sandra stanimirov antimikrobna aktivnost bakterija mlečne ... · laktobacila mlečna kiselina,...

49
UNIVERZITET U NIŠU PRIRODNO-MATEMATIČKI FAKULTET DEPARTMAN ZA BIOLOGIJU I EKOLOGIJU Sandra Stanimirov Antimikrobna aktivnost bakterija mlečne kiseline izolovanih iz peglane kobasice Master rad Niš, 2018

Upload: others

Post on 17-Sep-2019

10 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Sandra Stanimirov Antimikrobna aktivnost bakterija mlečne ... · laktobacila mlečna kiselina, druge metaboličke osobine, kao što su njihova proteolitička i lipolitička aktivnost

UNIVERZITET U NIŠU

PRIRODNO-MATEMATIČKI FAKULTET

DEPARTMAN ZA BIOLOGIJU I EKOLOGIJU

Sandra Stanimirov

Antimikrobna aktivnost bakterija mlečne kiseline izolovanih iz

peglane kobasice

Master rad

Niš, 2018

Page 2: Sandra Stanimirov Antimikrobna aktivnost bakterija mlečne ... · laktobacila mlečna kiselina, druge metaboličke osobine, kao što su njihova proteolitička i lipolitička aktivnost

UNIVERZITET U NIŠU

PRIRODNO MATEMATIČKI FAKULTET

DEPARTMAN ZA BIOLOGIJU I EKOLOGIJU

Antimikrobna aktivnost bakterija mlečne kiseline izolovanih iz

peglane kobasice

Master rad

Kandidat: Mentor:

Sandra Stanimirov 227 Dr Nataša Joković

Niš, 2018

Page 3: Sandra Stanimirov Antimikrobna aktivnost bakterija mlečne ... · laktobacila mlečna kiselina, druge metaboličke osobine, kao što su njihova proteolitička i lipolitička aktivnost

UNIVERSITY OF NIŠ

FACULTY OF SCIENCE AND MATHEMATICS

DEPARTMENT OF BIOLOGY AND ECOLOGY

Antimicrobial activity of lactic acid bacteria isolated from

“peglana kobasica”

Master thesis

Candidate: Mentor:

Sandra Stanimirov 227 Dr Nataša Joković

Niš, 2018

Page 4: Sandra Stanimirov Antimikrobna aktivnost bakterija mlečne ... · laktobacila mlečna kiselina, druge metaboličke osobine, kao što su njihova proteolitička i lipolitička aktivnost

Zahvalnica

Mentorki, dr. Nataši Joković,

Na saradnji, ukazanom poverenju, idejama, usmeravanju, motivaciji i uloženom

trudu tokom izrade ovog master rada.

Saradniku, Nikoli Stankoviću,

Na satima dnevno izdvojenih tokom više meseci rada, posvećenosti, pomoći i

savetima u svrhu što bolje realizacije celog toka istraživanja.

Porodici,

Na neizmernoj podršci, ljubavi i razumevanju tokom svih godina studiranja.

Moj uspeh ne bi bio postignut bez vas.

Iskreno Vam hvala!

Page 5: Sandra Stanimirov Antimikrobna aktivnost bakterija mlečne ... · laktobacila mlečna kiselina, druge metaboličke osobine, kao što su njihova proteolitička i lipolitička aktivnost

Biografija

Sandra Stanimirov rođena je 07. februara 1994. godine u Pirotu. Osnovnu školu završila

je u Dimitrovgradu 2009. godine, a potom i gimnaziju “Sveti Kirilo i Metodije” 2013. godine, kao

nosilac diplome “Vuk Karadžić”.

Nakon završetka srednje škole upisuje osnovne akademske studije na Prirodno-

matematičkom fakultetu u Nišu, na Departmanu za biologiju i ekologiju. Osnovne akademske

studije završava 2016. godine sa zvanjem “Biolog”. Iste godine upisuje master akademske

studije na Departmanu za biologiju i ekologiju Prirodno-matematičkog fakulteta u Nišu, smer

Biologija. Master akademske studije završava 2018. godine sa zvanjem “Master biolog”.

Page 6: Sandra Stanimirov Antimikrobna aktivnost bakterija mlečne ... · laktobacila mlečna kiselina, druge metaboličke osobine, kao što su njihova proteolitička i lipolitička aktivnost

Sažetak

U ovom radu ispitivana je antimikrobna aktivnost jedanaest izolata BMK, izolovanih iz

peglane kobasice, na potencijalno patogene bakterije, agar difuzionom metodom,

mikrodilucionom metodom, kristal violet metodom, Bradfordovom metodom i Time-kill

analizom. Ispitivani izolati pripadaju vrstama Lactobacillus sakei (M16, PF3, PF6, PF18, PF19),

Lactobacillus curvatus PK4, Leuconostoc mesenteroides ssp. dextranicum (PK15, PK16A),

Carnobacterium divergens PK3, Carnobacterium maltaromaticum M2 i Weissella viridescens M1.

Kao indikator sojevi korišćene su vrste Escherichia coli, Listeria monocytogenes, Staphylococcus

aureus, Salmonella typhimurium i Bacillus cereus.

Na osnovu dobijenih rezultata može se zaključiti da supernatanti testiranih izolata BMK

imaju inhibitorni efekat na sve indikator sojeve. Supernatanti BMK imaju veću efikasnost protiv

Gram-pozitivnih (L. monocytogenes, St. aureus i B. cereus) nego protiv Gram-negativnih

bakterija (E. coli i S. typhimurium) i veće zone inhibicije u odnosu na neutralisane supernatante.

Supernatanti BMK narušavaju strukturu membrane što dovodi do oslobađanja ćelijskih proteina

u supernatant. Permeabilnost membrane većine indikator sojeva raste tokom vremena. Najjači

baktericidni efekat zabeležen je na vrstu B. cereus, a najslabiji na vrstu E. coli.

Ključne reči: bakterije mlečne kiseline, antimikrobna aktivnost, mehanizam delovanja

Page 7: Sandra Stanimirov Antimikrobna aktivnost bakterija mlečne ... · laktobacila mlečna kiselina, druge metaboličke osobine, kao što su njihova proteolitička i lipolitička aktivnost

Abstract

In this paper work, the antimicrobial activity of eleven isolates of LAB isolated from

“peglana kobasica”, against potentially pathogenic bacteria, was investigated by agar diffusion

method, microdilution method, crystal violet assay, Bradford method and Time-Kill analysis.

Isolates belong to the species Lactobacillus sakei (M16, PF3, PF6, PF18, PF19), Lactobacillus

curvatus PK4, Leuconostoc mesenteroides ssp. dextranicum (PK15, PK16A), Carnobacterium

divergens PK3, Carnobacterium maltaromaticum M2 and Weissella viridescens M1. Escherichia

coli, Listeria monocytogenes, Staphylococcus aureus, Salmonella typhimurium and Bacillus

cereus were used as indicator strains.

According to the results, the cell free supernatants (CFS) from the tested LAB isolates

have an inhibitory effect on all indicator strains. CFS from the LAB isolates had higher efficacy

against Gram-positive (L. monocytogenes, St. aureus and B. cereus) than against Gram-negative

bacteria (E. coli and S. typhimurium) and higher inhibition zones compared to neutralized

supernatants. CFS disrupted the structure of the membrane which led to the release of cellular

proteins into the supernatant. Membrane permeability of the most indicator strains increased

over time. The strongest bactericidal effect was observed for B. cereus, and the weakest for E.

coli.

Key words: lactic acid bacteria, antimicrobial activity, mechanisms of action

Page 8: Sandra Stanimirov Antimikrobna aktivnost bakterija mlečne ... · laktobacila mlečna kiselina, druge metaboličke osobine, kao što su njihova proteolitička i lipolitička aktivnost

Sadržaj 1. Uvod .......................................................................................................................................... 2

1.1. Bakterije mlečne kiseline ................................................................................................... 3

1.1.1. Rod Lactobacillus ........................................................................................................ 5

1.1.2. Rod Leuconostoc ........................................................................................................ 7

1.1.3. Rod Carnobacterium .................................................................................................. 8

1.1.4. Rod Weisella ............................................................................................................... 9

1.2. Antimikrobne supstance .................................................................................................... 9

1.2.1. Antimikrobne supstance BMK .................................................................................. 10

2. Ciljevi rada ............................................................................................................................. 14

3. Materijal i metode .................................................................................................................. 15

3.1. Materijal .............................................................................................................................. 15

3.1.1. Bakterijski sojevi............................................................................................................ 15

3.2. Metode ................................................................................................................................ 15

3.2.1. Agar difuziona metoda .................................................................................................. 15

3.2.2. Mikrodiluciona metoda ................................................................................................. 16

3.2.3. Kvantitativno određivanje vodonik peroksida .............................................................. 17

3.2.4. Kristal violet metoda ..................................................................................................... 17

3.2.5. Bradfordova metoda ..................................................................................................... 18

3.2.6. Time-kill analiza ............................................................................................................. 19

4. Rezultati i diskusija .................................................................................................................. 20

4.1. Antimikrobna aktivnost BMK ............................................................................................... 20

4.2. Određivanje minimalne inhibitorne koncentracije (MIK) ................................................... 26

4.3. Ispitivanje mehanizama antimikrobne aktivnosti BMK ....................................................... 27

5. Zaključci ................................................................................................................................... 36

6. Literatura ................................................................................................................................. 37

Page 9: Sandra Stanimirov Antimikrobna aktivnost bakterija mlečne ... · laktobacila mlečna kiselina, druge metaboličke osobine, kao što su njihova proteolitička i lipolitička aktivnost

2

1. Uvod

Bakterije mlečne kiseline (BMK) predstavljaju veoma heterogenu grupu bakterija, a

objedinjene su zajedničkom osobinom da proizvode mlečnu kiselinu kao krajnji produkt

fermentacije laktoze. BMK su među prvim mikroorganizmima upotrebljenim u industriji hrane, a

posebno važnu ulogu imaju u proizvodnji fermentisanih mlečnih proizvoda i proizvoda od mesa.

Svojom metaboličkom aktivnošću doprinose poboljšanju ukusa, arome i teksture krajnjeg

proizvoda.

Snižavanjem pH vrednosti usled sinteze mlečne kiseline, produkcijom vodonik-peroksida

ugljen-dioksida i diacetila, kao i produkcijom bakteriocina koje sintetišu neke BMK, sprečava se

razvoj patogenih mikroorganizama u fermentisanoj hrani. Ova osobina bakterija mlečne kiseline

omogućava njihovu implementaciji u proizvodnji hrane kao dodatnih zaštitnih faktora protiv

nepoželjnih mikroorganizama. Druga mogućnost primene BMK je u ishrani i terapeutici kao

probiotika, zbog njihovih različitih mehanizama delovanja prema patogenim mikroorganizmima

u intestinalnom traktu.

