ООО "ПРОПИОНИКС"
пн-пт с 09:00 до 18:00 | +7 (966) 348-80-35 |
Рис. от редактора. Слева: Колонии молочных ПКБ: При росте на плотной питательной среде (кукурузно-лактозной) колонии пропионовокислых бактерий имеют округлую форму. Колонии влажные, блестящие, маслянистые. Цвет колоний кремовый. Справа: морфология ПКБ - клетки, подвергшиеся экстремальному воздействию кислоты (рН 2).
Резюме
Молочные пропионибактерии - это микроорганизмы, признанные в качестве безопасных (GRAS), которые традиционно используются для производства сыров швейцарского типа. За последние два десятилетия были обнаружены и разработаны различные дополнительные свойства и функциональные возможности этих бактерий. Пропионибактерии - выносливые организмы, обладающие замечательной адаптивностью к технологическим и физиологическим стрессовым условиям. Кроме того, они обладают множеством полезных для здоровья свойств, таких как модуляция микробиоты кишечника, улучшение физиологии кишечника и иммуномодуляция, что указывает на их перспективный пробиотический потенциал. Пропионибактерии производят интересный широкий спектр функциональных биомолекул, таких как витамины группы В, трегалоза, конъюгированная линолевая кислота, пропионовая кислота, бактериоцины, бифидогенные факторы и т.д. Таким образом, в настоящее время эти бактерии изучаются для разработки новых функциональных продуктов питания, а также для промышленного производства нутрицевтиков. Растущий интерес к этим бактериям подогревается первым секвенированием целого генома штамма Propionibacterium freudenreichii, что создает платформу для лучшего понимания различных путей и дальнейшего совершенствования соответствующих технологий.
Ключевые слова Пропионибактерии - Пробиотики - Витамины - CLA - Трегалоза - Пропионовая кислота
Микроорганизмы играют очень важную роль в здоровье и питании человека. Они участвуют в производстве различных биомолекул, ферментации молока, а также симбиотически обитают в кишечнике, принося пользу хозяину. Различные микроорганизмы традиционно использовались для производства кисломолочных продуктов и сыров. Пропионибактерии - один из таких важных классов организмов, первоначально использовавшихся для производства швейцарских сортов сыра и некоторых ферментированных продуктов. Но в последнее время различные новые функции и потенциальные применения молочных пропионибактерий возвели их в ранг высоко универсальных и одомашненных организмов.
Пропионибактерии - грамположительные, не образующие спор, неподвижные палочки с высоким содержанием GC (53-68 %). Они анаэробные или аэротолерантные и, как правило, каталазоположительные. Этот род относится к семейству Propionibacteriacea и подразделяется на классические или молочные пропионибактерии (в основном выделяемые из молочных продуктов) и кожные пропионибактерии (обычно встречающиеся на коже и известные патогены человека) в зависимости от среды их обитания. Молочные пропионибактерии имеют давнюю историю безопасного использования в ферментированных пищевых продуктах и обладают статусом GRAS (Generally recognized as safe) и QPS (Qualified presumption of safety) (Meile et al. 2008). Пропионибактерии обладают несколькими особыми метаболическими путями (Thierry et al. 2011), одним из наиболее важных является центральный углеродный метаболический путь, известный как цикл Вуда-Веркмана, посредством которого они используют лактат во время роста и производят пропионат, ацетат и углекислый газ (Wood 1981).
Список известных видов молочных пропионибактерий с их общими характеристиками приведен в таблице 1. Propionibacterium freudenreichii и Propionibacterium acidipropionici - два наиболее широко изученных и промышленно важных вида. Помимо их использования в качестве культур для созревания, в ряде работ высказывается предположение о потенциальных пробиотических свойствах пропионибактерий (Cousin et al. 2011). Они также продуцируют антимикробные соединения, такие как бактериоцины и органические кислоты, которые широко используются при консервировании продуктов питания. Пропионибактерии производят широкий спектр функциональных метаболитов, таких как витамины группы В, конъюгированная линолевая кислота (CLA), трегалоза, пропионовая кислота, бифидогенные факторы и т.д. (Hugenholtz et al. 2002). Мы представляем обзор многомерных аспектов молочных пропионибактерий с акцентом на их пробиотические, технологические и функциональные свойства.
Таблица 1 Основные виды молочных пропионибактерий и их общие характеристики
Вид
|
Обычная среда обитания
|
Общие характеристики
|
Ref.
|
P. freudenreichii subsp. freudenreichii,
P. freudenreichii subsp. shermanii
|
Молоко, сыр (в основном швейцарский) и силос
|
Негемолитические, каталазоположительные, анаэробные или аэротолерантные, белые или бежевые колонии. Два подвида можно различить по следующим признакам: ферментация лактозы (freudenreichii - ve, shermanii + ve); активность нитрат-редуктазы (freudenreichii + ve, shermanii - ve) |
Britz and Riedel (1994), Cummins and Johnson (1986), Merry and Davies (1999)
|
P. acidipropionici
|
Молоко, сыр и рубец
|
Слабая или отрицательная каталазная реакция, как анаэробная, так и аэробная, бежево-оранжевые колонии
|
Britz and Riedel (1994), Cummins and Johnson (1986), Davidson and Rehberger (1995)
|
P. jensenii
|
Молоко, сыр, рубец и силос
|
Большое внутривидовое разнообразие, как аэробные, так и анаэробные, слабая или отрицательная каталазная реакция, β-гемолитические, кремовые или желтые колонии
|
Britz and Riedel (1994), Cummins
and Johnson (1986), Davidson
and Rehberger (1995)
|
P. thoenii
|
Молоко, сыр и некоторые другие молочные продукты
|
Каталазоположительные, медленно растущие, анаэробные, β-гемолитические, желто-оранжевые/красные/коричневые колонии.
