بخشی از مقاله
چکیده:
علیرغم پیشرفت های گسترده در زمینه تکنولوژیهای مدرن، صنعت غذا همچنان با چالش آلودگی میکروبی موادغذایی مواجه است. از سویی دیگر استفاده بیش از حد از آنتی بیوتیکها منجر به ظهور پاتوژنهای - - pathogens غذایی مقاوم و تشدید این مشکل شده است. بنابراین تلاش برای توسعه روشهای جدید کنترل آلودگی میکروبی در مواد غذایی و محیطهای فراوری غذایی ضروری است.
بر این اساس، باکتریوفاژها - فاژها - و مشتقات آنها - آنزیم لایزین - به عنوان ترکیبات ضد میکروبی طبیعی ایمن و جدید، گزینه مناسبی جهت پیشگیری و حذف آلودگیهای میکروبی در طیف وسیعی از موادغذایی قبل و پس از فراوری - ازمزرعه تا سفره - و در سطوح فراوری غذا میباشند. با مروری بر مطالعات انجام شده در زمینه استفاده از فاژها جهت کنترل باکتریهای پاتوژن در موادغذایی تحت شرایط نگهداری مختلف و شناخت ویژگیهای گوناگون فاژها میتوان زمینه لازم جهت بهره برداری بی خطر و موثر از باکتریوفاژها در صنعت غذا در آینده نزدیک را فراهم نمود. در این مقاله علاوه براین مباحث به مزیتها و محدودیتهای بکارگیری فاژها به عنوان عوامل بیوکنترلی در موادغذایی نیز پرداخته شده است.
مقدمه :
بیماریهای ناشی از غذا یکی از علل عمده مرگ و میر در سراسر جهان میباشند. برطبق گزارش سازمان بهداشت جهانی، بیماری اسهال ناشی از پاتوژن های غذایی در هر سال میتواند باعث مرگ حدود 2 میلیون کودک شود. در ایالات متحده آمریکا، موارد ابتلا به بیماریهای ناشی از غذا بالغ بر76 میلیون نفر تخمین زده میشود، که 325000 مورد منجر به بستری شدن در بیمارستان و 5000 مورد منجر به مرگ میگردد CDC - ، . - 2011 درسالهای اخیرتلاشهای قابل توجهی درجهت کنترل مهمترین پاتوژنهای باکتریایی غذا صورت گرفته است اما با این حال همچنان با افزایش روز افزون بیماریهای مختلف ناشی از باکتریهای Salmonella، campylobacter، E.coli وlisteria در مواد غذایی روبرو میشویم. این عوامل بیماری زا در طول برداشت و یا ذبح، فراوری، ذخیره سازی و بستهبندی در تماس با مواد غذایی قرار میگیرند.
برای کاهش بار میکروبی محصولات خام تیمارهای فیزیکی مانند اشعهUV، فشار بالا، حرارت خشک و بخار، شیوهینسبتاً مناسبی میباشند اما به علت تاثیر منفی برخواص حسی اینگونه محصولات مقبولیت آنها را در بازار کاهش میدهند. استفاده گسترده از آنتی بیوتیکها و ضدعفونی کنندههای شیمیایی نیز به دلیل ظهور باکتریهای مقاوم و ورود آنها به زنجیره غذایی، باعث تاثیر منفی بر درمان عفونتهای باکتریایی در انسان میشود - چیبو، . - 2013 از سویی دیگر بسیاری از نگهدارندههای شیمیایی که درموادغذایی بکار میروند نیز در دراز مدت اثرات سرطانزایی دارند.
بنابراین توسعه رویکردی جدید مانند بکارگیری عوامل ضد میکروبی طبیعی جهت به حداقل رساندن غلظت نگهدارندههای شیمیایی و کاهش پاتوژنهای باکتریایی در موادغذایی همواره مورد تقاضای مصرف کنندگان میباشد. باکتریوفاژها - فاژها - به عنوان عوامل ضد میکروبی طبیعی میتوانند در کنترل پاتوژنهای باکتریایی در موادغذایی و محیطهای فرآوری مواد غذایی استفاده شوند. درسالهای اخیر مطالعات بسیاری درزمینه کاربرد بیوکنترلی فاژها در صنعت غذا صورت گرفته است که در این مقاله به اهمیت فاژها و نقش بیوکنترلی آنها در موادغذایی مختلف پرداخته شده است.
مروری بر تاریخچه کشف، بیولوژی و چرخه تکثیر فاژها:
مستنداتی از گذشتههای دور مبنی بر توانایی آب رودخانه در درمان بیماریهای عفونی وجود دارد. درسال 1896 ارنست هانکین گزارش کرد که چیزی در رودخانههای گنگ و یامونای هند وجود دارد که دارای عملکرد ضد باکتریایی در برابر وبا بوده و میتواند به خوبی از یک فیلتر بسیار ریز عبورکند. سالها بعد دراوایل قرن نوزدهم میلادی دو دانشمند به نامهای فردریک توورت و فلیکس دهرله به طور مستقل درطی آزمایشات خود به وجود عوامل بسیار ریزی که باعث نابودی باکتریها در محیطهای کشت میکروبی میشدند، پی بردند که با استفاده از فیلترهای باکتریایی امکان جداسازی آنها وجود نداشت.
