس توالی‌یابی انجام شد.DNA استخراج شده از پنیر توسط تکنیک NGS تکثیر و توالی‌یابی گردید. داده‌های متاژنوم برای ژنوم مقاوم به فاژها و آنتی‌بیوتیک‌ها، قابلیت تولید باکتریوسین و ترکیبات آنتی‌اکسیدانی آنالیز شدند. به-علاوه، مقاومت جدایه‌ها به آنتی‌بیوتیک و خواص ضد میکروبی عصاره حاصل از پنیر بررسی شدند.
یافته ها: در کل20 باکتری از پنیر جدا شد و براساس تشخیص مولکولی شامل 60% انتروکوکوس مالودوراتوس، 5% انتروکوکوس فکالیس، 5% انتروکوکوس دورانس و 30% سایر گونه‌های انتروکوکوسی بودند. همچنین، آنالیز متاژنومیکس جامعه میکروبی پنیر نشان داد که جامعه انتروکوکوسی پنیر شامل 72% انتروکوکوس مالودوراتوس، 6% انتروکوکوس فکالیس، 13% انتروکوکوس ایتالیکوس و 10% سایر گونه‌های انتروکوکوسی است و میکروبیوم آن مقاوم به آنتی‌بیوتیک‌ها و باکتریوفاژها بوده و دارای پتانسیل تولید ترکیبات آنتی-اکسیدانی و ضدمیکروبی نظیر پلانتاریسین است. به علاوه، تست‌های آزمایشگاهی نیز مقاومت آنتی‌بیوتیکی و خواص ضدمیکروبی جدایه‌ها را تایید کرد.
نتیجه گیری کلی: این مطالعه نشان داد که برخی پنیرهای محلی می‌توانند عامل انتقال ژن‌های مقاوم به آنتی‌بیوتیک به انسان باشند و بایستی مصرف این نوع پنیرها محدود گردد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Evaluation of antimicrobial and antibiotic resistance properties of microbial community in a traditional cheese

نویسنده [English]

  • Nafiseh Davati
Assistant Professor, Department of Food Science and Technology, Bu‐Ali Sina University, Hamedan, Iran
چکیده [English]

Background and objectives: The presence of antibiotic-resistant genes in local cheeses is not desirable due to the risk of gene migration, increased resistance to antibiotics in consumers, and therefore the effectiveness of related drugs during the treatment period. Recently, the studies showed that the demand of local cheeses made from raw milk have increased. However, there is concern that consumption of these cheeses could increase the risk of antibiotic-resistant‌ genes transfer‌ through bacteria especially‌ Enterococcus spp to consumers. Of course, traditional fermented products may contain intrinsic microbial flora with‌ unique useful properties, including the production of‌ antimicrobial metabolites and resistance to phages, which is very important for the dairy industry. The ability of bacteriocin production by the microbial flora that responsible for fermentation of cheeses made from raw milk is very important because it prevents the growth of pathogenic bacteria. Therefore, the aims of this study were the evaluation of the presence of antibiotic-resistant microbial flora of local cheeses made from raw milk and the investigation of the useful properties such as the presence of its antimicrobial metabolites.
Materials and methods: Cheese made from raw milk was produced based on a traditional recipe. For isolation of Enterococcus spp., KAA agar was used, followed by incubation for 48 h at 37°C. The serial dilution of cheese was carried out until the final dilution of 10-8 in ringer. For isolation of Enterococcus spp., a 100 µl of diluted sample was cultured on KAA agar, then incubated for 48 h under anaerobic conditions at 37°C. The catalase-negative and Gram-positive isolates were phenotypically distinguished at genus level using physiological tests )growth at salt concentrations 6.5% and 18%, pH 9.6 and 4.4, temperatures 10°C and 45°C and gas production. After phenotypic detection of isolates at genus level, culture-dependent characterization through PCR and subsequently sequencing was carried out. DNA extracted from cheese was proliferated and sequenced by NGS technique. The metagenomics data were processed for phage resistance, antibiotic resistance, bacteriocin and antioxidant components production. Furthermore, antibiotic resistance of isolates and antimicrobial properties of cell free supernatant (CFS) from cheese were evaluated.
Results: A total of 20 bacteria were isolated from cheese and molecularly identified as Enterococcus malodoratous (60%), Enterococcus faecalis (5%), Enterococcus duran (5%), Enterococcus spp. (30%). Also, the metagenomic analysis showed that Enterococcal community of cheese include Enterococcus malodoratous (72%), Enterococcus faecalis (6%), Enterococcus italicus (13%), Enterococcus spp. (10%) and its microbiome is resistance to ‌-antibiotics ‌and bacteriophages and has the production potential of antioxidant compounds and antimicrobial compounds such as plantaricin. Moreover, laboratory tests confirmed ‌‌antibiotics resistance and antimicrobial properties of isolates.
Conclusion: This study showed that some local cheeses can be responsible for transferring antibiotic-resistant genes to humans and consumption of these cheeses should be limited.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Enterococcus-
  • Metagenomic
  • ‌Antibiotics resistance-Antimicrobial-Cheese
  1. 1.Trejo-González, L., Gutiérrez-Carrillo, A. E., Rodríguez-Hernández, A. I., del Rocío López-Cuellar, M. and Chavarría-Hernández, N. 2021. Bacteriocins Produced by LAB Isolated from Cheeses within the Period 2009–2021: a Review. Probiotics and Antimicrobial Proteins. 1-14.

    2.Darvishi, F. 2017. Screening of New Microorganisms and Their Useful Genes: From Traditional Methods to Metagenomics. Iranian journal of biology. 1: 1. 43-51.