Page 10: Sandra Stanimirov Antimikrobna aktivnost bakterija mlečne ... · laktobacila mlečna kiselina, druge metaboličke osobine, kao što su njihova proteolitička i lipolitička aktivnost

3

1.1. Bakterije mlečne kiseline

Bakterije mlečne kiseline pripadaju grupi Gram-pozitivnih bakterija koje u morfološkom

smislu ne predstavljaju jedinstvenu grupu. To su asporogeni štapići raznih dužina i kokoidni

oblici. Tipične BMK koje rastu pod standardnim uslovima su fakultativno anaerobne, mezofilne,

acidotolerantne, hemoorganotrofne. Ćelije su obično nepokretne. Nemaju mogućnost sinteze

katalaze, citohroma i porfirina. Nedostatak citohroma onemogućava elektron-transportni lanac

te je nakon glikolize favorizovana mlečna fermentacija. Grupa BMK pripada razdelu Firmicutes

sa niskim procentom GC parova (≤55 mol%) i redu Lactobacillales (Holzapfel i Wood, 2014). U

okviru šest familija, kao najvažniji rodovi izdvajaju se: Lactobacillus, Leuconostoc, Lactococcus,

Carnobacterium, Aerococcus, Oenococcus, Enterococcus, Pediococcus, Streptococcus,

Tetragenococcus, Vagococcus i Weissella.

Kao izvor energije BMK koriste ugljene hidrate i alkohole. Imaju specifičan odnos prema

ugljenim hidratima- jedne koriste laktozu, druge maltozu. Laktozu koriste bakterije koje rastu u

mleku i mlečnim produktima, maltozu-one koje fermentišu biljni materijal (Petrović i sar., 2007).

Na osnovu krajnjih produkata metabolizma glukoze dele se na homofermentativne i

heterofermentativne BMK. Homofermentativne bakterije putem glikolize i mlečne fermentacije

produkuju mlečnu kiselinu-laktat (oko 90%) i vrlo malu količinu ostalih međuprodukata.

Heterofermentativne glukozu razgrađuju 6-fosfoglukonat/fosfoketolaznim (6-PG/PK) putem i

proizvode manje ili veće količine mlečne kiseline (oko 50%), a znatniji je udeo ostalih proizvoda:

ugljen dioksid, sirćetna kiselina i etanol (Slika 1). U homofermentativne BMK spadaju rodovi

Streptococcus, Lactococcus, Pediococcus i neki rodovi Lactobacillus, a u heterofermentativne rod

Leuconostoc i podgrupa roda Lactobacillus, Betabacteria.

Page 11: Sandra Stanimirov Antimikrobna aktivnost bakterija mlečne ... · laktobacila mlečna kiselina, druge metaboličke osobine, kao što su njihova proteolitička i lipolitička aktivnost

4

Slika 1. Putevi fermentacije glukoze kod: A – Homofermentativnih BMK i B: Heterofermentativnih BMK. a-

glikoliza, b- mlečna fermentacija.

BMK su široko rasprostranjeni organizmi, ali su izbirljive prema hranljivoj sredini i

zahtevaju sredine bogate ugljenim hidratima. Osim ugljenih hidrata, BMK imaju složene

nutritivne zahteve za aminokiselinama, peptidima, estrima masnih kiselina, solima, derivatima

nukleinskih kiselina i vitaminima (Tannock, 2004). S druge strane, zahvaljujući dobroj

sposobnosti prilagođavanja, BMK podnose širok spektar životnih uslova i prisutne su u brojnim

staništima. Mogu se naći na raspadnutom biljnom materijalu i voću, u mlečnim proizvodima,

fermentisanom mesu i ribi, na repi, krompiru, kiselom kupusu, kiselom testu, ukiseljenom

povrću, silaži, biljkama, u vodi i drugim napicima, kanalizaciji i šupljinama (usta, genitalije, creva i

respiratorni trakt). One su deo zdrave mikrobne flore u ljudskim crevima. Osim onih koji

izazivaju karijes, BMK su generalno nepatogene (Konig i sar., 2017). Mnoge BMK su stekle GRAS-

status (Generally Recognized As Safe), a neke od njih spadaju i u grupu probiotika, zbog

pozitivnog delovanja na zdravlje ljudi i životinja.

Mnogi sojevi BMK su među najvažnijim grupama mikroorganizama koji se koriste u

prehrambenoj industriji, iako neke vrste iz roda Pediococcus uzrokuju kvarenje hrane (Johnson-

Green, 2002). Tokom procesa fermentacije, BMK utiču na organoleptička svojstva proizvoda.

Zbog posedovanja antimikrobne aktivnosti BMK su prepoznate i kao komponente koje imaju

Page 12: Sandra Stanimirov Antimikrobna aktivnost bakterija mlečne ... · laktobacila mlečna kiselina, druge metaboličke osobine, kao što su njihova proteolitička i lipolitička aktivnost

5

ulogu u očuvanju i mikrobiološkoj sigurnosti fermentisanih namirnica. Iz ovih razloga se mnoge

BMK koriste kao starter-kulture u industriji, ali su se vekovima unazad koristile i u proizvodnji

tradicionalnih proizvoda zahvaljujući spontanoj fermentaciji prirodno prisutnih BMK. Različiti

sojevi BMK se mogu naći u mlečnim proizvodima (jogurt, sirevi), fermentisanom mesu (salame,

kobasice), povrću (masline, kiseo kupus), hlebu od kiselog testa i vinu.

1.1.1. Rod Lactobacillus

Rod Lactobacillus predstavlja veoma raznovrsnu grupu bakterija koja obuhvata 236

opisanih vrsta i 29 podvrsta (http://www.bacterio.net/lactobacillus.html, 2018). Članovi roda

Lactobacillus su nesporulišući, uglavnom nepokretni Gram-pozitivni štapici, ređe bacili sa

sadržajem GC parova koji varira od 32 do 53 mol% (Slika 2). Obično formiraju lance raznih

dužina. Mogu da podnose kiseonik, ali obično rastu pod anaerobnim uslovima. Laktobacili su

acidofilni i acidotolerantni. Maksimalna vrednost pH koju mogu da podnesu je 7,2. Neke vrste

poseduju pseudokatalazu i neki sojevi mogu usvajati porfirine, a zatim pokazati katalaznu, nitrit

reduktaznu i citohromnu aktivnost. Laktobacili su striktno fermentativne bakterije. Imaju

kompleksne nutritivne zahteve za ugljenim hidratima, aminokiselinama, peptidima, masnim

kiselinama, derivatima nukleinskih kiselina, vitaminima i mineralima (Konig i sar., 2017). Mogu

se naći u najrazličitijim staništima, od usne duplje, gastrointestinalnog i urogenitalnog trakta

čoveka i životinja, preko biljnog materijala, žitarica i voća, sve do đubriva i kanalizacije.

Slika 2. Lactobacillus. delbrueckii ssp. bulgaricus

Page 13: Sandra Stanimirov Antimikrobna aktivnost bakterija mlečne ... · laktobacila mlečna kiselina, druge metaboličke osobine, kao što su njihova proteolitička i lipolitička aktivnost

6

Laktobacili se koriste kao starter kulture u prehrambenoj industriji, npr. u fermentaciji i

zrenju mlečnih proizvoda, povrća, voća, vina i piva, mesa, ribe, čaja itd. (Holzapfel i Wood,

2014). Pokazuju veliku raznovrsnost kataboličke aktivnosti, a dokazano je i da su bezbedni za

primenu u prehrambenoj industriji. Iako je tehnološki najvažniji krajnji proizvod fermentacije

laktobacila mlečna kiselina, druge metaboličke osobine, kao što su njihova proteolitička i

lipolitička aktivnost i sinteza aromatičnih jedinjenja poput diacetila i acetaldehida rezultuju u

velikoj raznovrsnosti krajnjih proizvoda. Neki sojevi produkuju bakteriocine, netoksične proteine

koji sprečavaju rast drugih bakterija. Osim toga, tokom fermentacije snižava se pH hrane te se

ona konzerviše na prirodan način. Određeni selektovani sojevi laktobacila iz mlečnih proizvoda

pokazuju probiotska svojstva poput kontrole intestinalnih infekcija, alergijskih oboljenja i

dijareja izazvanih antibioticima, tretmana infekcija tokom trudnoće, prevencije infekcija

urinarnog trakta i dr. čime se utiče na poboljšanje zdravlja ljudi. Neki laktobacili, međutim, mogu

imati negativni efekat na kvalitet hrane izazivajući kvarenje vina, piva, kobasica, sira i dr.

Povećano znanje o metabolizmu laktobacila omogućava korišćenje bionformatike u predviđanju

metaboličkog potencijala sojeva i pomaže u izboru bolje starter kulture (Diaz-Muniz i sar., 2006).

Rod Lactobacillus je najbrojniji u okviru BMK i podeljen je u tri grupe:

1) Obligatni homofermentativni laktobacili koji poseduju enzim aldolazu i gotovo isključivo

(>85%) fermentišu heksoze do mlečne kiseline glikolitičkim putem, a ne fermentišu pentoze i

glukonat zbog nedostatka fosfoketolaze. Grupa obuhvata 17 vrsta, a najpoznatije su

Lactobacillus delbrueckii (ssp. bulgaricus, delbrueckii, lactis), Lactobacillus acidophilus,

Lactobacillus helveticus koje ulaze u sastav starter kultura u mlečnim proizvodima i

probiotskim preparatima.

2) Fakultativni heterofermentativni laktobacili poseduju aldolazu i fosfoketolazu tako da

fermentišu heksoze i pentoze, a često i glukonat. Najznačajniji predstavnici su vrste

Lactobacillus casei, Lactobacillus paracasei, Lactobacillus curvatus, Lactobacillus plantarum

Lactobacillus sakei i Lactobacillus rhamnosus i one se takođe koriste kao probiotici i starter

kulture u proizvodnji sireva, kobasica i drugih proizvoda.

3) Obligatni heterofermentativni laktobacili fermentišu heksoze pentoza fosfatnim putem do

mlečne kiseline, etanola i/ili sirćetne kiseline i CO2. Pentoze takođe mogu da fermentišu

Page 14: Sandra Stanimirov Antimikrobna aktivnost bakterija mlečne ... · laktobacila mlečna kiselina, druge metaboličke osobine, kao što su njihova proteolitička i lipolitička aktivnost

7

ovim putem. Vrste Lactobacillus brevis, Lactobacillus reuteri, Lactobacillus fermentum,

Lactobacillus kefir i Lactobacillus sanfranciscensis koriste se za prezervaciju hrane, kao

probiotici i kao starter kulture za proizvodnju kefira i kiselog testa.

Ove grupe laktobacila nisu u saglasnosti sa filogenetskim odnosima u okviru roda. Collins

i sar. (1991) su na osnovu srodnosti među vrstama, rod Lactobacillus podelili u tri grupe: Lb.

delbrueckii grupa, Lb. casei-Pediococcus grupa (danas sa manjim podgrupama: Lb. buchneri, Lb.

casei, Lb. plantarum, Lb. reuteri i Lb. salivarius grupa) i Leuconostoc grupa.

