بخشی از مقاله
چکیده
آلودگی ماده غذایی در خط تولید یکی از مشکلات اساسی کارخانجات فرآوری غذا میباشد. سطوح آلوده که به شکل ناموثر و ناصحیحی پاکسازی شدهاند و مواد آلی چرک روی آن باقی مانده، محیط مناسبی برای رشد باکتریها و تشکیل بیوفیلم هستند. بیوفیلمهای موجود درصنعت غذا، درواقع میکروارگانیسمهایی هستند که درمواد پلیمری خارج سلولی پلی آنیونی روی سطوح جای گرفتند.
هدف از این پژوهش بررسی میزان مقاومت بیوفیلم دوگونهای باکتری E.coli و Staphylococus aureus است. ابتدا باکتری های E. coli - ATCC 25922 - و Staphylococcus aureus - ATCC 25923 - از مرکز کلکسیون های میکروارگانیسم های صنعتی خریداری شد. سپس بخشی از آن در محیط کشت skim milk برای نگهداری طولانی مدت تلقیح شد و در فریزر -20 نگهداری شد.
تمامی آزمایشات به صورت سه بار تکرار انجام شد و سطح معناداری دادههای با استفاده از نرم افزار آماری IBM SPSS Statistics20 به دست آمده است. نتایج نشان داده است که اما در بیوفیلم باکتری E. coli بیشترین اثر در حذف بیوفیلم مربوط به دو بیوساید گوتارالدئید و پراستیک اسید با تقریبا 75 درصد کاهش در مقدار بیوفیلم، بود. چهار ماده ضدمیکربی دیگر تقریبا با 40 درصد اثر مشابهی را در حذف بیوفیلم این باکتری داشتند.
مقدمه:
تمایل ذاتی میکروارگانیسمها برای چسبیدن به سطوح، تکثیر یافتن و محصور کردن خود در یک ماتریکس خارج سلولی که خود مولد آن نیز هستند به شکلگیری بیوفیلم میانجامد. رشد میکروارگانیسمها در قالب بیوفیلم یک تهدید جدی برای بسیاری از صنایع و ریسکی برای سلامت عمومی محسوب می شود؛ تشکیل بیوفیلم بوسیله برخی باکتری ها مانند Bacillus E.coli, Salmonella spp,Staphylococus aureus, Pseudomonas aeruginosa, Shigella spp, Listeria monocytogenes cereus, در زمینههای مختلف از جمله صنایع غذایی نه تنها منجر به فساد محصول کارخانه می شود بلکه می تواند باعث ایجاد بیماری در مصرف کنندگان نیز گردد.
به طور طبیعی باکتریها ترجیح میدهند که در اجتماعات چسبیده به سطوح که بیوفیلم نامیده میشود زندگی کنند. در بیوفیلمها باکتریها در یک ماتریکس پلیمری خارج سلولی احاطه شدهاند و علیه استرسهای محیطی، تیمارهای ضدمیکربی و سیستم ایمنی میزبان محافظت میشوند. بیوفیلمها در عفونتهای مختلف انسانی مثل اندوکاردیت، استئومیلیت، عفونت مجاری ادراری و بسیاری از بیماریهای دیگر دخالت دارند. عوامل ایجاد کننده عفونتهای مرتبط با بیوفیلم گونههای مختلف از باکتریهای گرم مثبت مانند استافیلوکوکوس، استرپتوکوکوس و انتروکوکوس و همچنین باکتریهای گرم منفی مانند سودوموناس آئروژینوزا، اشرشیا کلی می-باشند.
درون جوامع بیوفیلمی، باکتریها با یکدیگر بوسیله استفاده از مولکولهای سیگنال شیمیایی در پاسخ به تراکم جمعیت در یک پروسه که کواروم سنسینگ نامیده میشود، ارتباط برقرار میکنند. ارتباط سلول با سلول از طریق کواروم سنسینگ شامل تولید، آزادسازی، تشخیص و پاسخ به مولکولهای کوچک شبیه هورمون که فرومون یا اتوایندیوسر نامیده میباشد، است.
فعالیتهای فیزیولوژیکی در باکتریهای گرم مثبت که توسط کواروم سنسینگ تنظیم میشوند شامل تشکیل بیوفیلم در استافیلوکوکوس، استرپتوکوکوس و انتروکوکوس و بیان فاکتورهای ویرولانس در استافیلوکوکوس، اسپوریلاسیون در باسیلوس، و بیوسنتز آنتیبیوتیک در لاکتوکوکوس لاکتیس هستند.