|
Cummins and Johnson (1986)
|
P. cyclohexanicum
|
Испорченный (забродивший) апельсиновый сок
|
Каталазоотрицательные, продуцируют молочную кислоту, аэротолерантные, кислотоустойчивые; белые или кремовые колонии
|
Kusano et al. (1997)
|
P. micrroaerophilum
|
Сточные воды оливковых мельниц |
Каталазоотрицательные, микроаэрофильные и факультативные анаэробы, белые колонии в форме двояко-выпуклой линзы
|
Dherbe´court et al. (2006)
|
Фалентин и соавторы впервые сообщили о секвенировании целого генома (WGS) широко изученного штамма молочной пропионибактерии (Propionibacterium freudenreichii CIRM-BIA1T) (Falentin et al. 2010a). После этого был проведен обширный биоинформационный анализ и обзор генома, подчеркивающий непатогенную природу, клеточный метаболизм, пробиотический потенциал и устойчивость штамма. Здесь представлены ключевые особенности геномной последовательности, описанные Фалентином и сотрудниками (Falentin et al. 2010a). P. freudenreichii CIRM-BIA1T имеет круговую хромосому размером 2,7 Мb со значительно высоким содержанием GC - 67 % и 2439 предсказанных белков. Безопасность этого штамма была подтверждена сравнительным геномным анализом P. freudenreichii CIRM-BIA1T и Propionibacterium acne (патогенного для человека), который показал полное отсутствие факторов патогенности у первого. Также была прослежена молекулярная сборка, участвующая в цикле Вуда-Веркмана и синтезе ароматических соединений, витаминов, трегалозы и т.д. Удивительная устойчивость этого штамма объясняется наличием нескольких генов, участвующих в накоплении соединений, запасающих углерод, таких как полифосфат, гликоген, совместимые растворенные вещества, такие как трегалоза, глицин-бетаин и белок Rpf (необходимый белок для роста «спящих» клеток). Выявлены гены, участвующие в выживании, адгезии и эффективности пробиотиков, включая их иммуномодулирующие свойства в кишечной среде, которые нуждаются в экспериментальном подтверждении с помощью исследований экспрессии. Проведение первого WGS ввело исследования пропионибактерий в геномную эру. Недавно разработанная схема мультилокусного типирования последовательностей (MLST) для P. freudenreichii пролила свет на ее молекулярное разнообразие и структуру популяции с геномной точки зрения (Dalmasso et al. 2011). Общий низкий уровень нуклеотидного полиморфизма очевиден в его основном геноме, но ни один конкретный биотип, основанный на фенотипических данных, не может быть связан с 46 типами последовательностей (STs), полученными в ходе исследования. WGS также позволил провести исследования по сравнительной геномике и транскриптомике пропионибактерий для картирования филогенетических связей, специфических признаков и поведения экспрессии различных штаммов (Brzuszkiewicz et al. 2011; Dalmasso et al. 2012).
Существенными характеристиками пробиотических организмов являются безопасность, выживаемость во время транзита через ЖКТ, адгезия к эпителиальной слизистой оболочке и способность приносить определенную пользу здоровью хозяина. Пропионибактерии считаются безопасными, поскольку их давно используют в сырах швейцарского типа и других ферментированных продуктах. Некоторые исследователи также изучили и установили безопасность пропионибактерий на животных моделях (Huang et al. 2003; Uchida et al. 2011b), а также на людях (Uchida et al. 2011a). Кроме того, ни в одном из клинических испытаний пропионибактерина не было зарегистрировано побочных эффектов.
Пропионибактерии способны выдерживать жесткие технологические (Rossi et al. 2000) и физиологические условия (Darilmaz and Beyatli 2012a), что делает их идеальными кандидатами в пробиотики. В ряде исследований in vitro (Darilmaz and Beyatli 2012a; Huang and Adams 2004; Suomalainen et al. 2008) и in vivo (Huang et al. 2003; Lan et al. 2007; Suomalainen et al. 2008) сообщалось, что они выдерживают низкий pH, а также высокую концентрацию желчи во время транзита через ЖКТ. Потенциал пропионибактерий к адгезии к кишечному эпителию был продемонстрирован их способностью связывать различные углеводороды (Darilmaz and Beyatli 2012b; Darilmaz et al. 2012), слизь человеческого происхождения (Ouwehand et al. 2000; Za´rate et al. 2002b), линии эпителиальных клеток человека, такие как Caco-2 (Moussavi and Adams 2010) и C2BBe1 (Huang and Adams 2003), а также слизистую оболочку кишечника в условиях in vivo. (Za´rate et al. 2002c).
Поселившись в кишечнике, пробиотические бактерии регулируют микрофлору кишечника и приносят пользу здоровью хозяина. Пропионибактерии синергически способствуют росту и адгезии полезных микроорганизмов (Collado et al. 2007a) и подавляют распространенные энтеральные патогены (Collado et al. 2007b), а также Helicobacter pylori (Myllyluoma et al. 2008). Они также вырабатывают пропионат и бифидогенные вещества, а именно 1,4-дигидрокси-2-нафтойную кислоту (DHNA) и 2-амино-3-карбокси-1,4-нафтохинон (ACNQ), которые способствуют росту бифидобактерий в толстой кишке (Kaneko et al. 1994; Kouya et al. 2007; Warminska-Radyko et al. 2002).
Пропионибактерии также способны модулировать здоровье и физиологию человека, оказывая ряд полезных эффектов, таких как облегчение непереносимости лактозы, антимутагенная активность, антиканцерогенная активность и эффект снижения уровня холестерина. Они эффективно проявляют β-галактозидазную активность в условиях, имитирующих кишечную среду, и, таким образом, могут быть полезны для смягчения непереносимости лактозы (Za´rate et al. 2002a). Было обнаружено, что этот эффект усиливается в присутствии желчных солей, возможно, за счет повышения проницаемости клеток и высвобождения активного фермента в среду (Za´rate et al. 2000a, b). Кроме того, было установлено, что лактат является более подходящим субстратом для получения высокой активности β-галактозидазы, чем лактоза (Za´rate and Chaia 2012). Что касается их антимутагенной активности, то комбинация P. freudenreichii subsp. shermanii JS и L. rhamnosus Lc705 может снизить активность ферментов проканцерогенов в кишечнике, а высокое количество клеток пропионибактерий связано с низкой активностью β-глюкозидазы у здоровых взрослых (Hatakka et al. 2008). Помимо комбинаций пробиотиков, отдельные штаммы пропионибактерий проявляют антимутагенный эффект в отношении таких соединений, как афлатоксины (Gratz et al. 2005; Niderkorn et al. 2006), 4-нитрохинолин N-оксид, N-метил-N-нитро-N-нитрозогуанидин, азид натрия и 9-аминоакридин (Vorob'eva et al. 2001).