1.1.2. Rod Leuconostoc

Vrste roda Leuconostoc su Gram-pozitivni, nepokretni, asporogeni i katalaza negativni

kokoidni oblici bakterija. To su oblikatno heterofermentativne BMK koje metabolišu glukozu

putem pentoza fosfata, gde se pored D(-) oblika mlečne kiseline oslobađa i etanol, CO2 i sirćetna

kiselina (Endo i Okada, 2008). Neke vrste mogu da rastu na niskim vrednostima pH i

temperature. Poznati su uzročnici kvarenja proizvoda od mesa. U prirodi se mogu naći na

biljkama, a prisutni su i u mleku i mlečnim proizvodima, mesnim proizvodima (kobasice), u vinu i

fermentisanom povrću (krastavac, kupus, masline), gde učestvuju u spontanoj fermentaciji ili se

koriste kao starter kulture. U industrijskoj proizvodnji od značaja je metabolizam citrata u

prisustvu fermentabilnih ugljenih hidrata i produkcija mlečne kiseline, sirćetne kiseline, diacetila

i acetoina koji daju karakterističnu aromu i teksturu krajnjeg proizvoda. Diacetil je važno

aromatično jedinjenje (aroma maslaca) u mlečnim proizvodima i ima antimikrobnu aktivnost

protiv nekoliko Gram-pozitivnih i Gram-negativnih bakterija i kvasaca (Ray i Daeschel, 1992).

Dokazano je i da nekoliko vrsta roda Leuconostoc produkuje bakteriocine koji su aktivni protiv

patogena koji se prenose hranom, uključujući vrstu Listeria monocytogenes i zato su korisni za

prirodnu zaštitu protiv kvarenja hrane (Trias i sar., 2008).

Rod Leuconostoc obuhvata 12 vrsta. Najpoznatije su vrste Leuconostoc lactis,

Leuconostoc carnosum, Leuconostoc citreum, Leuconostoc kimchii i Leuconostoc mesenteroides

(Slika 3), sa tri podvrste. Ove podvrste su ujedno najpoznatije: Lc. mesenteroides ssp. cremoris

učestvuje u fermentaciji mlečnih proizvoda i vina, Lc. mesenteroides ssp. dextranicum u

Page 15: Sandra Stanimirov Antimikrobna aktivnost bakterija mlečne ... · laktobacila mlečna kiselina, druge metaboličke osobine, kao što su njihova proteolitička i lipolitička aktivnost

8

fermentisanim biljnim proizvodima, mesu, mleku i mlečnim proizvodima i vinu i L.mesenteroides

ssp. mesenteroides spontano fermentiše u svežim biljnim sirovinama (vanila, kafa i kakao) ili se

dodaje kao starter kultura pri proizvodnji voća, povrća, mesa, mleka i vina. Poslednje dve

podvrste produkuju dekstrane, polimere glukoze koji se upotrebljavaju kao dodaci i zamena za

krvnu plazmu.

Slika 3. Leuconostoc mesenteroides

1.1.3. Rod Carnobacterium

Ćelije bakterija roda Carnobacterium su Gram-pozitivni, nesporulišući, kratki i tanki

štapići koji se obično pojavljuju pojedinačno ili u parovima, retko u kratkim lancima. Vrste ovog

roda su fakultativno anaerobne i heterofermentativne BMK, katalaza i oksidaza negativne. To su

mezofilne i psihrotolerantne bakterije, koje rastu na temperaturi od 0 °C i na neutalnoj pH

vrednosti. Vrste roda Carnobacterium su do sada izolovane iz četiri staništa: meso (i mesni

proizvodi), živina, riba i morska voda. Neobrađeno meso kao i neki mesni proizvodi predstavljaju

jedno od glavnih staništa vrsta Carnobacterium divergens i Carnobacterium piscicola. Ove vrste

dominiraju tokom prve dve nedelje u vakumiranom goveđem i svinjskom mesu koje se čuva na

niskim temperaturama. Smatra se da je produkcija antimikrobnih supstanci, u prvom redu

bakteriocina, važan faktor koji doprinosi ranoj dominaciji ovih vrsta u mesu koje sadrži mešovitu

prirodnu populaciju BMK. S obzirom na to da vrste iz roda Carnobacterium u manjem stepenu

smanjuju pH vrednost proizvoda u odnosu na druge BMK, predlaže se njihova upotreba u

razvoju konzervanasa.

Page 16: Sandra Stanimirov Antimikrobna aktivnost bakterija mlečne ... · laktobacila mlečna kiselina, druge metaboličke osobine, kao što su njihova proteolitička i lipolitička aktivnost

9

1.1.4. Rod Weisella

Vrste roda Weisella su Gram-pozitivni, katalaza-negativni, asporogeni kratki štapići sa

zaobljenim konusnim krajevima ili ovoidne ćelije (Collins i sar., 1993; Bjorkroth i sar., 2009).

Pojavljuju se u parovima ili u kratkim lancima i neke vrste imaju tendenciju prema

pleomorfizmu. To su fakultativno anaerobne, hemoorganotrofne, heterofermentativne

bakterije, koje fermentišu glukozu putem pentoza fosfata i 6-fosfoglukonat/fosfoketolaznim

putem. Krajnji proizvodi fermentacije su mlečna kiselina, CO2, etanol i/ili acetat. Vrste iz ovog

roda se mogu pronaći u prehrambenim proizvodima od povrća, ribe i mesa. Vrste Weissella

viridescens, Weissella halotolerans i Weissella hellenica imaju korisne uloge u fermentisanim

kobasicama (Samelis i sar., 1994), ali su takođe povezane i sa kvarenjem mesa (Borch i sar.,

1996). Zabeleženo je da vrsta (W. viridescens), koja je za razliku od ostalih BMK otporna na

toplotu, može izazvati kvarenje suhomesnatih proizvoda. Produkcija bakteriocina zabeležena je

kod sojeva Weissella cibaria i Weissella. paramesenteroides (Papathanasopoulos i sar., 1997;

Srionnual i sar., 2007). Vrsta W. cibaria proizvodi velike količine H2O2 pod anaerobnim uslovima.

1.2. Antimikrobne supstance

Većina organizama proizvodi antimikrobne komponente koje predstavljaju deo prirodnog

imunog sistema u cilju zaštite od drugih mikroorganizama. Termin antimikrobne supstance

obuhvata različite klase lekova koji sprečavaju rast i razmnožavanje ili ubijaju mikroorganizme

(Musumeci i Puglisi, 2013). Većina antimikrobnih supstanci je aktivna samo protiv bakterija

(antibakterijski agensi), a manji broj deluje na gljive (antifungalni agensi), viruse (antiviralni agensi),

protozoe (antiprotozoalni agensi, protozoici) i crevne parazite (antihelmintici). Antimikrobni agensi

koji se koriste u kliničkoj medicini ne deluju na spore bakterija i gljiva, kao ni na proviruse

(Greenwood i sar., 2012). U terapiji se koriste prirodni produkti mikroorganizama-antibiotici,

hemijski obrađene prirodne supstance-polusintetički antibiotici i sintetske supstance-

hemoterapeutici. Zajednička karakteristika ovih supstanci je da ubijaju bakterije (baktericidni

efekat), inhibiraju rast i razmnožavanje (bakteriostatski) ili liziraju bakterijske ćelije (bakteriolitski).

Page 17: Sandra Stanimirov Antimikrobna aktivnost bakterija mlečne ... · laktobacila mlečna kiselina, druge metaboličke osobine, kao što su njihova proteolitička i lipolitička aktivnost

10

One su toksične za bakterije, ali ne i za ćelije domaćina i deluju u veoma malim koncentracijama (1-

10 µm/ml) (Petrović i sar., 2007).

Antimikrobni agensi se ne koriste samo u medicini i veterini već i kao aditivi u hrani.

Zloupotreba antibiotika u humanoj terapiji dovodi do rezistencije na antibiotike, odnosno može

imati toksične efekte na kopnene i vodene organizme koji se nađu u okolini tretirane životinje

(Musumeci i Puglisi, 2013).

1.2.1. Antimikrobne supstance BMK

Bakterije mlečne kiseline produkuju veliki broj antimikrobnih jedinjenja niske molekulske

mase uključujući, kiseline, alkohole, ugljen-dioksid, diacetil, acetaldehid, acetoin, vodonik-peroksid,

kao i jedinjenja visoke molekulske mase, bakteriocine. Mnogi od ovih metabolita imaju širok

spektar aktivnosti na druge vrste i njihova produkcija u velikoj meri zavisi od sastava hranljive

podloge (Helander i sar., 1997). Upoznavanje sinergističkih efekata između različitih antimikrobnih

supstaci BMK proširilo je njihovu potencijalnu upotrebu. Međutim, osim snižavanja pH, drugi

pristupi kontrole patogena za sada nisu uspešni. Jedino kombinacija različitih starter kultura i

kombinacija različitih antimikrobnih faktora prirodnog porekla mogu rezultovati optimalnim

produktom.

Slabe organske kiseline koje produkuju BMK-mlečna, sirćetna, limunska, mravlja,

propionska, buterna, važna su jedinjenja koja inhibiraju širok spektar mikroorganizama. Najbitnije i

najbolje okarakterisane su mlečna i sirćetna kiselina. Ove kiseline dovode do snižavanja pH

vrednosti sredine što predstavlja primarnu inhibitornu aktivnost BMK. Tip i količina kiseline koja se

produkuje tokom fermentacije zavisi od osobina vrste, celokupne mikrobne populacije i uslova

sredine. Inhibitorni efekat nedisociranih organiskih kiselina je 10-600 puta jači od njihovih

disociranih oblika, a stepen disocijacije je direktno određen pH vrednošću. Nedisocirani oblici

mlečne, limunske i sirćetne kiseline imaju jaku antimikrobnu aktivnost. Smanjenje ekstracelularne

pH vrednosti dovodi do acidifikacije citoplazme jer nedisocirani oblici kiselina kao lipofilni molekuli

pasivno difunduju preko membrane u citoplazmu (Kashket, 1987). Kiseline generalno ostvaruju svoj

antimikrobni efekat ometanjem potencijala ćelijske membrane, sprečavanjem aktivnog transporta i

Page 18: Sandra Stanimirov Antimikrobna aktivnost bakterija mlečne ... · laktobacila mlečna kiselina, druge metaboličke osobine, kao što su njihova proteolitička i lipolitička aktivnost

11

inhibiranjem raznih metaboličkih funkcija (Ross i sar., 2002). Acidifikacija, kao metoda prezervacije

hrane, se široko koristi u proizvodnji fermentisanog mleka, povrća i kobasica.

Ugljen-dioksid produkuju uglavnom heterofermentativne BMK. Svoju antimikrobnu

aktivnost ostvaruje zamenom molekularnog kiseonika i stvaranjem anaerobnih uslova. Ovakva

sredina onemogućava reakcije dekarboksilacije i remeti permeabilnost membrane akumulacijom

ugljen-dioksida između lipidnog dvosloja. Ugljen-dioksid sprečava rast mnogih uzročnika kvarenja

hrane, posebno Gram-negativnih psihotrofnih bakterija. Stepen inhibicije znatno varira između

različitih organizama.

