شناسایی مولکولی لاکتوباسیلهای جدا شده از پنیرهای سنتی شهرستان بندرعباس
نیلوفر بازارچه شبستری، معصومه حاجی رضایی*
گروه میکروبیولوژی، واحد کرمان،دانشگاه آزاد اسلامی،کرمان،ایران
چکیده:
سابقه و هدف: لاکتوباسیلها ارگانیسمهایی گرممثبت، کاتالاز منفی، بدون اسپور و میلهای شکل هستند. تاکنون بیش از 90 گونه از این باکتریها شناخته شده است. سوشهای متعددی از لاکتوباسیلهای پروبیوتیک در طیف وسیعی از محصولات غذایی انسان وجود دارد. شناسایی این باکتریها در محصولات لبنی سنتی، امکان استفاده از آنها را در تولید فرآوردههای لبنی صنعتی مطبوعتر فراهم میآورد. انتخاب روشهای قابلاطمینان، برای شناسایی لاکتوباسیلها از اهمیت خاصی برخوردار است. روشهای بیوشیمیایی وقتگیر و ابهامآمیز هستند. روشهای مولکولی، مناسبتر و دقیقتر بوده و میتوانند جایگزین روشهای قبلی شوند. هدف از این تحقیق، جداسازی لاکتوباسیلها از فلور موجود در پنیر سنتی شهرستان بندرعباس و شناسایی آنها با استفاده از روش مولکولی PCR بهعنوان یک ابزار مؤثر در شناسایی سویههای جدا شده است.
مواد و روشها: تعداد50 نمونه پنیر سنتی از شهرستان بندرعباس جمعآوری و سویههای لاکتوباسیل توسط روشهای فنوتیپی جدا شدند. برای شناسایی مولکولی آنها، از پرایمرهای s rRNA16 استفاده گردید. سپس محصول PCR جهت توالییابی به شرکت پویا ژن گستر ارسال شد. توالیهای بهدستآمده در بانک ژنی NCBI بلاست شدند.
یافتهها: در مجموع 3 سویه لاکتوباسیل شامل لاکتوباسیلوس پلانتاریوم (Lactobacillus plantarum)، لاکتوباسیلوس هلوتیکوس (Lactobacillus helveticus) و لاکتوباسیلوس مورینوس (Lactobacillus murinus) شناسایی شد.
نتیجهگیری: این سه سویه کیفیت محصولات لبنی این منطقه را تأمین نموده و پتانسیل کاربرد در محصولات تولید شده در صنعت را دارا هستند.
واژههای کلیدی: لاکتوباسیل، پنیر، s rRNA16، تعیین توالی، PCR.
مقدمه
باکتریهای گرممثبت، بیحرکت، بدون اسپور، کاتالاز منفی، احیا نیترات منفی، سیتوکروم اکسیداز منفی هستند که قادر بـه ذوب ژلاتـین و تولیـد ایندول نیستند. در حال حاضر بیش از صد گونه از این جنس شناسایی شده است (4-2). جنس لاکتوباسیلوس بزرگترین جنس در گروه باکتریهای اسیدلاکتیک هتروژن است. لاکتوباسیلوسها باکتریهای میلهای شکل بهطول 10-1 و عرض 2/1-5/0 میکرون هستند. این باکتریها با اینکه فاقد کاتالاز و سیتوکروم اکسیداز هستند، ولـی در مجـاورت اکسیژن هوا رشد مـیکننـد و میکروآئروفیـل بـوده، در حضور هوا رشد کمی دارند و وجود 5% دی اکسـیدکربن در محیط باعث تحریک رشد آنها میشود. دمای بهینـه رشد آنها بین 40-30 درجـه سلسـیوس است امـا توانایی رشد تا دمـای 53-50 درجـه سلسـیوس را نیـز دارند.