Пропионибактерии также могут вызывать апоптоз клеток колоректальной карциномы in vitro за счет выработки короткоцепочечных жирных кислот, таких как пропионат и ацетат (Cousin et al. 2012a; Jan et al. 2002). Эти результаты были расширены и подтверждены на модели гуманизированной крысы, где P. freudenreichii TL133 вызывал апоптоз и способствовал уничтожению клеток, поврежденных 1,2 диметилгидразином (DMH) (Lan et al. 2008). P. freudenreichii subsp shermanii JS и L. rhamnosus GG, используемые в комбинации, оказывали ex vivo иммуномодулирующее действие на пролиферацию В- и Т-лимфоцитов, а также изменяли чувствительность лимфоцитов к мутагенам (Kirjavainen et al. 1999). В другом исследовании десять штаммов пропионибактерий были проверены на иммуномодулирующие свойства сначала в модели in vitro с использованием мононуклеарных клеток периферической крови человека (PBMCs), где они показали высокую штаммозависимую индукцию IL-10 и очень низкую индукцию IL-12, TNFα и IFNα. Кроме того, было обнаружено, что два штамма P. freudenreichii, обладающие наибольшей противовоспалительной активностью, защищают мышей от 2,4,6-тринитробензолсульфоновой кислоты (TNBS), вызывающей колит (Foligne´ et al. 2010). Недавно было доказано, что β-глюкан, компонент экзополисахаридов P. freudenreichii, маскирует противовоспалительное действие бактерий, и поэтому предлагается исключить этот биомаркер при отборе штаммов на предмет иммуномодулирующей активности (Deutsch et al. 2012). P. acidipropionici также был способен смягчать изменения, вызванные конканавалином А (растительным лектином) в эпителии кишечника, уменьшая его взаимодействие с эпителиальными клетками, за счет либо блокировки его рецепторов на поверхности слизистой оболочки, либо за счет связывания свободного лектина (Za´rate and Pe´rez Chaia 2012).
Несколько продуктов, изготовленных с использованием пробиотических пропионовокислых бактерий, продемонстрировали многообещающие преимущества для здоровья людей-добровольцев. Было обнаружено, что молочная сыворотка, ферментированная P. freudenreichii ET-3, увеличивает популяцию бифидобактерий и уменьшает симптомы язвенного колита в моделях крыс и человека, опосредованно вырабатывая DHNA (Uchida et al. 2007). Пробиотический напиток на основе молока, содержащий P. freudenreichii subsp. shermanii JS, показал снижение уровня С-реактивного белка (CRP) и провоспалительных цитокинов в сыворотке крови у здоровых людей-добровольцев (Kekkonen et al. 2008). Новый продукт на основе молока, ферментированный исключительно P. freudenreichii, был разработан путем добавления в ультрафильтрат молока лактата и гидролизата казеина и предложен в качестве носителя пропионибактерий для проведения тестирования их пробиотических свойств (Cousin et al. 2012b). Также было установлено, что новый разработанный продукт оказывает цитотоксическое действие на раковые клетки HT-29 и HGT-1 благодаря выработке пропионовокислыми бактериями короткоцепочечных жирных кислот, таких как пропионат и ацетат (Cousin et al. 2012a).
Пропионибактерии используются в основном в качестве вспомогательной культуры при производстве сыров швейцарского типа, где они отвечают за характерный аромат и образование глазков. Несмотря на использование в качестве вспомогательной культуры, они доминируют в микрофлоре сыра в период созревания (Rehn et al. 2011). Они также использовались для получения аромата в некоторых других сортах сыра (Fernandez-Espla and Fox 1998; Thierry et al. 2005). Образование "глазков" является результатом выделения CO2 во время роста пропионибактерий, которые диффундируют через слабую поверхность сырной матрицы, образуя отверстия. С другой стороны, производство аромата обусловлено метаболизмом лактата (производимого молочнокислыми бактериями (МКБ)) и аспартата, катаболизмом аминокислот и гидролизом жиров пропионибактериями (Langler et al. 1967). В результате ферментации лактата пропионибактериями образуются пропионат, ацетат и CO2. Пропионат и ацетат придают сыру фоновый вкус. Летучие ароматические соединения, такие как 3-метилбутаналь, 2-метилбутаналь и 3-метилбутановая кислота, образуются в результате катаболизма аминокислот с разветвленной цепью, в частности лейцина, изолейцина и валина (Thierry and Maillard 2002).
Пропионибактерии также производят свободные жирные кислоты (FFAs) путем липолиза молочного жира. Около двенадцати генов для предполагаемых эстераз, участвующих в липолизе сыра, были идентифицированы в геноме штамма P. freudenreichii с помощью геномного подхода in silico (Dherbe´court et al. 2008). В результате экспрессии этих генов в P. freudenreichii было обнаружено, что эстераза PF#774 является единственной эстеразой, секретируемой и активной в отношении молочного жира, и, таким образом, рассматривается как ключевой игрок в созревании сыра (Dherbe´court et al. 2010). Транскриптомный анализ экспрессии генов при моделировании условий созревания сыра позволяет предположить, что пропионибактерии сохраняют жизнеспособность и активно продуцируют эти вкусовые соединения и в условиях холодного хранения (Dalmasso et al. 2012; Falentin et al. 2010b). Их высокая жизнеспособность в период созревания напрямую связана с высокой концентрацией этих вкусовых соединений в сыре (Rehn et al. 2011).
Новые исследования пропионибактерий предлагают перспективные решения традиционных технологических проблем, возникающих при их использовании в качестве стартовых культур. Сообщается, что для сохранения клеток P. acidipropionici с повышенной жизнеспособностью используется новый метод распылительной сушки в качестве альтернативы дорогостоящему методу сублимационной сушки (Schuck et al. 2012). Использование пропионибактерий в качестве стартовых культур сдерживается их плохой способностью к росту в молочной среде, что требует их кокультивирования с МКБ. Они показали хорошую совместимость с бифидобактериями в молоке и соевом молоке и смогли снизить фактор метеоризма в последнем (Wu et al. 2012). Недавно был разработан новый продукт на основе молока, заквашенный исключительно P. freudenreichii, с необходимым добавлением факторов роста и показавший, что он повышает жизнеспособность и метаболическую активность пробиотических клеток в кишечнике (Cousin et al. 2012b).