Heterofermentativne BMK produkuju acetaldehid dekarboksilacijom piruvata. Ovaj

produkt, u reakciji sa piruvatom daje α-acetolaktat koji se konvertuje u diacetil. S druge strane,

produkt dekarboksilacije α-acetolaktata i redukcije diacetila je acetoin. Diacetil ima širok spektar

antimikrobne aktivnosti u koncentracijama 300-1000 µg/m³, ali ograničavajući faktor njegove

upotrebe je činjenica da produkuje karakteristični ukus maslaca samo u koncentracijama 2-4

µg/m³. Shodno tome, nivo diacetila koji je prirodno pronađen u fermentisanoj hrani (0,2-1,5

µg/m³) je previše nizak da bi bio efikasan, a njegov ukus maslaca sprečava upotrebu u čistoj formi

(Helander i sar., 1997). Gram-negativne bakterije pokazuju veću osetljivost na delovanje diacetila

od Gram-pozitivnih bakterija. U odgovarajućoj koncentraciji, diacetil inhibira rast vrsta iz rodova

Listeria, Salmonella, Yersinia, Aeromonas, kao i vrste Escherichia coli. Slično diacetilu, acetaldehid,

koji je obično prisutan u fermentisanim mlečnim proizvodima u koncentracijama nižim od

inhibitorne, takođe igra ulogu u kontroli kontaminenata, zajedno sa drugim antimikrobnim

metabolitima BMK. U koncentracijama 10-100 µg/m³ inhibira rast vrsta Staphylococcus aureus,

Salmonella typhimurium i E. coli u mlečnim proizvodima (Piard i Desmazeaud, 1991).

Vodonik-peroksid se produkuje tokom aerobnog rasta bakterija redukcijom molekula

kiseonika sa dva elektrona pri čemu je reakcija katalizovana brojnim oksidazama. Većina

heterofermentativnih vrsta poseduje flavoprotein oksidazu, koja katalizuje redukciju kiseonika, što

dovodi do nagomilavanja vodonik-peroksida (Šušković i sar., 2010). Veliki broj laktobacila može da

produkuje vodonik-peroksid oksidacijom laktata. Količina vodonik-peroksida koju produkuju BMK

je promenljiva i zavisi od soja i dostupnosti kiseonika. Kao vrlo reaktivan i toksičan nusprodukt

oksidativnih procesa, može imati jak oksidativni efekat na membranske lipide i ćelijske proteine.

Page 19: Sandra Stanimirov Antimikrobna aktivnost bakterija mlečne ... · laktobacila mlečna kiselina, druge metaboličke osobine, kao što su njihova proteolitička i lipolitička aktivnost

12

Denaturacijom membranskih proteina povećava se permeabilnost membrane i remeti

funkcionisanje ćeije. Vodonik-peroksid može biti i prekursor za produkciju slobodnih radikala kao

što su superoksid (O2-) i hidroksil (OH-) radikal koji oštećuju DNK. Baktericidni efekat vodonik-

peroksida zavisi od primenjenih koncentracija i od faktora sredine kao što su pH vrednost i

temperatura. Sporicidni efekat takođe zavisi od temperature i jači je na višim vrednostima.

Dokazano je da vrste rodova Lactobacillus i Lactococcus produkuju vodonik-peroksid koji inhibira

rast vrste St. aureus, vrsta iz roda Pseudomonas sp. i drugih psihotrofnih mikroorganizama u hrani.

Produkcija vodonik-peroksida od strane BMK ima potencijalnu primenu u zaštiti od urogenitalnih

infekcija.

Bakteriocini su antimikrobne supstance proteinske prirode koje pokazuju uzak spektar

delovanja uglavnom na blisko srodne bakterijske vrste, a prema kojima soj proizvođač ima

specifičan mehanizam samozaštite. Međutim, oni mogu promeniti svoju formu i imati baktericidni

efekat izvan vrsta koje su blisko povezane ili ograničene istom ekološkom nišom. Primarni oblik

bakteriocina je po definiciji protein, ali postoje i proteinski kompleksi sa lipidima, ugljenim

hidratima ili kombinacije različitih proteina. Bakteriocini svoje antimikrobno delovanje ispoljavaju

pre svega permeabilizacijom plazma membrane (Cotter et al., 2013), iako mnogi od njih imaju

indirektno delovanje na membranu tako što se vezuju za različite membranske receptore

(Gabrielsen et al., 2012). Mehanizam delovanja bakteriocina zavisi od primarne strukture njihovih

peptida, tako bakteriocini koji pripadaju istoj klasi imaju i slične mehanizme delovanja. S obzirom

na to, primarna struktura peptida je, pored biohemijske i genetičke karakterizacije, uzeta kao

osnov klasifikacije bakteriocina. Oni se generalno mogu podeliti na postranslaciono modifikovane

bakteriocine klase I (lantibiotici) i nemodifikovane ili minimalno modifikovane termostabilne

bakteriocine klase II, velike termolabilne proteine klase III (bakteriolizini) i kompleksne bakteriocine

koji sadrže hemijske grupe poput lipida i ugljenih hidrata klase IV. Neki od karakterističnih

predstavnika su nizin, pediocin i helveticin. Do danas nisu uočena nikakva neželjena dejstva

bakteriocina na ljudske ćelije, a ovo se može objasniti niskim koncentracija kojima deluju na

senzitivne ćeliju (u piko- i nano-molarnim koncentracijama) i proteinskom prirodom bakteriocina

zbog čega su podložni degradaciji u organizmu čoveka, kao i u drugim ekološkim sredinama, a time

je i sticanje rezistencija kod bakterija svedeno na minimum. Upravo iz tog razloga su mnoga

Page 20: Sandra Stanimirov Antimikrobna aktivnost bakterija mlečne ... · laktobacila mlečna kiselina, druge metaboličke osobine, kao što su njihova proteolitička i lipolitička aktivnost

13

istraživanja usmerena na definisanje komponenti koje bi bile adekvatna zamena antibiotika ili koje

bi bar imale sinergistički efekat sa njima (Uzelac, 2014). Bakteriocini koje proizvode BMK su od

velikog interesa u industriji fermentisane hrane kao prirodni konzervansi zbog njihove sposobnosti

da inhibiraju rast mnogih uzročnika kvarenja hrane i patogenih bakterija, uključujući vrste L.

monocytogenes, St. aureus, Bacillus cereus i Clostridium botulinum (Bredholt i sar., 2001). Iako je u

poslednje dve do tri decenije otkriveno na stotine bakteriocina, nizin A i pediocin PA-1 su do sada

jedini bakteriocini čije je korišćenje dozvoljeno u prehrambenoj industriji u većem broju zemalja

(Chen and Hoover, 2003). Nizin, bakteriocin klase I koji proizvode određeni sojevi bakterije Lc.

lactis, efikasan je u mnogim prehrambenim proizvodima inhibirajući rast širokog spektra Gram-

pozitivnih bakterija.

Page 21: Sandra Stanimirov Antimikrobna aktivnost bakterija mlečne ... · laktobacila mlečna kiselina, druge metaboličke osobine, kao što su njihova proteolitička i lipolitička aktivnost

14

2. Ciljevi rada

Uzimajući u obzir značaj sinteze antimikrobnih jedinjenja BMK u industriji hrane,

odnosno uticaj na kvalitet i rok trajanja proizvoda, ciljevi ovog istraživanja su:

1. Ispitivanje antimikrobne aktivnosti suspenzija, supernatanata i neutralisanih

supernatanata BMK izolovanih iz peglane kobasice na odabrane indikator sojeve;

2. Određivanje minimalne inhibitorne koncentracije (MIK) supernatanata BMK;

3. Ispitivanje mehanizama antimikrobne aktivnosti BMK.

Page 22: Sandra Stanimirov Antimikrobna aktivnost bakterija mlečne ... · laktobacila mlečna kiselina, druge metaboličke osobine, kao što su njihova proteolitička i lipolitička aktivnost

15

3. Materijal i metode

3.1. Materijal

3.1.1. Bakterijski sojevi

U ovom radu su korišćeni bakterijski sojevi BMK izolovani iz peglane kobasice i

identifikovani do nivoa vrsta: Lactobacillus sakei (M16, PF3, PF6, PF18, PF19), Lactobacillus

curvatus PK4, Leuconostoc mesenteroides ssp. dextranicum (PK15, PK16A), Weissella viridescens

M1, Carnobacterium divergens PK3 i Carnobacterium maltaromaticum M2.

Antimikrobna aktivnost BMK je ispitivana na osnovu dejstva na odabrane indikator

sojeve: Escherichia coli, Listeria monocytogenes, Staphylococcus aureus, Salmonella

typhimurium i Bacillus cereus.

Svi sojevi su aktivirani iz stokova čuvanih na -20 °C presejavanjem na odgovarajuću

podlogu. Sojevi BMK gajeni su na čvrstoj MRS hranljivoj podlozi (Torlak, Srbija), sa dodatkom

1,5% agara. Indikator sojevi gajeni su na MH podlozi (Himedia, India), koncentracije 0,7%. Kao

radne kulture sojeva korišćene su prekonoćne kulture zasejane na odgovarajućoj tečnoj podlozi i

inkubirane na određenoj temperaturi. Petri ploče sa sojevima BMK inkubirane su na temperaturi

od 30°C, a indikator sojevi na 37 °C.

3.2. Metode

3.2.1. Agar difuziona metoda

MRS hranljiva podloga razlivena je u Petri ploče i formirani su bunarići prečnika 0,5 cm uz

pomoć plastičnih kalupova. Za svaki indikator soj korišćene su po dve Petri ploče sa po pet i šest

bunarića (za jedanaest sojeva BMK). Nakon što se podloga stegla, kalupi su izvađeni sterilnom

pincetom. U bunariće je dodato po 50 μl prekonoćnih kultura BMK. Nakon zasejavanja, ploče su

ostavljene jedan sat na sobnoj temperaturi. Po 200 μl prekonoćnih kultura indikator sojeva je

inokulisano u 8 ml rastopljene MH podloge. Inokulumi su snažno vorteksovani i razliveni u Petri

Page 23: Sandra Stanimirov Antimikrobna aktivnost bakterija mlečne ... · laktobacila mlečna kiselina, druge metaboličke osobine, kao što su njihova proteolitička i lipolitička aktivnost

16

ploče sa BMK. Petri ploče su inkubirane 24 h na temperaturi od 30 °C, nakon čega su lenjirom

očitavane zone inhibicije (Slika 4). Bakterije koje su najosetljive na dejstvo BMK pokazuju

najveće zone inhibicije, dok kod rezistentnih bakterija ne postoje zone inhibicije. Na isti način je

određena antimikrobna aktivnost čistog i neutralisanog supernatanta BMK, kao i međusobno

dejstvo BMK. Supernatanti BMK su dobijeni centrifugiranjem prekonoćnih kultura na 3500 g, 10

min. Neutralisani supernatanti su dobijeni dodavanjem 10 NaOH, a merenje je vršeno pH

metrom.

Slika 4. Zone inhibicije vrste B. cereus u prisustvu suspenzija BMK

3.2.2. Mikrodiluciona metoda

Za određivanje minimalne inhibitorne koncentracije (MIK) korišćena je mikrodiluciona

metoda. MIK je najniža koncentracija antimikrobnog agensa koja inhibira rast bakterija nakon

prekonoćne inkubacije. U ovom radu određena je minimalna inhibitorna koncentracija

supernatanata BMK na indikator sojeve.

Supernatanti BMK dobijeni su centrifugiranjem prekonoćnih kultura na 3500 g, 10 min.