لاکتوباسیلها قدرت تحمـل اسـید را در محـیط داشته و هرچند pH بهینه برای رشـد آنهـا 8/5- 5/5 است اما بهطورکلی در pH کمتر از 5 نیـز قادر بـه رشد هستند، برای تأمین انرژی هیدراتهای کربن را مورداستفاده قـرار داده، اسیدلاکتیک تولید میکنند (5). سویههای لاکتوباسیلوس باعث تقویت سد مخاطی روده شده که این امر موجب حفظ و ارتقاء سطح ایمنی میشود. همچنین سبب کاهش میزان بیماریهای التهابی روده و سندرم روده تحریکپذیر میشود. (6).
پنیر یکی از فرآوردههای تخمیری مهم شیر در سطح جهان است. هر چند پنیرهای صنعتی بهدلیل پاستوریزاسیون، کیفیت بهداشتی بهتر و بافت یکنواخت-تری دارند ولی بهدلیل پاستوریزاسیون و استفاده از آغازگرهای تجاری مشخص طعم پنیرهای سنتی را ندارند و از لحاظ برخی ویژگیهای حسی بسیار ضعیف هستند. پنیرهای سنتی بهدلیل تنوع جنس و گونههای میکروبی محلی و بومی موجود در شیرها، دارای دامنه طعمی گستردهتری هستند (7). برای تولید پنیرهای صنعتی با طعمهای مناسب، لازم است از آغازگرهای بومی بعد از پاستوریزاسیون استفاده گردد (4) در سالهای اخیر سویههای بومی لاکتوباسیلها بهدلیل ویژگیهایی همچون مقاومت ذاتی به فاژهای مخرب، خاصیت ضدمیکروبی و توانایی در تولید طعم و بوی مطلوب در تهیه انواع غذاها و فرآوردههای تخمیری مورد توجه قرار گرفتهاند. بهعنوان مثال از لاکتوباسیلوس دلبروکی (lactobacillus delbrueckii )، لاکتوباسیلوس هلوتیکوس (Lactobacillus helveticus) و لاکتوباسیلوس لاکتیس (lactobacillus lactis) بهعنوان استارتر جهت تولید پنیرهای سفت استفاده میکنند (8،9). لذا آگاهی از فلور باکتریهای اسیدلاکتیکی موجود در پنیرهای سنتی امکان تهیه آغازگر برای تولید محصولات صنعتی سالمتر، استاندارد و با طعم بهتر را فراهم میکند (10). در همین راستا مطالعههای گستردهایی برای شناسایی این باکتریها در محصولات غذایی مختلف صورت گرفته است. در آفریقای جنوبی محصولات لبنی سنتی مورد بررسی قرار گرفتند و لاکتوباسیوس پلانتاروم (Lactobacillus plantarum) و لاکتوباسیلوس دلبروکی در آنها شناسایی شدند (11). در کنیا نیز لاکتوباسیلوس پاراکازئی (lactobacillus paracasei )، لاکتوباسیلوس فرمنتوم (lactobacillus fermentum )، لاکتوباسیلوس پلانتاریوم و لاکتوباسیلوس اسیدو فیلوس (lactobacillus acidophilus) در محصولات لبنی سنتی شناسایی شدند (12). در سال 2005 از ماست سنتی لاکتوباسیل دلبروکی جداسازی شد (13). در سال 2007 نیز از محصولات لبنی سنتی به نام کاساوا در آفریقای جنوبی سه گونه از لاکتوباسیلها به نامهای لاکتوباسیلوس فرمنتوم، لاکتوباسیلوس پنتاسوس(lactobacillus pentosus) و لاکتوباسیلوس پلانتاروم جداسازی و شناسایی شدند (14).
در کشور صربستان با مطالعه بر روی محصول سنتی کاجماک سه گونه لاکتوباسیوس پاراکازئی، لاکتوباسیلوس کفیری و لاکتوباسیلوس پلانتاروم را شناسایی و جداسازی کردند (15).