Дополнительно см.: Биосинтез бактериоцинов
Антимикробные соединения, вырабатываемые пищевыми бактериями, представляют собой альтернативный и эффективный способ сохранения пищевых продуктов. Эти соединения можно использовать в трех различных стратегиях: очищенный/полуочищенный противомикробный препарат в качестве пищевой добавки, использование предварительно ферментированного продукта в качестве ингредиента при приготовлении пищи или просто использование бактерий, продуцирующих противомикробные препараты, в качестве стартовой или дополнительной культуры. Пропионибактерии производят бактериоцины и органические кислоты, которые широко используются для консервирования пищевых продуктов. Основными бактериоцинами, продуцируемыми пропионибактериями, являются пропионицин PLG-1 P. thoenii P127, Дженсенин G P. jensenii P126, пропионицин SM1 и SM2 P. jensenii DF1, пропионицин F P. freudenreichii LMGT 2946 и пропионицин T1 P. thoenii. 419 (Holo et al. 2002). Спектр активности этих бактериоцинов и их общие свойства приведены в таблице 2. Среди всех бактериоцинов пропионибактерий пропионицин PLG-1 обладает наиболее распространенной активностью, подавляя даже некоторые грамотрицательные патогены и грибы (Lyon et al., 1993). Штамм-продуцент P. thoenii P-127 также использовался для биоконсервации некоторых ферментированных пищевых продуктов (El-Shafei et al. 2008; Tawfik et al. 2004). P. freudenreichii нечувствителен ко всем бактериоцинам пропионибактерий, за исключением пропионицина F, который также является единственным известным бактериоцином, продуцируемым этим видом (Brede et al. 2004). Пропионицин F синтезируется в виде большого пропротеина (255 остатков) геном pcfA, а для превращения в активный бактериоцин (102-145 остатков) требуется созревание, которое осуществляется генами PcfB и PcfC (Faye et al. 2011). Устойчивость к штамму-продуценту пропиоцина F обеспечивается 127-аминокислотным белком PcfI, а ген иммунитета (pcfI) также используется в качестве селективного маркера в системе клонирования P. freudenreichii для пищевых продуктов (Brede et al. 2007). Кроме того, Faye et al. выделили активируемый протеазой антимикробный пептид (PAMP), необычный бактериоцин-подобный белок из P. jensenii LMG 3032. PAMP секретируется в неактивной форме и для активации нуждается во внешней обработке протеазой. Предшественник pro-PAMP секретируется конститутивно во время роста, а зрелый белок проявляет точечную ингибирующую активность против нескольких штаммов пропионибактерий и лактобацилл (Faye et al. 2002). Помимо бактериоцинов, органические кислоты, продуцируемые пропионибактериями, такие как пропионовая кислота, уксусная кислота и т.д., также проявляют потенциальную антибактериальную активность. Ферментированный бульон, содержащий большое количество пропионовой кислоты, продуцируемой P. freudenreichii Pr4, оказался эффективным в отношении различных микроорганизмов, вызывающих порчу, таких как B. subtilis, B. cereus, Ps. putida и E. coli (Danilova et al. 2012). Благодаря своему пищевому статусу и широкому антимикробному спектру, многие коммерческие антимикробные препараты пропионибактерий используются для консервирования пищевых продуктов и силоса, например, Microgard, Bioprofit и др.
Таблица 2. Основные бактериоцины, продуцируемые молочными пропионибактериями
S. no.
|
Бактериоцин
|
Штамм-продуцент
|
Ингибирующий спектр
|
Общие характеристики
|
Ref.
|
1
|
Propionicin PLG-1
|
P. thoenii P127
|
P. thoenii, P. jensenii,
P. acidipropionici, Lactobacillus delbruckii subsp. lactis, Listeria monocytogenes, Corynebacterium spp., Vibrio parahaemolyticus, Yersinia enterocolitica, Pseudomonas spp., Saccharomycess spp., Aspergilus spp.
|
Активен в широком диапазоне рН (3-9), высокая стабильность при хранении, широкий спектр активности, умеренно термостабильный |
Lyon and Glatz (1993), Lyon et al. (1993)
|
2
|
Jenseniin G
|
P. thoenii P126 (более ранний P. jensenii P126)
|
P. acidipropionici P5 и
P. jensenii P54, Streptococcus thermophilus,
L. delbruckii
subsp. bulgaricus NCDO1489, L. delbruckii subsp. Lactis ATCC 4797, L. cremoris NCDO 799,
L. lactis subsp. lactis C2, Clostridium botulinum spores
|
Термостабилен, стабилен при замораживании и хранении в холоде
|
Baker et al. (2004), Grinstead and Barefoot (1992), Weinbrenner et al. (1997)
|
3
|
Thoeniicin 447
|
P. thoenii 447
|
L. delbruckii subsp. bulgaricus, P. acne
|
Термостабилен, активен в широком диапазоне pH
|
Van der Merwe et al. (2004)
|
4
|
Propionicin SM1/SM2
|
P. jensenii DF1
|
P. jensenii DSM 20274
|
Термостабилен
|
Miescher et al. (2000)
|
5
|
Propionicin T1
|
P. thoenii 419 и P. thoenii LMG 2792
|
P. acne,
P. acidipropionici,
P thoenii, P. jensenii,
L. sake NCDO 2714
|
Противоугревое свойство, термостабильность, стабильность при замораживании и хранении в холоде |
Faye et al. (2011), Faye et al. (2000)
|
6
|
Propionicin F
|
P. freudenreichii LMGT 2946
|
шаммы P. freudenreichii
|
Отрицательно заряженные, гидрофобные по своей природе
|
Brede et al. (2004)
|
7
|
Jenseniin P
|
P. jensenii B1264
|
P. acidipropionici,
P. jensenii, P. thoenii,
L. delbruckii subsp. bulgaricus, L. acidophilus
|
Термостабилен, pH-стабилен
|
Prince (1993), Wang (2010)
|
8
|
Protease activated antimicrobial peptide (PAMP)
|
P. jensenii LMG 3032
|
Штаммы пропионибактерий и лактобацилл
|
Термостабилен, стабилен при низком pH и в условиях холодного храненияs
|
Faye et al. (2002)
|
Пропионибактерии также проявляют мощную противогрибковую активность (Ho et al. 2009), которая в основном обусловлена органическими кислотами (Lind et al. 2005) и бактериоцинами, такими как пропионицин PLG-1 (Lyon and Glatz 1993). Среди органических кислот, продуцируемых пропионибактериями, максимальную противогрибковую активность проявляют пропионовая и уксусная кислоты, эффект которых усиливается при снижении pH (Lind et al. 2005) и использовании глицерина в качестве источника углерода (Helena et al. 2010). Кроме того, 3-фенилмолочная кислота, продуцируемая P. shermanii, P. thoenii и P. acidipropionici, также способствует противогрибковой активности в отношении таких грибов, как Aspergillus fumigatus и Rhodotorula mucilaginosa (Lind et al. 2007).
Витамины - важнейшие микроэлементы, необходимые живым существам. Человек не способен синтезировать большинство витаминов, поэтому их необходимо получать из рациона. Два наиболее эффективных подхода к производству обогащенных витаминами продуктов питания: обогащение пищи витаминами, добавленными извне, и производство витаминов in situ заквасочными бактериями в ферментированных продуктах. Учитывая потенциальный риск передозировки и химическую природу витаминов, используемых при обогащении, более перспективной представляется стратегия использования микроорганизмов для производства витаминов. Известно, что многие бактерии пищевого класса способны вырабатывать витамины (LeBlanc et al. 2011), что в основном используется для обогащения ферментированных продуктов in situ, а также имеет высокую коммерческую ценность с точки зрения производства пищевых продуктов. Пропионибактерии способны продуцировать некоторые витамины группы В (табл. 3) в значительных количествах, которые обсуждаются ниже.