Od prekonoćnih kultura ispitivanih indikator sojeva napravljene su bakterijske suspenzije u

sterilnom fiziološkom rastvoru i turbidimetrijskom metodom je broj mikroorganizama

standardizovan na 0,5 McFarlanda. Nakon toga je u mikrotitar ploči sa 96 bunarića napravljena

serija duplih razblaženja supernatanta BMK. U prvu kolonu naliveno je po 200 μl supernatanata

Page 24: Sandra Stanimirov Antimikrobna aktivnost bakterija mlečne ... · laktobacila mlečna kiselina, druge metaboličke osobine, kao što su njihova proteolitička i lipolitička aktivnost

17

BMK, a u ostale kolone po 100 μl fiziološkog rastvora. Razređenja su pravljena prebacivanjem po

100 μl iz prve u drugu kolonu, zatim iz druge u treću, sve do poslednje kolone, iz koje je izbačeno

100 μl rastvora. U bunariće je dodato po 10 μl suspenzija indikator sojeva bakterija i 90 μl MH

bujona, tako da je finalni volumen bio 200 µl i finalna koncentracija bakterija 5x106 CFU/ml, a

koncentracija supernatanta od 100 do 0 %. Mikrotitarske ploče su zatim inkubirane 24h na 37˚C.

Najniža koncentracija pri kojoj nije bilo vidljivog rasta uzeta je za minimalnu inhibitornu

koncentraciju (MIK).

3.2.3. Kvantitativno određivanje vodonik peroksida

Testirani sojevi BMK Lc. mesenteroides ssp. dextranicum PK15, Lb. curvatus PK4, Lb. sakei

PF18 gajeni su 72 h u MRS bujonu, a zatim centrifugirani na 3000 g, 15 min. 5 mg/ml 0,1 N NaOH

i proteaza su dodati da neutrališu uticaj mlečne kiseline i bakteriocina. Dobijeno je 10 ml

supernatantna i dodato 8 ml razblažene sumporne kiseline. Titracija je izvršena sa 0.1 M kalijum

permanganatom. Svaki mililitar 0,1 M kalijum permanganata je ekvivalentan 1,79 mg vodonik

peroksida. Prvi trenutak obezbojavanja uzorka uziman je kao krajnja tačka titracije.

3.2.4. Kristal violet metoda

Promena u permeabilnosti ćelijske membrane detektovana je kristal violet metodom,

gde veći procenat usvajanja boje ukazuje na veću permeabilnost membrane (Devi i sar., 2010).

Supernatanti Lc. mesenteroides ssp. dextranicum PK15 i Lb. sakei PF18, čiji je uticaj na

membranu indikator sojeva ispitivan, dobijeni su centrifugiranjem prekonoćnih kultura na 3500

g, 10 min. Prekonoćne kulture indikator sojeva (E. coli, L. monocytogenes i B. cereus)

centrifugirane su na 6700 g 5 min na 21 °C. Talozi su isprani dva puta i resuspendovani u 10 mM

PBS-u (Phosphate Buffered Saline), pH 7,4. Ćelije su opet centrifugirane i napravljene su

suspenzije u sterilnom fiziološkom rastvoru podešene na 1 McFarland. Po 1 ml svake suspenzije

je prebačen u dve Eppendorf epruvete (ukupno šest), centrifugirano i resuspendovano u 6 ml

supernatanata BMK. Kao negativna kontrola korišćene su ćelije bez tretmana. Kao pozitivna

Page 25: Sandra Stanimirov Antimikrobna aktivnost bakterija mlečne ... · laktobacila mlečna kiselina, druge metaboličke osobine, kao što su njihova proteolitička i lipolitička aktivnost

18

kontrola za izolat Lc. mesenteroides ssp. dextranicum PK15 korišćen je hloramfenikol u

koncentraciji od 10 µg/ml. Epruvete su inkubirane na 37 °C. Na 0, 2 i 4 h uzimano je po 1 ml

svake suspenzije, centrifugirano na 6700 g 5 min i resuspendovano u PBS-u (10 mM, pH 7,4) koji

sadrži 10 µg/ml kristal violet boje (Slika 5). Nakon inkubacije od 15 min na 37 °C, suspenzije su

centrifugirane na 13 000 g 15 min i merena je apsorbanca supernatanta na 595 nm

spektrofotometrijski.

Procenat usvajanja kristal violet boje od strane indikator sojeva iz uzoraka izračunat je uz

pomoć jednačine:

Usvajanje boje () = (1 −Vrednost apsorbance uzorka

Vrednost apsorbance kristal violet boje) × 100,

pri čemu vrednost apsorbance kristal violet boje iznosi A=2,533.

Slika 5. Uzorci vrste L. monocytogenes u kristal violet boji

3.2.5. Bradfordova metoda

Integritet ćelije je ispitan određivanjem oslobađanja ćelijskih proteina u supernatant

metodom koju su opisali Lv, Liang, Yuan i Li (2010), i Diao, Hu, Zhang i Xu (2014) sa nekim

modifikacijama. Ćelije indikator sojeva (E. coli, L. monocytogenes i B. cereus) iz radne kulture su

sakupljene centrifugiranjem na 5000 g 10 min, isprane tri puta 0,1 M PBS-om pH 7,2 i

resuspendovane u istom puferu. Zatim su ćelije resuspendovane u fiziološkom rastvoru tako da

je koncentracija podešena na 1 McFarland (1010 ćelija). U tri epruvete je naliveno po 8 ml

supernatanta BMK (10, 17 i 55) u MIK koncentraciji (ukupno devet epruveta). Po 80 µl

suspenzije indikator sojeva je dodato u svaki supernatant tako da je konačna koncentracija bila

Page 26: Sandra Stanimirov Antimikrobna aktivnost bakterija mlečne ... · laktobacila mlečna kiselina, druge metaboličke osobine, kao što su njihova proteolitička i lipolitička aktivnost

19

108 ćelija/ml. Epruvete su inkubirane na 37 °C i po 1 ml uzorka je uzimano na 0, 4 i 8 h. Uzorci su

centrifugirani na 10 000 g 5 min. Po 0,1 ml svakog uzorka je pomešan sa po 5 ml Coomasie

brilliant blue G-250 bojom i merena je apsorbanca na 595 nm. Koncentracija oslobođenih

proteina je određena kalibracionom krivom uz pomoć albumina.

3.2.6. Time-kill analiza

Baktericidni efekat supernatanata BMK ispitan je Time-kill analizom koju su opisali Joray i

saradnici (2011) sa određenim modifikacijama. Ovom metodom se prati smanjenje broja ćelija

indikator sojeva tokom vremena pod uticajem određene koncentracije (MIK) inhibitornog

agensa. Suspenzije E. coli, L. monocytogenes i B. cereus koncentracije 5x106 ćelija/ml u MH

bujonu inkubirane su sa supernatantima BMK Lc. mesenteroides ssp. dextranicum PK15, Lb.

curvatus PK4, Lb. sakei PF18 MIK koncentracije. Suspenzije indikator sojeva u MH bujonu

pomešane sa sterilnim fiziološkim rastvorom korišćene su kao kontrola. Analiza je vršena na

svaka tri sata (0, 3, 6, 9, 12, 15, 18, 21, 24 h). U miktoritar ploči sa 96 bunarića napravljena je

serija od šest razređenja uzoraka. Određivanje broja bakterija vršeno je drop-count tehnikom

zasejavanja na hranljive podloge. Po 10 µl od drugog do šestog razređenja zasejano je na Petri

ploče sa hranljivim agrom. Nakon inkubacije 24 h na 37 °C, određen je ukupni broj kolonija na

pločama.

Page 27: Sandra Stanimirov Antimikrobna aktivnost bakterija mlečne ... · laktobacila mlečna kiselina, druge metaboličke osobine, kao što su njihova proteolitička i lipolitička aktivnost

20

4. Rezultati i diskusija

U konceptu sigurnosti hrane stalna su nastojanja za što trajnijim rešenjima radi zaštite

zdravlja potrošača od štetnih mikroorganizama. Istraživanja i razvoj zaštitnih tehnologija u

prehrambenoj industriji sve su intenzivnija, a posebni interes pridaje se primeni zaštitnih kultura

mikroorganizama i njihovih antimikrobnih metabolita (Zdolec i sar., 2007). U tom pogledu

proučavanje principa mikrobnih interakcija prirodne mikroflore fermentisanih proizvoda može

imati praktičnu primenu u proizvodnji sigurnije hrane.

Grupa BMK sadrži veliki broj vrsta koje se izoluju iz različitih fermentisanih proizvoda i

pokazuju širok spektar antimikrobne aktivnosti na patogene vrste i uzročnike kvarenja hrane. U

ovom radu ispitivana je antimikrobna aktivnost jedanaest izolata BMK izolovanih iz peglane

kobasice.

Do sada nije proučavana mikrobna flora peglane kobasice tako da se u literaturi ne mogu

pronaći podaci o antimikrobnoj aktivnosti izolata BMK izolovanih iz peglane kobasice. Međutim,

postoje brojna istraživanja inhibitornog delovanja BMK izolovanih iz drugih fermentisanih

namirnica.

4.1. Antimikrobna aktivnost BMK

Za ispitivanje osetljivosti indikator sojeva agar difuzionom metodom korišćene su

suspenzije BMK, supernatanti prekonoćnih kultura niske pH vrednosti i neutralisani

supernatanti. Suspenzije BMK sadrže žive ćelije koje u kompeticiji sa indikator sojevima mogu

osloboditi različite produkte metabolizma i dati im kompetitivnu prednost. Osim toga,

antimikrobni agensi mogu biti neki od krajnjih produkata fermentacije BMK koji se oslobađaju u

spoljašnju sredinu. Ovi produkti nastaju prilikom rasta bakterija u hranljivoj podlozi i nalaze se u

supernatantu centrifugirane bakterijske kulture. Supernatant BMK je kisele reakcije zbog

prisustva organskih kiselina u velikom procentu. Ove kiseline mogu da budu ključni faktor koji

uništava ćelije indikator sojeva. Da bi se ispitalo da li postoji i drugi faktor osim kiseline, koji

ubija ćelije indikator sojeva, supernatant se neutrališe i na taj način se uklanja njen efekat.

Page 28: Sandra Stanimirov Antimikrobna aktivnost bakterija mlečne ... · laktobacila mlečna kiselina, druge metaboličke osobine, kao što su njihova proteolitička i lipolitička aktivnost

21

Agar difuzionom metodom merene su zone inhibicije oko bunarića u kojima su bile

suspenzije BMK. Na osnovu izmerenih zona inhibicije (Tabela 1), može se zaključiti da suspenzije

testiranih izolata BMK inhibiraju rast indikator sojeva, sa izuzetkom izolata Lb. sakei PF3 i Lc.

mesenteroides ssp. dextranicum PK15 koji nisu pokazali inhibitorno dejstvo na vrstu E. coli i

izolata Lb. sakei PF6 i Lb. curvatus PK4 koji nisu inhibirali rast vrste B. cereus. Generalno, najveću

rezistentnost pokazala je vrsta E. coli sa srednjom vrednošću zona inhibicije 12,8 mm, a najveću

osetljivost vrsta L. monocytogenes, čija je srednja vrednost zona inhibicije 17,2 mm. Suspenzija

izolata C. divergens PK3 pokazala je najveću antimikrobnu aktivnost sa srednjom vrednošću zona

inhibicije od 17,4 mm, a suspenzije izolata Lc. mesenteroides ssp. dextranicum PK15 najmanju

srednju vrednost zona inhibicije koja iznosi 9,2 mm.