در ایران بهمنظور تهیه محصولات با کیفیت بالاتر مطالعه هایی بر روی لاکتوباسیلوسها صورت گرفته است. گروهی از محققین لاکتوباسیلوس کازئی، لاکتوباسیلوس پاراکازئی، لاکتوباسیلوس پلانتاروم و لاکتوباسیلوس پنتاسوس را از پنیر شناسایی کردند (16،17).
لاکتوباسیلهای موجود در برخی از فرآوردههای لبنی استانهای کرمانشاه، کردستان، لرستان مرکزی و ایلام همچون ماست، دوغ و شیر نیز جداسازی و شناسایی شدند (3).
در تحقیقی مشابه در سال 2011، Hasani و همکاران نیز گونه های متعلق به لاکتوباسیلوس پلانتاروم و لاکتوباسیلوس کازئی را از پنیر لیقوان جداسازی کردند(18).
Tafvizi و همکاران نیز در سال 2013 از ترخینه و دوغ براساس توالییابی ناحیه 16sRNA چهار سویه با تشابه بالا به لاکتوباسیلوس کازئی جداسازی و شناسایی کردند (19).
استان هرمزگان باتوجهبه وجود قومیتهای مختلف در آن، دارای انواع غذاهای سنتی بهویژه فرآوردههای حاصل از شیر است. پنیر باتوجهبه ویژگیهای تنوع طعمی و امکان اضافه کردن انواع افزودنیها به آن نسبتبه دیگر فرآوردهها دارای تنوع بیشتری است. هدف از تحقیق حاضر جداسازی و شناسایی لاکتوباسیلهای موجود در پنیر سنتی شهرستان بندرعباس بهروش مولکولی است. این اقدام اولین قدم برای توسعه یک آغازگر جهت استفاده در سطح صنعتی برای تولید محصولات سالم و باطعم و بافت بهتر است.
مواد و روشها
تعداد 50 نمونه پنیر سنتی در بهار 1397 از شهر بندرعباس در استان هرمزگان، تحت شرایط استریل در فالکونهای دربدار استریل جمعآوری و در کنار یخ به آزمایشگاه منتقل شدند. در آزمایشگاه نمونهها در شرایط استریل و در دمای 4 درجه سلسیوس تا زمان انجام مراحل بعدی، نگهداری شدند (20).
5 گرم نمونه تحت شرایط استریل به 45 میلیلیتر محلول استریل سیترات سدیم (ایلیا طب،ایران) ( 2% وزنی/حجمی) اضافه شد و به مدت 1 دقیقه روی شیکر قرار داده شد. سپس محلول رویی بهعنوان رقت 1-10برای تهیه رقتهای بعدی (رقتهای 2-10 تا 6-10) مورد استفاده قرار گرفت (18).
برای جداسازی لاکتوباسیلها ازسری 5 تایی، لولههای حاوی 9 سیسی سرم فیزیولوژی استریل استفاده گردید. 100 میکرولیتر از هر رقت بر روی محیط کشت اختصاصی MRS آگار استریل (هایمدیا، هند)، بهروش پخش کردن کشت داده شد. بهمدت 72 ساعت در دمای 30 درجه سلسیوس در جار بیهوازی و با استفاده از گاز پک نوع A (مرک، آلمان) گرمخانهگذاری شد. کشتها در دو تکرار انجام و در بازه زمانی 48 الی 72 ساعت، نمونههای کشت داده شده از لحاظ وجود یا عدم وجود لاکتوباسیل مورد بررسی قرار گرفتند. (21).