Таблица 3. Функциональные биомолекулы, продуцируемые молочными пропионибактериями
Биомолекула
|
Штамм-продуцент
|
*Концентрация*
|
********Ref.*******
|
Витамин B12
|
P. freudenreichii subsp. shermanii CDB 10015
|
3.1 мг/л
|
Quesada-Chanto et al. (1998)
|
P. freudenreichii subsp. shermanii DF 15
|
2.5 мкг/мл
|
Hugenschmidt et al. (2010)
|
|
P. freudenreichii subsp. shermanii IFO12426 (генетически модифицированный штамм)
|
1.68 мг/л
|
Piao et al. (2004)
|
|
P. freudenreichii subsp. shermanii F2-3 (штамм с перетасованным геномом)
|
2.85 мг/л
|
Zhang et al. (2010a)
|
|
P. freudenreichii subsp. shermanii J15
|
68.05 мкг/100 мл
|
Van Wyk et al. (2011)
|
|
P. freudenreichii MTCC 1950 (мутантный штамм)
|
20–24 мг/л
|
Ali and Mohd (2011)
|
|
P. freudenreichii MTCC 1950 (мутантный штамм)
|
19–22 мг/л
|
Khan and Mir (2011)
|
|
P. freudenreichii subsp. shermanii 1
|
4.01 мг/л
|
Kos´mider et al. (2012)
|
|
P. freudenreichii subsp. shermanii OLP-5
|
31.67 мг/л
|
Thirupathaiah et al. (2012)
|
|
P. freudenreichii subsp. shermanii Pr1
|
900–1,800 нг/мл
|
Gardner and Champagne (2005)
|
|
Фолат
|
P. freudenreichii J16
|
21.13 мкг/100 мл
|
Van Wyk and Britz (2012)
|
P. shermanii J8
|
2.94 мкг/100 мл
|
Van Wyk et al. (2011)
|
|
P. freudenreichii subsp. shermanii NIZO B373
|
93 мкг/л
|
Hugenholtz et al. (2002)
|
|
P. acidipropionici NIZO B362
|
58 мкг/л
|
Hugenholtz et al. (2002)
|
|
P. jensenii NIZO B364
|
51 мкг/л
|
Hugenholtz et al. (2002)
|
|
Рибофлавин
|
P. freudenreichii NIZO B2336 (устойчивый к розеофлавину мутант штамма B374)
|
⁓3.2 мг/л
|
Burgess et al. (2006)
|
P. freudenreichii NIZO B2672 (устойчивый к розеофлавину мутант штамма B374)
|
⁓3 мг/л
|
Burgess et al. (2006)
|
|
CLA
|
P. freudenreichii subsp. freudenreichii CGMCC 1.2236
|
24.8 мкг/мл
|
Wang et al. (2007)
|
P. freudenreichii subsp. shermanii CGMCC 1.2227
|
78.8 мкг/мл
|
Wang et al. (2007)
|
|
P. freudenreichii subsp. shermanii JS
|
518 мкг/мл
|
Rainio et al. (2002b)
|
|
P. freudenreichii subsp. shermanii CGMCC1.2231
|
45.682 мг/мл
|
Zhang et al. (2010b)
|
|
P. freudenreichii subsp. freudenreichii PFF6
|
⁓265 мкг/мл
|
Jiang et al. (1998)
|
|
P. freudenreichii subsp. shermanii 9093
|
0.243 мг/мл
|
Hennessy et al. (2012)
|
|
P. freudenreichii subsp. freudenreichii Propioni-6
|
0.214 мг/мл
|
Hennessy et al. (2012)
|
|
P. freudenreichii subsp. shermanii
|
0.11 мг/мл
|
Kishino et al. (2002)
|
|
Пропионовая кислота
|
P. acidipropionici P200910
|
57 г/л
|
Paik and Glatz (1994)
|
P. acidipropionici ATCC4875 (FBB-адаптированные клетки)
|
71.8 г/л
|
Suwannakham and Yang (2005)
|
|
P. acidipropionici
|
65 г/л
|
Yang et al. (1995)
|
|
P. acidipropionici (Мутант ACK-Tet)
|
16.5 г/л
|
Suwannakham et al. (2006)
|
|
P. acidipropionici (Мутант TAT-ACK-Tet)
|
17.1 г/л
|
Suwannakham et al. (2006)
|
|
P. acidipropionici ATCC 4875
|
20.75 г/л
|
Goswami and Srivastava (2000)
|
|
P. acidipropionici ATCC 4965
|
15 г/л
|
Coral et al. (2008)
|
|
P. freudenreichii CCTCC M207015 (иммобилизованные клетки в MFB)
|
67.05 г/л
|
Feng et al. (2010)
|
|
P. acidipropionici (FBB-адаптированный мутант ACK-Tet)
|
100 г/л
|
Zhang and Yang (2009a)
|
|
P. acidipropionici CGMCC 1.2230 (адаптированный кислотоустойчивый штамм)
|
51.2 г/л
|
Zhu et al. (2012)
|
|
P. acidipropionici (FBB-адаптированный мутант ACK-Tet)
|
106 г/л
|
Zhang and Yang (2009b)
|
|
P. acidipropionici CGMCC1.2225
|
29.2 г/л
|
Liu et al. (2011)
|
|
P. freudenreichii CCTCC M207015 (иммобилизованные клетки в PFB)
|
91.89 г/л
|
Feng et al. (2011)
|
|
P. acidipropionici ATCC 4875 (иммобилизованные клетки в FBB)
|
65.8 г/л
|
Liang et al. (2012)
|
|
P. acidipropionici CGMCC 1.2230
|
47.28 г/л
|
Zhu et al. (2010)
|
|
P. acidipropionici CGMCC 1.2230 (иммобилизованные клетки в FBB)
|
58.8 г/л
|
Zhu et al. (2012)
|
|
Трегалоза
|
P. acidipropionici ATCC 4875
|
1.52 г/л
|
Deborde et al. (1996)
|
P. freudenreichii subsp. shermanii CIP103027
|
0.3–0.8 г/л
|
Deborde et al. (1996)
|
|
P. freudenreichii subsp. shermanii NIZO B365
|
131 мг/г белка
|
Cardoso et al. (2004)
|
|
P. acidipropionici DSM 20273
|
132 мг/г белка
|
Cardoso et al. (2004)
|
|
P. freudenreichii subsp. shermanii NCIM 5137 (осмотически чувствительный мутант)
|
391 мг/г биомассы
|
Ruhal and Choudhury (2012b)
|
Дополнительно см.: Биосинтез витамина B12
Животные, растения и грибы не способны производить витамин B12, он вырабатывается исключительно микроорганизмами. Человеку необходимо получать эту жизненно важную молекулу из натуральных источников, таких как мясо, рыба, яйца или фармацевтическая продукция. Рекомендуемая диетическая норма (RDA) витамина B12 для среднего взрослого человека составляет около 2-3 мкг/день, а его дефицит может привести к ряду физиологических нарушений, наиболее распространенным из которых является пернициозная анемия (Roth et al. 1996).