Supernatanti BMK pokazali su najjaču inhibitornu aktivnost s obzirom na to da su svi

ispitivani indikator sojevi pokazali osetljivost (Tabela 2). Gram-pozitivne bakterije St. aureus, L.

monocytogenes i B. cereus imaju jednaku srednju vrednost zona inhibicije (15 mm) i

najosetljivije su na dejstvo supernatanata. Najveća vrednost zona od 20 mm javila se kod vrste

B. cereus, kao najosetljivije na supernatante izolata C. divergens PK3 i Lb. sakei PF3. Srednja

vrednost zona inhibicije kod vrste S. typhimurium iznosi 14 mm, dok je vrsta E. coli pokazala

najveću rezistentnost na supernatante, sa srednjom vrednošću zona inhibicije od 12 mm. Pored

toga, najveću antimikrobnu aktivnost na ispitivane supernatante imaju izolati C. divergens PK3 i

Lc. mesenteroides ssp. dextranicum PK15, a najmanji efekat pokazali su izolati W. viridescens M1

i Lb. sakei PF18.

Page 29: Sandra Stanimirov Antimikrobna aktivnost bakterija mlečne ... · laktobacila mlečna kiselina, druge metaboličke osobine, kao što su njihova proteolitička i lipolitička aktivnost

22

Tabela 1. Zone inhibicije rasta indikator sojeva u prisustvu suspenzija BMK izražene u mm

Izolat E. coli St. aureus L.

monocytogenes B. cereus

S. typhimurium

Lb. sakei

M16 17 17 17 15 15

PF3 / 19 18 17 18

PF6 15 20 20 / 16

PF18 13 18 17 16 16

PF19 15 16 18 17 17

Lb. curvatus

PK4 18 14 19 / 18

Lc. mesenteroides

PK15 / 9 15 14 8

PK16A 17 16 18 13 17

W. viridescens

M1 12 18 16 20 14

C. divergens

PK3 19 16 18 16 18

C. maltaromaticum

M2 15 18 14 18 18

Page 30: Sandra Stanimirov Antimikrobna aktivnost bakterija mlečne ... · laktobacila mlečna kiselina, druge metaboličke osobine, kao što su njihova proteolitička i lipolitička aktivnost

23

Tabela 2. Zone inhibicije rasta indikator sojeva u prisustvu supernatanata BMK izražene u mm

Izolat E. coli St. aureus L.

monocytogenes B. cereus

S. typhimurium

Lb. sakei

M16 12 15 14 19 14

PF3 10 16 16 20 14

PF6 12 14 18 15 13

PF18 10 14 11 13 13

PF19 12 15 16 14 12

Lb. curvatus

PK4 11 15 14 17 16

Lc. mesenteroides

PK15 13 17 16 18 16

PK16A 15 16 14 18 16

W. viridescens

M1 12 12 14 12 12

C. divergens

PK3 16 16 16 20 14

C. maltaromaticum

M2 14 16 16 15 14

Indikator sojevi pokazali su najveću rezistentnost na neutralisane supernatante BMK

(Tabela 3). Svi sojevi su rezistentni bar na jedan supernatant, a kod vrste St. aureus nije bilo zona

inhibicije za šest od jedanaest ispitivanih supernatanata. Vrsta St. aureus pokazala je najveću

rezistentnost sa srednjom vrednošću zona inhibicije od 6 mm, a vrsta B. cereus je najosetljivija,

pri čemu je srednja vrednost zona inhibicije bila 12,6 mm. Najveću antimikrobnu aktivnost

pokazao je neutralisani supernatant izolata C. divergens PK3, a najmanje vrednosti zabeležene

su kod izolata W. viridescens M1 i Lb. sakei PF6.

Page 31: Sandra Stanimirov Antimikrobna aktivnost bakterija mlečne ... · laktobacila mlečna kiselina, druge metaboličke osobine, kao što su njihova proteolitička i lipolitička aktivnost

24

Tabela 3. Zone inhibicije rasta indikator sojeva u prisustvu neutralisanih supernatanata BMK izražene u mm

Izolat E. coli St. aureus L.

monocytogenes B. cereus

S. typhimurium

Lb. sakei

M16 14 14 11 10 14

PF3 10 / / 12 /

PF6 16 / 12 14 12

PF18 / / 14 12 10

PF19 14 / 14 12 14

Lb. curvatus

PK4 / 14 12 12 13

Lc. mesenteroides

PK15 16 / 12 / /

PK16A 12 10 15 14 15

W. viridescens

M1 10 / / 12 /

C. divergens

PK3 / 14 16 14 16

C. maltaromaticum

M2 12 14 13 15 /

U mnogim istraživanjima dokazana je antimikrobna aktivnost supernatanata BMK u

kojima je dominantni antimikrobni agens bila mlečna kiselina. Inhibitorni efekat supernatanata

devetnaest sojeva roda Lactobacillus sp,. izolovanih iz turskih mlečnih proizvoda, na bakterije E.

coli i St. aureus pripisan je mlečnoj kiselini u kombinaciji ili bez delovanja H2O2 (Aslim i sar.,

2004). Kod tri izolata čiji su supernatanti neutralisani i tretirani katalazom zabeležena je slaba

inhibitorna aktivnost na vrstu E. coli i srednja inhibitorna aktivnost na vrstu St. aureus tako da se

njihovo dejstvo pripisuje bakteriocinima.

Page 32: Sandra Stanimirov Antimikrobna aktivnost bakterija mlečne ... · laktobacila mlečna kiselina, druge metaboličke osobine, kao što su njihova proteolitička i lipolitička aktivnost

25

U ovom radu su supernatanti svih izolata pokazali antimikrobnu aktivnost na ispitivane

indikator sojeve i veće zone inhibicije u odnosu na neutralisane supernatante. Neutralisani

supernatanti izolata Lc. mesenteroides ssp. dextranicum PK16A i Lb. sakei M16 pokazali su

antimikrobnu aktivnost na sve indikator sojeve te se može predpostaviti da njihovo dejstvo

može biti i posledica delovanja drugih supstanci kao što su bakteriocini, tako da je dalja analiza

ovih izolata neophodna kako bi se utvrdilo poreklo aktivnosti.

Različite koncentracije prečišćene mlečne kiseline pokazale su antimikrobnu aktivnost na

vrste E. coli, St. aureus, L. monocytogenes i B. cereus (Stanojević-Nikolić, 2015). S druge strane,

Ibrahim i sar. (2008) otkrili su da mlečna kiselina u niskoj koncentraciji (2 mg/ml) inhibira rast

Salmonella spp. i E. coli O157:H7. Slično tome, Yesillik i sar. (2011) pokazali su da mlečna kiselina

u koncentraciji od 9 mg/ml inhibira rast S. typhimurium (sa zonom inhibije od 22,6 mm), dok na

vrste E. coli i St. aureus nije pokazala efekat. Dobijeni rezultati pokazuju da supernatanti BMK

pokazuje veću efikasnost protiv Gram-pozitivnih (L. monocytogenes, St. aureus i B. cereus) nego

protiv Gram-negativnih bakterija (E. coli i S. typhimurium), što je u saglasnosti sa rezultatima

drugih autora (Savadogo i sar., 2004; Mezaini i sar., 2009). Razlog tome je drugačija strukturna i

hemijska kompozicija spoljašnjih ćelijskih omotača i razlika u toleranciji pojedinačnih

mikroorganizama. Mehanizmi rezistencije Gram-negativnih bakterija su složeniji zbog toga što

su njihove ćelije obavijene spoljašnjom hidrofobnom membranom koja blokira ulazak hidrofilnih

molekula male molekulske mase kao što su kiseline, alkoholi, vodonik-peroksid, ugljen-dioksid

koji mogu proći jedino kroz hidrofilne kanale (porine) u lipidnom dvosloju. S druge strane,

činjenica da Gram-pozitivne bakterije poseduju samo debeo peptidoglikanski omotač i lipidni

dvosloj može objasniti veću osetljivost ovih bakterija na mlečnu kiselinu.

Osim uticaja BMK na indikator sojeve, agar difuziona metoda je korišćena i za ispitivanje

međusobnog dejstva odabranih izolata BMK. Od svih izolata BMK, jedino je izolat Lb. sakei PF6

pokazao osetljivost na druge izolate. Zone inhibicije izolata Lb. sakei PF6 date su u Tabeli 4.

Izolat Lb. sakei PF6 pokazao je najveću osetljivost na rast izolata C. divergens PK3 , sa zonom

inhibicije od 17 mm. Rezistentnost je zapažena jedino pri rastu izolata Lc. mesenteroides ssp.

dextranicum PK16A.

Page 33: Sandra Stanimirov Antimikrobna aktivnost bakterija mlečne ... · laktobacila mlečna kiselina, druge metaboličke osobine, kao što su njihova proteolitička i lipolitička aktivnost

26

Tabela 4. Zone inhibicije izolata Lb. sakei PF6 u prisustvu izolata BMK izražene u mm

Izolat Izolat Lb. sakei PF6

Lb. sakei

M16 13

PF3 13

PF18 14

PF19 14

Lb. curvatus

PK4 13

Lc. mesenteroides

PK15 13

PK16A /

W. viridescens

M1 14

C. divergens

PK3 17

C. maltaromaticum

M2 14

4.2. Određivanje minimalne inhibitorne koncentracije (MIK)

Metodom mikrodilucije određene su vrednosti MIK na indikator sojeve za supernatante

svih jedanaest izolata BMK. Rezultati su prikazani u Tabeli 5.

Većina dobijenih vrednosti MIK ispitivanih supernatanta bila je 50% početne

koncentracije supernatanta. Vrsta St. aureus pokazala je najveću rezistentnost na supernatante

BMK sa tri MIK vrednosti (za izolate Lb. sakei M16, Lb. sakei PF3 i Lb. sakei PF6) od 100%

(koncentrovan supernatant). Najveću osetljivost pokazale su vrste L. monocytogenes i S.

typhimurium, sa srednjom MIK vrednošću od 37,5%. Vrste St. aureus i S. typhimurium nisu

pokazale rast ni na jednoj koncentraciji supernatanta soja Lb. sakei PF19 što ukazuje na veliku

osetljivost.

Page 34: Sandra Stanimirov Antimikrobna aktivnost bakterija mlečne ... · laktobacila mlečna kiselina, druge metaboličke osobine, kao što su njihova proteolitička i lipolitička aktivnost

27

Tabela 5. MIK vrednosti supernatanata MKB za indikator sojeve izražene u procentima

Izolat E. coli St. aureus L.

monocytogenes B. cereus

S. typhimurium

Lb. sakei

M16 50 100 50 50 50

PF3 25 100 25 50 25

PF6 50 100 50 50 50

PF18 25 50 50 50 50

PF19 50 0 50 50 0

Lb. curvatus

PK4 25 50 25 25 25

Lc. mesenteroides

PK15 50 50 25 50 50

PK16A 50 50 25 50 50

4.3. Ispitivanje mehanizama antimikrobne aktivnosti BMK

Da bi se detaljnije proučili mehanizmi pomoću kojih BMK ubijaju ćelije indikator sojeva,

odabrana su tri izolata (Lc. mesenteroides ssp. dextranicum PK15, Lb. curvatus PK4 i Lb. sakei

PF18). Ispitana je produkcija vodonik-peroksida kao i oštećenje membrane indikator sojeva E.

coli, L. monocytogenes i B.cereus.