کلنیهایی که ازلحاظ شکل، اندازه، کدر یا شفاف بودن (قوام) و سایر ویژگیهای ظاهری متفاوت بودند، بهصورت جداگانه بهمنظور دریافت کلنیهای تک روی محیط MRS آگار (های مدیا، هند) 2 الی3 بار کشت داده شد و بهمدت 72 ساعت، دمای 30 درجه سلسیوس در جار بیهوازی و با استفاده از گاز پک نوع A گرمخانهگذاری گردید. سپس تمامی کلنیهای مذکور از لحاظ شکل ظاهری، واکنش گرم و آزمون کاتالازی مورد آزمایش قرار گرفتند (18). تمامی باکتریهای گرم مثبت،کاتالاز منفی بدون اسپور بهعنوان لاکتوباسیل در نظر گرفته شدند.
تعیین الگوی تخمیر کربوهیدراتها
پس از استریلیزاسیون محیط کشت فنل رد براث (مرک، آلمان)، قندهای موردنظر (شامل: گلوکز، سوربیتول، آرابینوز، لاکتوز، گالاکتوز، مانیتول و سوکروز) (مرک، آلمان) با غلظت %10 به محیط اضافه شدند. سپس باکتری موردنظر به لولهها تلقیح شد. تبدیل رنگ قرمز به زرد نشانه تخمیر قند در نظر گرفته شد (22).
بهمنظور بررسی انواع همولیز ( آلفا، بتا، گاما)، جدایههای مذکور روی محیط بلادآگار (مرک، آلمان) کشت و بهمدت 24 ساعت در دمای 37 درجه سلسیوس گرمخانهگذاری گردید. (23).
از محیط SIM (مرک، آلمان) جهت بررسی توانایی جدایههای مذکور از نظر حرکت و قدرت تجزیه تریپتوفان استفاده شد (24).
به این منظور، جدایهها در محیط MRS براث (های مدیا، هند) کشت و سپس در دماهای 15 ،30 و 45 درجه سلسیوس بهمدت 24 الی 48 ساعت گرمخانهگذاری گردیدند.
شناسایی مولکولی جدایههای مشکوک به لاکتوباسیلوس
برای شناسایی باکتریها بهروش مولکولی، استخراج DNA با کیت EZ-10 SPIN COLUMN GENOMIC DNA (بیوبیسیک، کانادا) صورت گرفت و غلظت و خلوص نمونههای استخراج شده با استفاده از اسپکتوفتومتر بررسی گردید. سپس با استفاده از پرایمرهای ناحیه S rRNA16 (تکاپوزیست، ایران) واکنش زنجیرهای پلیمراز انجام شد. توالی پرایمرهای مورد استفاده در جدول 1 آمده است (25،26).
محصول PCR با استفاده از ژل اگارز 5/1 درصد درکنار DNA مارکر kb 1(سیناژن، ایران) مطالعه شد و نمونههای دارای باند bp1500 جهت تعیین توالی به شرکت پویا ژن گستر جهت تعیین توالی ارسال گردیدند.
آنالیز نتایج تعیین توالی
توالیهای بهدست آمده در سایت NCBI با ژنوم ژنوتیپهای مختلف لاکتوباسیلوسها بلاست شده و ژنوتیپ نمونههای مورد بررسی تعیین گردید.
نتایج
آزمونهای کاتالاز و رنگآمیزی گرم
نمونههای کاتالاز منفی و گرم مثبت برای ادامه کار انتخاب شدند (شکل 1).
بررسی مورفولوژیکی و رشد در دماهای مختلف
باسیلها و کوکوباسیلهای گرممثبت کاتالاز منفی، با توانایی رشد در دماهای 15،30 و 45 درجه سلسیوس جهت ادامه کار انتخاب شدند. نتایج این مطالعه های در جدول 2 آمده است.
آزمون تخمیر قندها
نتایج تست تخمیر 7 قند، برای باکتریهای جدا شده در جدول 3 آمده است.
آزمون همولیز
آزمون همولیز برای کلنیهای منتخب صورت گرفت. جدایههای 15L، 16L، 19L و 35L بدون همولیز (گاما)، 17L، 18L، 20L و 14 L همولیز کامل (بتا)، 30 L، 33L و 8L همولیز ناقص (آلفا) را نشان دادند.