Пропионибактерии обладают статусом GRAS и высокой способностью к накоплению витамина B12 и, таким образом, представляют собой очевидный выбор для обогащения молочных продуктов путем ферментации in situ. Они использовались в качестве дополнительных культур для повышения уровня B12 в некоторых ферментированных продуктах, таких как кефир (Van Wyk et al. 2011), йогурт (Amrutha 2010), кимчи (Ro et al. 1979) и ферментированные овощи (Babuchowski et al. 1999). Улучшение системного уровня B12 было достигнуто путем кормления крыс ферментированным продуктом на основе пропионовокислых бактерий (Adams et al. 2002).
Витамин B12 коммерчески производится Propionibacteria, Pseudomonas dentrificans и Bacillus megaterium (Martens et al., 2002), причем первый используется главным образом из-за его пищевого статуса. Попытки увеличить производство витамина B12 пропионибактериями предпринимались либо путем изменения питательного состава среды роста с точки зрения аминокислот, минералов и т.д., либо с помощью подходов генетической и метаболической инженерии. Значительного повышения уровня продукции можно достичь путем добавления предшественника 5,6-диметилбензимидазола (Marwaha et al. 1983) и альтернативной инкубации в анаэробных и аэробных условиях (Ye et al. 1996). Используя одну или обе из этих стратегий, удалось достичь высоких уровней производства, используя сыворотку в качестве экономически эффективной и экологичной среды роста (Bullerman and Berry 1966). При аналогичном подходе высокая биомасса P. freudenreichii, а также концентрация витамина B12 могут быть достигнуты на отработанной среде, полученной в результате ферментации МКБ (Gardner and Champagne 2005). Недавно было установлено, что сырой глицерин (Kos´mider et al. 2012) и глюкоза (Chiliveri et al. 2010) способствуют хорошему производству витамина B12 пропионибактериями в оптимизированных условиях.
После характеристики молекулярных узлов, участвующих в биосинтезе витамина B12 в пропионибактериях (Roessner et al. 2002), для повышения его производства были использованы методы генной инженерии. Несколько генов, принадлежащих к пути витамина B12, были клонированы и экспрессированы в P. freudenreichii, и рекомбинантный штамм показал заметное улучшение способности синтезировать B12 (Piao et al. 2004). Чжан и соавторы использовали метод перетасовки геномов для увеличения производства витамина B12 P. shermanii, и перетасованный штамм показал улучшение производства витамина на 61 % (Zhang et al. 2010a). Случайный мутагенез с использованием ультрафиолетового (УФ) излучения (Ali and Mohd 2011) и нитрозогуанидина (NTG) (Khan and Mir 2011) также использовался для улучшения производства витамина B12 из P. freudenreichii. Недавно добавление аналогов витамина B12 в ферментационную среду, рассматриваемое как новый подход к преодолению ингибирования по принципу обратной связи (Feedback inhibition), привело к значительному увеличению производства витамина B12 из P. shermanii (Thirupathaiah et al. 2012).
Фолат - это жизненно важное пищевое вещество, играющее важную физиологическую роль в организме человека. RDA для фолата составляет 400 мкг/сутки для взрослых. Овощи и молочные продукты являются основными источниками фолиевой кислоты для человека. Молоко - хорошо известный источник фолата, содержащий около 5-7 мкг фолата на 100 г продукта, таким образом, вносящий значительный вклад в суточную потребность среднего человека (Iyer and Tomar 2009).
Ферментация молока молочнокислыми бактериями, продуцирующими фолаты (Santos et al. 2008), была направлена на дальнейшее улучшение фолатного статуса молочных продуктов. Пропионибактерии демонстрируют широкое разнообразие с точки зрения уровня производства фолатов, причем некоторые штаммы даже производят столько же, сколько штаммы S. thermophilus (известные производители фолатов) (Hugenholtz et al. 2002). Функциональные пищевые продукты, такие как ферментированное молоко и кефир, были разработаны с использованием штаммов Propionibacterium, продуцирующих фолат и витамин B12, для восполнения дефицита витаминов в бедных регионах (Van Wyk et al. 2011).
Рибофлавин (витамин B2) содержится в самых разных продуктах питания, таких как молочные продукты, мясо, яйца и некоторые зеленые овощи. Однако дефицит рибофлавина (арибофлавиноз) по-прежнему распространен как в развивающихся, так и в промышленно развитых странах. Хотя молочные продукты содержат рибофлавин (в молоке его примерно 1,2 мг/л), они не считаются хорошим источником этого необходимого витамина. Следовательно, продуцирующие рибофлавин стартовые штаммы (LeBlanc et al. 2011) могут быть использованы для восполнения этой молекулы в рационе человека. Селекция спонтанных мутантов, устойчивых к розеофлавину, является надежным методом получения природных штаммов с избыточной продукцией рибофлавина (Burgess et al. 2004). Было показано, что такие мутантные штаммы P. freudenreichii продуцируют значительно большее количество рибофлавина, чем штаммы дикого типа (Burgess et al. 2006). Сообщалось, что йогурт, обогащенный рибофлавином, содержащий в качестве добавочной культуры P. freudenreichii (мутант, устойчивый к розеофлавину), облегчает симптомы экспериментально вызванного арибофлавиноза у крыс (LeBlanc et al. 2006).
Конъюгированная линолевая кислота (CLA) относится к семейству изомеров линолевой кислоты (цис-9, цис-12-октадекадиеновая кислота) и содержится в некоторых пищевых продуктах. За последние два десятилетия были получены данные о важной физиологической роли и огромной пользе CLA для здоровья (Scimeca and Miller 2000). Микробное производство CLA также было направлено на пополнение запасов этой молекулы в ферментированных продуктах, а пропионибактерии показали хороший потенциал для производства CLA в нескольких исследованиях (Таблица 3). В одном из таких исследований различные молочные заквасочные бактерии были протестированы на производство CLA in vitro, и оказалось, что P. freudenreichii и P. shermanii являются активными производителями CLA (Jiang et al. 1998). Активность изомеразы линолевой кислоты штаммов Bifidobacterium и Propionibacterium была использована для получения новых конъюгированных жирных кислот (подбных CLA), таких как, конъюгированная α-линоленовая кислота (CLNA), конъюгированная c-линоленовая кислота (CGLA) и конъюгированная стеаридоновая кислота (CSA) из их неконъюгированных изомеров. (Rainio et al. 2001; Hennessy et al. 2012). Аналогичным образом, клеточные экстракты P. shermanii и L. acidophilus, обладающие активностью изомеразы линолевой кислоты, были успешно использованы для получения CLA из линолевой кислоты (LA) (Lin et al. 2002).