Brojne vrste BMK produkuju vodonik-peroksid u malim koncentracijama. Od 87

ispitivanih izolata, pre svega iz roda Lactobacillus sp., kod svih je zabeležena produkcija u

koncentracijama između 0,003 mg/ml i 0,007 mg/ml (Hor i Liang, 2013). U radu objavljenom od

strane Adesokana i saradnika (2010), navodi se da sojevi BMK iz rodova Leuconostoc sp. i

Lactobacillus sp. produkuju vodonik-peroksid, pri čemu je najveća koncentracija zabeležena kod

vrste Leuconostoc mesenteroides, a najmanja kod Lactobacillus plantarum. U ovom radu,

kvantitativno određivanje vodonik peroksida izvršeno je titracijom sa 0.1 M kalijum

permanganatom. Kod sva tri izolata BMK potvrđena je produkcija vodonik-peroksida, pri čemu

Page 35: Sandra Stanimirov Antimikrobna aktivnost bakterija mlečne ... · laktobacila mlečna kiselina, druge metaboličke osobine, kao što su njihova proteolitička i lipolitička aktivnost

28

je najveća koncentracija vodonik peroksida zabeležena kod soja Lb. sakei PF18, zatim kod soja

Ln. mesenteroides ssp. dextranicum PK15, a najmanja kod soja Lb. curvatus PK4 (Tabela 6).

Tabela 6. Produkcija vodonik-peroksida

Izolat KMnO4 (ml) H2O2 (mg)

PF18 2,05 3,67

PK4 0,85 1,52

PK15 1,65 2,95

Kristal violet metoda je korišćena za ispitivanje promene permeabilnosti membrane

indikator sojeva pod dejstvom supernatanata BMK. Sve veće usvajanje boje od strane ćelije,

odnosno smanjenje vrednosti apsorbance uzorka tokom vremena označava povećanje

permeabilnosti kao posledica oštećenja na membrani. Na osnovu dobijenih rezultata (Tabela 7)

može se zaključiti da permeabilnost membrane raste tokom vremena za većinu indikator sojeva,

a drastičan porast beleži se nakon 20 h inkubacije za izolat Lc. mesenteroides ssp. dextranicum

PK15. Mala odstupanja zabeležena su kod vrste L. monocytogenes za delovanje supernatanta

izolata Lc. mesenteroides ssp. dextranicum PK15 i kod vrsta L. monocytogenes i B.cereus za

delovanje supernatanta izolata Lb. sakei PF18. Kod kontrola se takođe uočava povećanje

permeabilnosti tokom vremena i značajna razlika u odnosu na uzorke.

Page 36: Sandra Stanimirov Antimikrobna aktivnost bakterija mlečne ... · laktobacila mlečna kiselina, druge metaboličke osobine, kao što su njihova proteolitička i lipolitička aktivnost

29

Tabela 7. Vrednosti apsorbanci uzoraka u kristal violet metodi merene spektrofotometrijski

Na osnovu dobijenih vrednosti procenta usvajanja boje, konstruisani su grafici koji

pokazuju promenu procenta usvajanja boje u uzorcima tokom vremena za izolat Lc.

mesenteroides ssp. dextranicum PK15 (Slika 4) i za izolat Lb. sakei PF18 (Slika 5).

MKB Indikator soj Vreme

inkubacije (h) Uzorak

Negativna kontrola

Pozitivna kontrola

S PK15

E. coli

0 1.805 0.979 1.276

4 1.268 0.043 1.280

20 0.093 0.016 0.149

L. monocytogenes

0 1.764 0.888 1.409

4 1.830 0.041 1.337

20 0.109 0.034 0.214

B.cereus

0 1.782 1.248 1.235

4 1.780 0.075 1.541

20 0.083 0.047 0.214

S PF18

E. coli 0 1.735 1.875 /

4 1.696 1.397 /

L. monocytogenes

0 1.513 1.722 /

4 1.834 1.400 /

B.cereus 0 1.546 1.823 /

4 1.765 1.212 /

Page 37: Sandra Stanimirov Antimikrobna aktivnost bakterija mlečne ... · laktobacila mlečna kiselina, druge metaboličke osobine, kao što su njihova proteolitička i lipolitička aktivnost

30

Slika 4. Vrednosti procenata usvajanja boje u uzorcima inkubiranim sa supernatantom izolata Lc. mesenteroides ssp. dextranicum PK15, tokom vremena

Tokom vremena se povećava oštećenje ćelijskih membrana indikator sojeva pod

uticajem supernatanta izolata Lc. mesenteroides ssp. dextranicum PK15, što dovodi do

povećanja procenta usvajanja kristal violet boje. Nakon 4 h inkubacije, primećeno je malo

povećanje procenta usvajanja kod vrste E. coli, smanjenje kod vrste L. monocytogenes i iste

vrednosti kod vrste B. cereus. Zatim procenat usvajanja boje kod sve tri vrste naglo raste, sve do

20 h kada je boja potpuno usvojena. Osim toga, oštećenje membrane vrste E. coli je najveće,

dok vrste L. monocytogenes i B. cereus pokazuju slične vrednosti.

Delovanje supernatanta izolata Lb. sakei PF18 na indikator sojeve određeno je samo

nakon 4 h inkubacije. Kod vrste E. coli nije došlo do promene procenta usvajanja u odnosu na

početak inkubacije, a kod vrsta L. monocytogenes i B. cereus se smanjio procenat usvajanja boje.

Na osnovu ovih rezultata može se reći da supernatant izolata Lb. sakei PF18 nije oštetio ćelijske

membrane ispitivanih indikator sojeva nakon 4 h inkubacije.

0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

0 4 20

Pro

cen

at u

svaj

anja

bo

je (

)

Vreme inkubacije (h)

E. coli

Listeria

B.cereus

Page 38: Sandra Stanimirov Antimikrobna aktivnost bakterija mlečne ... · laktobacila mlečna kiselina, druge metaboličke osobine, kao što su njihova proteolitička i lipolitička aktivnost

31

Slika 5. Vrednosti procenata usvajanja boje u uzorcima inkubiranim sa supernatantom izolata Lb. sakei PF18, tokom vremena

Bradfordova metoda je korišćena za ispitivanje integriteta ćelijske membrane

merenjem koncentracije ćelijskih proteina koji se oslobađaju u spoljašnju sredinu. Povećanje

vrednosti apsorbanci tokom vremena usled detekcije sve veće koncentracije Coomasie brilliant

blue boje koja se vezuje za proteine potvrđuje da se vremenom narušava struktura membrane

što dovodi do izlaska ćelijskih proteina i povećanja njihove koncentracije u supernatantu.

Na osnovu vrednosti apsorbanci poznatih koncentracija albumina određenih istom

metodom konstruisana je standardna prava (Slika 6).

Slika 6. Standardna prava vrednosti apsorbanci poznatih koncentracija albumina

0.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

0 4

Pro

cen

at u

svaj

anja

bo

je (

)

Vreme inkubacije (h)

E. coli

Listeria

B.cereus

y = 0.6295x

00.010.020.030.040.050.060.070.080.09

00.050.10.15

A5

95

c (mg/ml)

Page 39: Sandra Stanimirov Antimikrobna aktivnost bakterija mlečne ... · laktobacila mlečna kiselina, druge metaboličke osobine, kao što su njihova proteolitička i lipolitička aktivnost

32

Iz jednačine standardne prave (y = 0,629x) određene su koncentracije uzoraka indikator

sojeva inkubiranih sa supernatantima BMK i konstruisani su grafici koji pokazuju promenu

vrednosti koncentracija tokom vremena (Slika 7, Slika 8, Slika 9).

Iz prikazanih rezultata se može videti da je integritet membrane najviše narušen u

uzorku vrste E. coli inkubirane sa supernatantom izolata Lb. sakei PF18, a da je najmanji uticaj na

membranu imao supernatant izolata Lc. mesenteroides ssp. dextranicum PK15. Maksimalna

aktivnost supernatanata bila je nakon četiri sata inkubacije. U uzorcima sa supernatantima

izolata Lb. curvatus PK4 i Lb. sakei PF18 zabeležene su znatno veće koncentracije proteina u

odnosu na ostale uzorke (Slika 7). Drugi mogući izvor velike koncentracije detektovanih proteina

je supernatant ispitivanih izolata, odnosno bakteriocini koji predstavljaju potencijalni

mehanizam njihove antimikrobne aktivnosti.

Slika 7. Vrednosti koncentracija proteina kod vrste E. coli inkubirane sa supernatantima BMK izražene u mg/ml

U uzorcima vrste L. monocytogenes inkubiranim sa supernatantima izolata Lb. curvatus

PK4 i Lc. mesenteroides ssp. dextranicum PK15 oslobođena je najveća količina proteina, pri čemu

je maksimalna količina zabeležena nakon četiri sata inkubacije. Količina proteina u uzorku sa

supernatantom izolata Lb. sakei PF18 se smanjila nakon inkubacije (Slika 8). Iz ovih podataka se

može zaključiti da integritet membrane vrste L. monocytogenes nije narušen, a deo proteina koji

je bio prisutan na početku inkubacije je denaturisan.

K

S PK15

S PK4

S PF18

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0 4 8

Ko

nce

ntr

acija

(m

g/m

l)

Vreme inkubacije (h)

Page 40: Sandra Stanimirov Antimikrobna aktivnost bakterija mlečne ... · laktobacila mlečna kiselina, druge metaboličke osobine, kao što su njihova proteolitička i lipolitička aktivnost

33

Slika 5. Vrednosti koncentracija proteina kod vrste L. monocytogenes inkubirane sa supernatantima BMK izražene u mg/ml

Supernatant izolata Lc. mesenteroides ssp. dextranicum PK15 je u najvećoj meri narušio

integritet ćelijske membrane vrste B. cereus, dok je najmanje efikasan bio supernatant izolata

Lb. sakei PF18 (Slika 9).

Slika 9. Vrednosti koncentracija proteina kod vrste B. cereus inkubirane sa supernatantima BMK izražene u mg/ml

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0 4 8

Ko

nce

ntr

acija

(m

g/m

l)

Vreme inkubacije (h)

K

S PK15

S PK4

S PF18

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0 4 8

Ko

nce

ntr

acija

(m

g/m

l)

Vreme inkubacije (h)

K

S PK15

S PK4

S PF18

Page 41: Sandra Stanimirov Antimikrobna aktivnost bakterija mlečne ... · laktobacila mlečna kiselina, druge metaboličke osobine, kao što su njihova proteolitička i lipolitička aktivnost

34

4.4. Ispitivanje baktericidnog efekta supernatanata BMK

Time-kill analiza, za razliku od mikrodilucione metode, obezbeđuje tačniji opis

antimikrobne aktivnosti određenog agensa tokom vremena. Prema tome, na ovaj način praćen

je uticaj supernatanata na ćelije indikator sojeva koje su brojive da bi se potvrdio njihov uticaj i

pojasnio mehanizam delovanja.