    3.Russoa, N., Caggiaa, C., Pinoa, A., Coqueb, T.M., and Ariolie, S. 2018. Enterococcus spp. in Ragusano PDO and Pecorino Siciliano cheese types: A snapshot of their antibiotic resistance distribution. Food and Chemical Toxicology. 120. 277-286.

    4.Kamilaria, E., Dimitrios, A., Papademasa, P., Kamilarisb, A. and Tsaltas, D. 2020. Characterizing Halloumi cheese's bacterial communities through metagenomic analysis.  LWT - Food Science and Technology. 126:109298.

    5.Ruiz-Barba, J.L., Maldonado, A. and Jiménez-Díaz, R. 2005. Small-scale total DNA extraction from bacteria and yeast for PCR applications. Analytical biochemistry. 347: 2. 333-5.

    6.Jamet, E., Akary, E., Poisson, M.A., Chamba, J.F., Bertrand, X. and Serror, P. 2012. Prevalence and characterization of antibiotic resistant Enterococcus faecalis in French cheeses. Food Microbiology. 31.191-198.

    7.Flórez, A.B., Ammor, M.S., and Mayo, B. 2008. Identification of tet (M) in two Lactococcus lactis strains isolated from a Spanish traditional starter-free cheese made of raw milk and conjugative transfer of tetracycline resistance to lactococci and enterococci. International Journal of Food Microbiology. 121. 189-194.

    1. Delgado, S., Fracchetti, F., Mayo, B. and Torriani, S. 2011. Development and validation of a multiplex PCR-based DNA microarray hybridisation method for detecting bacterial antibiotic resistance genes in cheese. International dairy Journal. 21: 3.149-157.
    2. Meng, F., Zhu, X., Zhao, H., Nie, T., Lu, F. Lu, L. and Lu, Y. 2021. A class III bacteriocin with broad-spectrum antibacterial activity from Lactobacillus acidophilus NX2-6 and its preservation in milk and cheese. Food Control. 107597.

    10.Harrigan, W. 1998. Laboratory methods in food microbiology. Gulf Professional Publishing.

    11.Cardinal, M.J., Meghrous, J., Lacroix, C. and Simard, R.E. 1997. Isolation of Lactococcus lactis strains producing inhibitory activity against Listeria. Food Biotechnology. 11: 2.129-146.

    12.Lahtinen, S., Ouwehand, A.C., Salminen, S. and von Wright, A. (Eds.). 2011. Lactic acid bacteria: microbiological and functional aspects. Crc Press.

    13.Bulut, Ç. 2003. Isolation and molecular characterization of lactic acid bacteria from cheese (Master's thesis, İzmir Institute of Technology).

    14.Cortés-Zavaleta, O., López-Malo, A., Hernández-Mendoza, A. and García, H.S. 2014. Antifungal activity of lactobacilli and its relationship with 3-phenyllactic acid production. International journal of food microbiology. 173. 30-35.

    16.Kumar, P., Mishra, S., Kumar, A. and Sharma, A.K. 2016. Antifungal efficacy of plant essential oils against stored grain fungi of Fusarium sp. Journal of Food Science and Technology. 53. 3725-3734.

    17.Mousavi, S.H. and Kafili, T. 2020. Antibiotic Resistance of Lactic Acid Bacteria Isolated from Traditional Raw Milk Taleshi Cheese. Journal of Innovation in Food Science and Technology. 11: 4. 103-114.

    18.Fox, P.F., Guinee, T.P., Cogan, T.M. and McSweeney, P.L. 2017. Microbiology of cheese ripening. In Fundamentals of cheese science. Springer, Boston, MA. 333-390.

    19.Tabatabaei, M. and Pourmazaheri, H. 2012. Metagenomics and its application in identification of genetic diversity of microbial ecosystems. Modern genetic Journal. 7: 4. 313-324.

    20.Andrighetto, C., Knijff, E.D.O., Lombardi, A., Torriani, S., Vancanneyt, M., Kersters, K., Swings, J. and Dellaglio, F. 2001. Phenotypic and genetic diversity of enterococci isolated from Italian cheeses. Journal of Dairy Research. 68: 2. 303-316.

    21.Hajikhani, R., Darilmaz, D.O., Yuksekdag, Z.N. and Beyatli, Y. 2021. Assessment of some metabolic activities and potential probiotic properties of eight Enterococcus bacteria isolated from white cheese microbiota. Antonie van Leeuwenhoek. 1-16.

    1. Donowitz, G.R., and Mandell, G.L. 1988. Beta-lactam antibiotics. New England Journal of Medicine. 318: 7. 419-426.

    24.Bahrami, A., and Davati, N. 2021. Analysis of the microbial community in an Iranian local cheese. Iranian Food Science and Technology Research Journal. 17: 4. 631-645.

    25.Dubikova, K., Pristaš, P. and Javorský, P. 2015. Occurrence of abortive infection systems and phage resistance in lactic acid bacteria isolated from bryndza ewes' cheese. Journal of Food & Nutrition Research. 54: 1.

    26.Virtanen, T., Pihlanto, A., Akkanen, S. and Korhonen, H. 2007. Development of antioxidant activity in milk whey during fermentation with lactic acid bacteria. Journal of applied microbiology. 102: 1. 106-115.

    27.Gupta, A., Mann, B., Kumar, R. and Sangwan, R.B. 2009. Antioxidant activity of Cheddar cheeses at different stages of ripening. International Journal of Dairy Technology. 62: 3. 339-347.