در میان باکتریهای گرم مثبت، تشکیل بیوفیلم و کواروم سنسینگ در استافیلوکوکوس توجه بسیاری را برای مطالعه در این زمینه به خود جلب کرده است. برخلاف بیشتر بیوفیلمهایی که در محیطهای طبیعی، جایی که یک بیوفیلم به طور معمول شامل یک اجتماع میکربی چند گونهای است، عفونتزایی ناشی از استافیلو کوکوس اکثرا، نه همیشه، تکگونهای است. مهمترین گونههای استافیلوکوکال که در عفونتهای مرتبط با تشکیل بیوفیلم شرکت دارند Staphylococcus epidermidis - بطور اولیه عامل عفونتهای خارج از بدن - و Staphylococcus aureus - به طور نوعی عامل عفونتهای مرتبط با کلنیزاسیون در بافتهای میزبان - هستند
استافیلوکوکوسها باکتریهای رایج روی پوست و غشاهای مخاطی انسانها و حیوانها هستند. در انسانها، S. aureus و S. epidermis کوآگولاز منفی از رایجترین عوامل عفونتهای هستند. S. aureus بیشتر عفونتهای حاد مرتبط با کلونیزاسیون در بافتهای میزبان، مانند اندوکاردیت و استئومیلیت را سبب میشود که ممکن است منجر به سپتیس شود. با این حال، S. aureus همچنین یک عامل رایج مسبب عفونتهای خارجی محسوب میشود. از این رو باکتری برای این پژوهش به عنوان نماینده باکتریهای گرم مثبت انتخاب شد.
مهمترین فاکتور بیماریزایی در این عفونتها کلونیزاسیون روی سطوح حیاتی وغیرحیاتی بوسیلهی تشکیل ساختارهای سهبعدی که بیوفیلم نامیده میشود، میباشد. حضور بیوفیلمهای چسبنده در ابعاد وسیع روی کاتاترهای اینتراواسکولار بوسیلهی میکروسکوپ الکترونی نشان داده شده است. میکروارگانیسمها در قالب بیوفیلم در برابر شیموتراپی ضدمیکربی و همچنین در برابر سیستم ایمنی میزبان محافظت میشوند.
برای تشکیل بیوفیلم، استفیلوکوکسی ابتدا باید به یک سطحی بچسبد خواه به سطح بافت میزبان و یا به سطح یک ابزار پزشکی، و سپس تکثیر شود و در شکل دستههای سلولی چندلایهای احاطه شده در یک ماده خارج سلولی بیشکل که عموما دارای ترکیبی از N-acetyl-glucosamine ، تیکوئیکاسیدهای دیواره سلولی، DNA ، و محصولات میزبان است، تجمع یابند. یک بیوفیلم بالغ دارای کانالهای پر از مایع است تا انتقال مواد غذایی و اکسیژن را به سلولهای باکتریایی که در قسمتهای عمقیتر بیوفیلم قرار دارند را تضمین کند.
از یک بیوفیلم بالغ، سلولهای انفرادی و یا انبوهی از سلولها میتوانند کنده شوند. وقتی قسمتی از بیوفیلم کنده می-شود، باکتریها ممکن است از طریق جریان خون به نواحی دیگر توزیع شوند که گمان میرود منجر به عفونتهای متاستازیک و یا ایجاد سپتیس میشود. در ادامه، مکانیسمهای مولکولی که در تشکیل بیوفیلم و همچنین کنده شدن آن دخالت دارند بهطور خلاصه آورده شده است
مواد کاشته شده به سرعت با پلاسما و پروتئینهای ماتریکس خارج سلولی مانند فیبرونکتین، ویترو نکتین، ترمبواسپاندین، کلاژن و غیره پوشانده میشوند. بنابراین همهی این فاکتورهای میزبانی میتوانند به عنوان رسپتورهای ویژه برای کلنیزاسیون باکتری استفاده شوند. علاوه بر این، S. aureus به خصوص قادر است تا به طور مستقیم به بافت میزبان مانند بافت اپیتلیوم بچسبد.
باکتری استافیلوکوکوس اورئوس در میان باکتریهای دیگر از جهت تولید لایه لعابی شناخته شده است. تا سال 1996 در مورد ترکیبات سازنده این لایه لعابی اتفاق نظر وجود نداشت. مک و همکارانش در سال 1996 توانستند دو ساختار پلیساکاریدی را از این لایه خالصسازی کنند.