Возможность получения пищевой CLA из пропионибактерий привела к попыткам повысить ее продуктивность либо за счет изменения параметров обработки, либо за счет оптимизации компонентов среды. Райнио и его коллеги (Rainio et al. 2002b) изучали продукцию CLA пропионибактериями при периодической ферментации и периодической ферментации с подпиткой, при которой в растущих клетках наблюдались высокие скорости трансформации из LA по сравнению со стационарными клетками (Rainio et al. 2002b). Линолевая кислота оказывает токсическое воздействие на жизнеспособность микроорганизмов, которое можно частично преодолеть за счет ее мицеллизации в матрице сорбитанмоноолеата (SO) (Rainio et al. 2001), однако это приводит к снижению эффективности трансформации (Rainio et al. 2002a).
Семена растений, богатые маслами, такими как сафлоровое, подсолнечное, кунжутное, кукурузное и т.д., являются богатыми источниками LA и могут быть использованы в качестве субстрата для микробного производства CLA. Высокие уровни CLA были получены из P. shermanii с использованием кунжутного масла при оптимизированных pH, температуре и концентрации линолевой кислоты (Zhang et al. 2010b). Сравнительная способность производства CLA P. freudenreichii и P. shermanii была протестирована в среде лактата натрия (SLM), среде де Ман-Рогоза-Шарпе (MRS) и среде обезжиренного молока, в каждую из которых добавляли подсолнечное масло. P. shermanii показал максимальную продукцию в SLM и MRS, в то время как P. freudenreichii произвел максимальное количество CLA в обезжиренном молоке (Wang et al. 2007). Гидролизованная суспензия овсяной муки в качестве источника LA была оптимизирована для обогащения CLA с помощью P. shermanii (Vahvaselka¨ et al. 2004). Кроме того, добавление подсолнечного масла в овсяную муку повысило концентрацию CLA в ферментированном овсе с хорошей стабильностью при хранении (Vahvaselka¨ et al. 2006). Благодаря своим огромным полезным свойствам CLA рассматривается в качестве ингредиента функциональных продуктов питания (Benjamin and Spener 2009), а кисломолочный продукт на основе пропионовокислых бактерий был предложен в качестве потенциальной добавки CLA (Hennessy et al. 2007).
Дополнительно см.: Биосинтез трегалозы
Трегалоза (микоза) - углевод из группы невосстанавливающих дисахаридов, образованный 2 остатками D-глюкозы, связанными между собой α-1,1-гликозидной связью. Данный дисахарид широко распространен во всем биологическом мире и служит источником углерода и энергии, совместимым растворенным веществом, резервным соединением и метаболитом, защищающим от стресса (Elbein et al., 2003). Среди нескольких известных родов бактерий, продуцирующих трегалозу, молочные пропионибактерии являются единственными пищевыми бактериями, способными к биосинтезу трегалозы из глюкозы и пирувата посредством неоглюкогенеза (Deborde et al., 1996). Это явление широко распространено среди представителей рода, но сильно зависит от штамма (таблица 3). Сообщалось об увеличении выработки трегалозы пропионибактериями в различных стрессовых условиях, что указывает на ее потенциальную роль в защите от стресса (Cardoso et al., 2004). Среди нескольких протестированных источников углерода лактоза является лучшим субстратом для производства трегалозы, тогда как лактат (хотя и является лучшим субстратом для роста клеток) оказывается плохим (Cardoso et al., 2004; Deborde et al., 1996). Недавно сообщалось, что неочищенный глицерин является новой и эффективной средой для получения высоких выходов трегалозы и пропионовой кислоты из P. freudenreichii subsp. shermanii. Было высказано предположение, что присутствие KCL в неочищенной глицериновой среде создает осмотическую проблему для клеток, приводящую к более высокому уровню внутриклеточного накопления трегалозы (Ruhal et al., 2011). Улучшение продукции трегалозы было достигнуто у химически полученного осмотически чувствительного мутанта, очевидно, благодаря его более высокой активности АДФ-глюкозопирофосфорилазы (Ruhal and Choudhury 2012b). Кроме того, используя новую стратегию аэробного роста как для дикого типа, так и для мутантного штамма, в среде на основе глицерина можно было бы достичь более высокой биомассы бактерий и, в свою очередь, более высоких уровней трегалозы (Ruhal and Choudhury 2012a).
Предполагается двойная роль трегалозы в пропионибактериях: во-первых, как резервного соединения, а во-вторых, как молекулы, защищающей от стресса. Пути метаболизма трегалозы были идентифицированы у двух штаммов - P. freudenreichii NIZO B365 и P. freudenreichii CIRM-BIA1T. Путь трегалозо-6-фосфат синтазы/фосфатазы (OtsA-OtsB) вовлечен в синтез трегалозы, а путь трегалозо-синтазы (TreS), как предполагается, участвует в деградации трегалозы (Cardoso et al. 2007; Falentin et al. 2010a). Недавно ген otsB (фосфатфосфатазы трегалозы) из P. freudenreichii NIZO B365 был клонирован и экспрессирован в L. lactis. Рекомбинантный штамм мог продуцировать и выделять трегалозу в среду и был очень устойчив к кислотному, тепловому и холодовому шокам (Carvalho et al. 2011). Таким образом, использование продуцирующих трегалозу стартовых или пробиотических культур может привести к повышению их жизнеспособности и функциональности в стрессовых условиях. Кроме того, учитывая огромные возможности применения трегалозы для здоровья человека, разработка обогащенного трегалозой ферментированного молочного продукта с использованием штамма Propionibacterium представляет собой привлекательный и новый подход к доставке этой важной молекулы в организм человека.
Дополнительно см.: биосинтез пропионовй кислоты
Пропионовая кислота и ее соли широко используются для консервирования продуктов питания и производства целлюлозы, парфюмерии, гербицидов, фармацевтических препаратов, волокон и т.д. Пропионовая кислота коммерчески производится нефтехимическим способом путем гидрокарбоксилирования этилена. Однако высокая цена и невозобновляемая природа субстрата, а также растущий спрос потребителей на натуральные и безопасные консерванты повысили интерес к микробному производству пропионовой кислоты с использованием дешевого сырья (Liu et al. 2012).