فلیکس دهرله این عوامل را باکتریوفاژ یا باکتری خوار نامید. ماهیت و ساختار باکتریوفاژها برای اولین بار در سال 1940 توسط مشاهدات انجام شده با میکروسکوپ الکترونی مشخص گردید - بروکو، انانی، گریفیتس، . - 2012 فاژها بزرگترین گروه ویروسها هستند که از باکتریها به عنوان میزبان استفاده نموده و باعث لیز شدن و نابودی آنها میگردند. این گروه از میکروارگانیسمها از لحاظ ساختاری حداقل از دو جز تشکیل شدهاند: ژنوم که DNA یا RNA است - ممکن است دو رشته یا تک رشته، حلقوی یا خطی باشد - ، و زیر واحدهای پروتئینی به نام کپسید که ژنوم را احاطه می کنند.
برخی از فاژها دارای ساختارهای اضافی مانند پوشش لیپیدی، دنباله و خار نیز هستند. ژنوم فاژ ممکن است که از چند ژن و یا از صدها ژن کدکننده پروتئین های کپسید تشکیل شود. فاژها ممکن است از نظر شکل در چند گروه دنباله دار، چند وجهی - بعضی تا20وجهی - ، رشته ای، وچند شکلی طبقه بندی شوند - بروکو، انانی، گریفیتس، . - 2012 فاژها همانند سایر ویروس ها انگل اجباری سلول هستند و تکثیرشان وابسته به سلولهای باکتریایی است. نکته حائز اهمیت این است که دامنه میزبان فاژها محدود میباشد بدین معنا که بیشتر فاژها، آلوده کنندهی یک گونهی خاص و یا حتی یک سویهی ویژه باکتریایی هستند.
برای مثال فاژ لامبدا تنها قادراست که E.coli را آلوده کند و فاژ Spo1 تنها Bacillus subtilis را آلوده مینماید. درمقابل فاژهای وجود دارند که دامنه میزبانشان وسیع میباشد مانند فاژ Mu و . P1 همچنین برخی از باکتریها مانند E.coli توسط فاژهای متعددی مانند ، M13، P1، T4و Mu آلوده میشود - عزیزیان و همکاران، . - 2013 فاژها درابتدا از طریق گیرنده های پروتئینی سطحی که برروی دیواره سلولی، کپسول و یا پیلی باکتری میزبان قرارگرفته است می توانند به سطح سلول باکتری جهت تکثیر متصل گردند.
در مرحله بعد، فاژ باید ژنوم خود را تزریق نموده و ژنوم باید از نوکلئاز باکتریایی در سیتوپلاسم محافظت شود تا ژنوم به راحتی تکثیر، رونویسی، ترجمه گردد، به طوری که درصورت وجود تعداد زیادی از نسخه های ژنوم، پروتئین های کپسید، و پروتئین دم، همان زمان تولید میشوند. ذرات فاژ کامل پس از سرهم شدن بخش های مختلف آماده خروج از سلول باکتری هستند. فاژهای مختلف از استراتژی های مختلفی برای انجام این واکنش استفاده میکنند - کری، مکولیف، رز، هیل، ماهونی، کوفی، . - 2013 فاژها براساس نحوه تکثیرشان به دو دسته تقسیم میشوند:
-1فاژهای لایتیک - Lytic Phage یا : - Virulent فاژ بلافاصله پس از عفونی کردن سلول میزبان با ژنوم خود، با استفاده ازریبوزم، فاکتورهای سنتز پروتئین، و انرژی سلول میزبان به سرعت تکثیرمی شوند. سپس ذرات ویروس جدید با ترشح آنزیمهای Holins و Lysins با تخریب غشا و دیواره سلول میزبان در تعداد زیاد درمحیط آزاد می گردند که تعدادفاژهای رها شده درمحیط به نوع فاژبستگی دارد. سیکل لایتیک حدود1-2 ساعت طول میکشد. برخی از فاژها مانند فاژ T4 تنها از سیکل لایتیک برای تکثیر خود بهره میبرند.
-2فاژهای لیزوژنیک - lysogenic phage یا : - Temperate ژنوم فاژ پس از ورود به سلول میزبان با ژنوم باکتری ادغام شده، و پس از طی دوره بلوغ ژنومی - - Lysogeny ، به طور مستقل تکثیر شده و مسیر لایتیک را در پیش میگیرند، درنهایت با تخریب و لیزکردن دیواره باکتری از آن خارج می شوند. - درمورد فاژهایی که دارای DNA دو رشته ای هستند. - برای مثال فاژ که قادر به طی هر دو سیکل تکثیر بوده Temperateفاژ نامیده میشوند. فاژ M13 یک نمونه غیرعادی است که بدون لیز نمودن سلول میزبان باکتریایی از آن خارج می گردد. بنابراین در هیچ یک ازدسته های فاژ lysogenic یا Temperate قرارنمیگیرد. به باکتری محتوی ژنوم فاژ lysogen و به ژنوم فاژ prophage گفته می-شود - جاسیم، عبداامیر،باکار، - 2012 - شکل . - 1