پلیساکارید 1 - بیش از 80 درصد - که یک هموگلیکان خطی از استخلاف بیتا6-1 متصل به -N استیل گلوکزامین است. پلی ساکارید2 - کمتر از 20 درصد - مقدار کمتری از استخلاف دیگلوکزامینیلهای غیر ان استیله دارد در عوض فسفات و سوکسینات متصل به استر دارد. پلیساکارید1 دارای بار مثبت است درحالیکه پلیساکارید 2 دارای بار منفی میباشد. پلی-ساکارید 2 به عنوان یک ساختار منحصربه فرد با ادهیزینهای پلیساکاریدی داخل سلولی - PIA - در ارتباط بوده که فعالیتشان سبب تشکیل تجمعات سلولی میشود.
مطالعه فوق بر روی جدایههای تولیدکننده بیوفیلم در استافیلوکوکوس اپیدرمیدیس انجام شد. مطالعات بعدی بر روی دیگر گونههای استافیلوکوکوس از جمله استافیلوکوکوس اورئوس وجود - PIA - را در این گونهها به تایید رساند. باید توجه داشت که در کنار - PIA - مواد دیگری همچون تیکوئیک اسید و پروتئین سطحی استافیلوکوکوسی - SSP-1 - ، پروتئین مرتبط با تجمع - AAP - ، پروتئین مرتبط با بیوفیلم - - BAP و سایر پروتئینها و نوکلئوتیدها در ساختن بیوفیلم نقش دارند.
اهداف مشخص تحقیق:
- بررسی میزان مقاومت بیوفیلم تک گونهای باکتری Staphylococus aureus
- بررسی میزان مقاومت بیوفیلم تک گونهای باکتری E.coli
- بررسی میزان مقاومت بیوفیلم دوگونهای باکتری E.coli و Staphylococus aureus
سؤالات تحقیق:
- چه اندازه بیوفیلم بالغ تکگونهای باکتری Staphylococus aureus نسبت به حالت پلانکتونیک این باکتری مقاوم است ؟
- چه میزان بیوفیلم بالغ تکگونهای باکتری E.coli نسبت به حالت پلانکتونیک این باکتری مقاوم است ؟
- چه میزان بیوفیلم بالغ دوگونهای از باکتریهای E.coli و Staphylococus aureus باکتری مقاوم است ؟
- آیا بیوفیلم دوگونهای از بیوفیلم تگگونهای مقاومتر است؟
- آیا مواد ضدمیکربی رایج در ایران کارایی لازم را در جهت حذف بیوفیلم این باکتریها دارند؟
- کدام ماده ضد میکربی بیشترین اثر را در حذف بیوفیلم دارد؟
پیشینه تحقیق:
مطالعات پیشین از زوبل و هنریسی برای اولین بار در تاریخ توصیف کرد که باکتری میتواند روی سطح بچسبد و ضمیمه شود. اندازه-گیری کمی و کیفی برای بازیابی بیوفیلم باکتری در سیستمهای آبی توسط گیسی و همکاران انجام شد. وجود یک سطح شاید مهم ترین پیش نیاز برای شکل گیری بیوفیلم شامل تشخیص سطح توسط باکتری است. عوامل فیزیکوشیمیایی روی اتصال اولیه و چسبندگی باکتری به سطح تاثیر دارند.
این یک قانون کلی است که باکتری سطحی که آبگریز است و درمقیاس نانو و میکرو زبر و خشن است و دارای لایه تهویه کننده است را به یک سطح صاف و آب دوست ترجیح میدهد. اینگونه بحث شده است که چالش کلیدی در این زمینه پیشگیری از تشکیل است یک لایه تهویه که شیمی سطح را غیر کم اثر میکند و یک سایت مناسب برای اتصال باکتری فراهم میکند.امروزه یکی از مهمترین موادی که در تهیه تجهیزات و دستگاههای مورد استفاده در صنایع غذایی به کار میروند تا آلودگی و فساد مواد غذایی را در کارخانجات به حداقل برساند، استیل زنگنزن است.
به طور کلی ساختار بیوفیلم در طبیعت از پیچیدگیهای بسیاری برخوردار است. از این رو شبیهسازی این ساختارهای پیچیده و فراهم سازی تمامی فاکتورهایی که در شرایط طبیعی بر روی توسعه و بلوغ بیوفیلم اثر میگذارند