Пропионибактерии производят пропионовую кислоту по пути дикарбоновых кислот с уксусной и янтарной кислотами в качестве основных побочных продуктов. Ряд авторов исследовали различные штаммы P. acidipropionici и P. freudenreichii для производства пропионовой кислоты (Таблица 3). Процесс микробного производства является самоингибирующим, поскольку производимая пропионовая кислота вызывает кислотное повреждение клеток (Blanc and Goma 1987), а высокое накопление побочных продуктов мешает последующей переработке (Yang et al. 1994). Были предприняты попытки устранить или уменьшить ингибирование конечного продукта путем разработки устойчивых к пропионовой кислоте штаммов (Woskow and Glatz 1991), использования экстрактивной ферментации (Lewis and Yang 1992) и иммобилизации клеток в биореакторах (Coronado et al. 2001; Yang et al. 1995). Сообщалось о более высоком выходе пропионовой кислоты из адаптированных к кислоте клеток P. acidipropionici, иммобилизованных в реакторе с волокнистым слоем (FBB), по сравнению с суспензией свободных клеток, а повышенная устойчивость адаптированных клеток к конечным продуктам объяснялась мутациями в двух ключевых ферментах, участвующих в пути получения пропионовой кислоты (Suwannakham and Yang 2005; Zhu et al. 2012). Для производства пропионовой кислоты из P. freudenreichii также был разработан биореактор с многоточечным волокнистым слоем (MFB), что привело к значительному повышению его производительности (Feng et al. 2010). Образование побочных продуктов при производстве пропионовой кислоты снижает выход продукции из-за отвода потока и ухудшения последующей переработки. Для преодоления этой проблемы были выведены мутанты ацетат-киназы (ACK-Tet и TAT-ACK-Tet) P. acidipropionici, которые показали сниженную способность к синтезу ацетата и улучшенный выход пропионовой кислоты (Suwannakham et al. 2006). Эти мутантные штаммы были иммобилизованы в биореакторе с волокнистым слоем (FBB) для улучшения их кислотоустойчивости и достижения более высокого выхода пропионовой кислоты (Zhang and Yang 2009a).
Несмотря на все усилия по повышению производительности и снижению образования побочных продуктов, стоимость процесса микробного производства по-прежнему значительно выше химического метода. Использование различных промышленных и сельскохозяйственных отходов в качестве сырья предлагает экологичный и экономичный способ производства пропионовой кислоты. Многие исследования по производству пропионовой кислоты пропионибактериями с использованием недорогих субстратов, таких как глюкоза (Feng et al. 2010), тростниковая меласса (Quesada-Chanto et al. 1994), лактоза (Goswami and Srivastava 2001), сыворотка (Gupta and Srivastava 2001), глицерин (Liu et al. 2011; Posada and Cardona 2012; Zhang and Yang 2009b; Zhu et al. 2010) и багассы сахарного тростника (Zhu et al. 2012) сообщили о значительном снижении себестоимости продукции.
В последнее время глицерин стал предпочтительным сырьем благодаря своей низкой стоимости и меньшему производству уксусной кислоты. Сообщалось, что концентрация пропионовой кислоты достигала 106 г/л при сниженном производстве уксусной кислоты в адаптированном к FBB мутанте ACK-Tet P. acidipropionici, использующем глицерин в качестве источника углерода (Zhang and Yang 2009b). Кроме того, оптимизация процесса ферментации на основе глицерина с использованием кислотоустойчивого штамма P. acidipropionici в периодической ферментации привела к значительному повышению уровня производства пропионовой кислоты (Zhu et al. 2010). Новая стратегия совместной ферментации с использованием глицерина и глюкозы в качестве сырья для производства пропионовой кислоты из P. acidipropionici привела к высокой производительности и эффективности преобразования субстрата с уменьшением образования побочных продуктов (Liu et al. 2011). В некоторых последних отчетах также предлагается использовать альтернативное сырье, такое как тростниковая меласса (кормовая патока) (Feng et al. 2011), жмых сахарного тростника (Zhu et al. 2012) и иерусалимский артишок (топинамбур) (Liang et al. 2012) для дальнейшего снижения стоимости производства.
Помимо вышеперечисленных метаболитов, пропионибактерии выделяют и другие важные соединения. Известно, что они продуцируют смесь соединений, получивших общее название бифидогенный стимулятор роста (Kaneko et al. 1994). В основном он состоит из DHNA, ACNQ и некоторых неизвестных компонентов. На производство DHNA пропионибактериями влияет концентрация кислорода в среде (Furuichi et al. 2006a), и для повышения уровня DHNA, производимого P. freudenreichii ET-3, был разработан новый метод анаэробно-аэробного переключения культур (Furuichi et al. 2006b).
Пропионибактерии также продуцируют 5-аминолевулиновую кислоту (5-ALA), основной предшественник в биосинтезе порфириновых соединений, таких как витамин B12. Это соединение также служит инсектицидом и гербицидом, способствует росту некоторых растений и используется в диагностике рака (Sasaki et al. 2002). Было показано, что штамм P. acidipropionici продуцирует большое количество 5-ALA (405 мг/л) в среде с добавлением глицина и при длительной стратегии культивирования (Kiatpapan et al. 2011). Сообщалось, что наряду с глицином добавление в среду сукцината и глюкозы также повышает выход 5-ALA из P. acidipropionici (Sonhom et al. 2012).
Молочные пропионибактерии, которые раньше использовались только в качестве заквасочной культуры при производстве сыра, превратились в многофункциональные организмы, имеющие перспективное применение в пищевой промышленности и для здоровья человека. Благодаря способности преодолевать неблагоприятные условия, преобладающие как в бродильной емкости, так и в кишечнике, а также обеспечивать различные полезные свойства, они стали использоваться в качестве пробиотиков. Их стрессоустойчивость также помогает использовать их для промышленного производства биомолекул. Они обладают обширным молекулярным набором и поэтому способны синтезировать целый ряд функциональных биомолекул, включая витамины (витамин B12, фолат, рибофлавин), трегалозу, CLA, пропионовую кислоту, бактериоцины, бифидогенные факторы и т.д. Технологические и молекулярные вмешательства последних лет открыли путь к разработке улучшенных штаммов и эффективных операций. Недавно было проведено первое секвенирование целого генома молочного штамма Propionibacterium. Такие данные необходимо получить и для других промышленно и функционально важных штаммов, чтобы восполнить недостаток геномной информации о молочных пропионибактериях. Эта информация вместе с недавно разработанными молекулярными инструментами будет иметь решающее значение для достижения новых технологических прорывов и лучшего использования пропионибактерий в качестве микробного биоресурса.
Дополнительная информация
References