Na osnovu izbrojanih kolonija iz različitih razređenja, određen je ukupni broj ćelija u

uzorcima i rezultati su prikazani grafički. Kod vrste E. coli inkubirane sa supernatantom izolata

Lc. mesenteroides ssp. dextranicum PK15 nije zabeležen rast nakon 9 h inkubacije, a u uzorku sa

supernatantom izolata Lb. curvatus PK4 je rast prestao nakon 15 h inkubacije. Supernatant

izolata Lb. sakei PF18 nije inhibirao rast ćelija vrste E. coli, već je zabeleženo povećanje broja

ćelija nakon 24 h inkubacije (Slika 10).

Slika 10. Broj ćelija vrste E. coli inkubirane sa supernatantima BMK predstavljen logaritamski

Supernatant izolata Lb. sakei PF18 pokazao je najveću efikasnost u inhibiciji rasta ćelija

vrste L. monocytogenes, pri čemu nisu zabeležene vijabilne ćelije nakon 6 h inkubacije.

Prestanak rasta pod uticajem preostala dva izolata je zabeležen nakon 21 h inkubacije za

supernatanat vrste Lb. curvatus PK4, odnosno nakon 24 h za supernatant vrste Lc.

mesenteroides ssp. dextranicum PK15 (Slika 11).

1

100

10,000

1,000,000

100,000,000

0 3 6 9 12 15 18 21 24

l og

N

Vreme inkubacije (h)

K

PK15

PK4

PF18

Page 42: Sandra Stanimirov Antimikrobna aktivnost bakterija mlečne ... · laktobacila mlečna kiselina, druge metaboličke osobine, kao što su njihova proteolitička i lipolitička aktivnost

35

Slika 11. Broj ćelija vrste L. monocytogenes inkubirane sa supernatantima BMK predstavljen

logaritamski

Supernatanti ispitivanih izolata BMK su bili najefikasniji u uzorcima vrste B. cereus (Slika

12). Rast ćelija je najpre prestao u uzorcima sa supernatantom vrste Lc. mesenteroides ssp.

dextranicum PK15 (nakon 6 h), zatim u uzorcima sa supernatantom vrste Lb. curvatus PK4

(nakon 12 h) i na kraju u uzorcima sa supernatantom vrste Lb. sakei PF18 (nakon 15 h).

Slika 12. Broj ćelija vrste B. cereus inkubirane sa supernatantima BMK predstavljen logaritamski

1

100

10,000

1,000,000

100,000,000

0 3 6 9 12 15 18 21 24

l og

N

Vreme inkubacije (h)

K

PK15

PK4

PF18

1

100

10,000

1,000,000

100,000,000

0 3 6 9 12 15 18 21 24

log

N

Vreme inkubacije (h)

K

PK15

PK4

PF18

Page 43: Sandra Stanimirov Antimikrobna aktivnost bakterija mlečne ... · laktobacila mlečna kiselina, druge metaboličke osobine, kao što su njihova proteolitička i lipolitička aktivnost

36

5. Zaključci

Na osnovu rezultata predstavljenih u ovom radu mogu se doneti sledeći zaključci:

1. Supernatanti BMK pokazuju inhibitornu aktivnost na sve ispitivane indikator sojeve.

2. Supernatanti BMK pokazuju veću efikasnost protiv Gram-pozitivnih (L. monocytogenes, St. aureus i

B. cereus) nego protiv Gram-negativnih bakterija (E. coli i S. typhimurium).

3. Permeabilnost membrane većine indikator sojeva u prisustvu supernatanata BMK raste tokom

vremena, a drastičan porast beleži se nakon 20 h inkubacije.

4. Supernatanti BMK narušavaju strukturu membrane što dovodi do oslobađanja ćelijskih proteina u

supernatant.

5. Supernatanti BMK pokazuju najjači baktericidni efekat na vrstu B. cereus, a najslabiji na vrstu E.

coli.

Page 44: Sandra Stanimirov Antimikrobna aktivnost bakterija mlečne ... · laktobacila mlečna kiselina, druge metaboličke osobine, kao što su njihova proteolitička i lipolitička aktivnost

37

6. Literatura

Bernardeau, M., Vernoux, J. P., Henri-Dubernet, S., & Gueguen, M., 2008: Safety assessment of dairy

microorganisms: The Lactobacillus genus. - International journal of food microbiology 126: 278-

285.

Björkroth, J.A., Dicks, L.M.T. & Holzapfel, W.H. (2009): Genus III. Weissella Collins, Samelis, Metaxopoulos

& Wallbanks 1994, 370VP (Effective publication: Collins, Samelis, Metaxopoulos & Wallbanks 1993,

597). In: de Vos, P., Garrity, G.M., Jones, D.et al. (eds), Bergey’s Manual of Systematic Bacteriology,

2nd edn, Vol. 3: The Firmicutes. Springer, pp. 643-9.

Borch, E., Kant-Muermans, M.-L. & Blixt, Y. (1996): Bacterial spoilage of meat and cured meat products.

Int. J. Food Microbiol. 33:103–20.

Carr, F.J., Chill, D., Maida, N. (2002) The Lactic Acid Bacteria: A Literature Survey, Critical Reviews in

Microbiology, 28:4, 281-370

Chen, H., Hoover, D. G. (2003): Bacteriocins and their food applications.- Compr. Rev. Food Sci. Food

Safety. 2: 82-100.

Collins, M.D., Rodrigues, U.M., Ash, C. i sar. (1991): Phylogenetic analysis of the genus Lactobacillus and

related lactic acid bacteria as determined by reverse transcriptase sequencing of 16S rRNA. - FEMS

Microbiol. Lett. 77: 5–12.

Collins, M.D., Samelis, J., Metaxopoulos, J. & Wallbanks, S. (1993): Taxonomic studies on some

Leuconostoc-like organisms from fermented sausages: description of a new genus Weissella for the

Leuconostoc paramesenteroides group of species. J. Appl.Bacteriol. 75: 595–603.

Cotter, P. D., Ross, R. P., Hill, C. (2013): Bacteriocins - a viable alternative to antibiotics? Nat. Rev.

Microbiol. 11: 95–105.

Devi, K.P., Nisha SA, Sakthivel R, Pandian SK. (2010): Eugenol (an essential oil of clove) acts as an

antibacterial agent against Salmonella typhi by disrupting the cellular membrane . Journal of

Ethnopharmacology, 130(1): 107-115

Diao, W.R., Hu, Q.P., Zhang, H., Xu, J.G.(2014): Chemical composition, antibacterial activity and mechanism

of action of essential oil from seeds of fennel (Foenicul vulgare Mill.). Food Control, 35(1): 109-116

Page 45: Sandra Stanimirov Antimikrobna aktivnost bakterija mlečne ... · laktobacila mlečna kiselina, druge metaboličke osobine, kao što su njihova proteolitička i lipolitička aktivnost

38

Diaz-Muniz, I., Banavara, D.S., Budinich, M.F. i sar. (2006): Lactobacillus casei metabolic potential to utilize

citrate as an energy source in ripening cheese: a bioinformatics approach. - J. Appl. Microbiol. 10:

872–82.

Endo, A., Okada, S. (2008): Reclassification of the genus Leuconostoc and proposals of Fructobacillus

fructosus gen. nov., comb.nov., Fructobacillus durionis comb. nov., Fructobacillus ficulneus comb.

nov. and Fructobacillus pseudoficulneus comb. nov. - Int. J. Syst. Evol. Microbiol 58: 2195–205.

Filipić, B., Golić, N., Jovčić, B., Ćupić Miladinović, D., Soković, S., Popović, D., & Kojić M, 2015: Rezistencija

na antibiotike kod bakterija mlečne kiseline. – rod Lactococcus - Vet. glasnik 69 (3-4): 219 – 229

Florou-Paneri, P., Christak, E., Bonos, E., 2013: Lactic Acid Bacteria as Source of Functional Ingredients. - J.

Marcelino Kongo, IntechOpen

Gabrielsen, C., Brede, D. A., Hernandez, P. E., Nes, I. F., Diep, D. B. (2012): The maltose ABC transporter in

Lactococcus lactis facilitates high-level sensitivity to the circular bacteriocin garvicin ML.

Antimicrob. Agents Chemother. 56: 2908-2915.

Greenwood, D., Barer, M., Slack, R., Irving, W. (2012): Medical Microbiology – A guide to Microbial

Infections: Pathogenesis, immunity, laboratory investigation and control. – Churchill Livingstone

Elsevier Limited.

Helander, I.M., Wright, A. von, Matilla-Sandholm, T-M. (1997): Potential of lactic acid bacteria and novel

antimicrobials against Gram-negative bacteria. - Elsevier Science Ltd. 8: 146-150.

Holzapfel, W.H., Wood, B.J.B., 2014: Lactic Acid Bacteria - Biodiversity and Taxonomy. - John Wiley & Sons,

Ltd

Hor, Y.Y., Liong, M.T. (2013): Use of extracellular extracts of lactic acid bacteria and bifidobacteria for the

inhibition of dermatological pathogen Staphylococcus aureus, Taiwanese Dermatological

Association. 1-7.

http://cairomircen.com/ProductDetails.aspx?ID=154

https://microbewiki.kenyon.edu/index.php/Leuconostoc_mesenteroides

Johnson-Green, P., 2002: Introduction to food biotechnology. - Boca Raton, Fla. : CRC Press

Joray, M.B., del Rollán, M.R., Ruiz, G.M., Palacios, S.M., Carpinella, M.C. (2011): Antibacterial activity of

extracts from plants of central Argentina-isolation of an active principle from Achyrocline

satureioides. Planta Med. 77(1): 95-100

Page 46: Sandra Stanimirov Antimikrobna aktivnost bakterija mlečne ... · laktobacila mlečna kiselina, druge metaboličke osobine, kao što su njihova proteolitička i lipolitička aktivnost

39

Kashket, E.R. (1987): Bioenergetics of lactic acid bacteria: cytoplasmic pH and osmotolerance. FEMS

Microbiol. Rev. 46: 233-244.

Kong, Y.J., Park, B.K. and Oh, D.H. (2001): Antimicrobial activity of Quercus mongolica leaf ethanol extract

and organic acids against food-borne microorganisms. Korean J. Food Sci. Technol. 33: 178–183.

Konig, H., Unden, G., Frohlich, J., 2017: Biology of Microorganisms in Grapes, in Must and in Wine. -

Springer International Publishing, Switcherland.

Lv, F., Liang, H., Yuan, Q., Li, C.(2011): In vitro antimicrobial effects and mechanism od action of selected

plant essential oli combination against four food-related microorganisms. Food Research

International. 44(9): 3057-3064

Mani-Lopez, E., Garcia, H.S. and Lopez-Mal, A. (2011) : Organic acids as antimicrobials to control

Salmonella in meat and poultry products. J. Food Res. 10: 1016–1025.

Musumeci, T., Puglisi, G. (2013): Antimicrobial agents - Drug–biomembrane interaction studies. -

Woodhead Publishing Limited.

Papathanasopoulos, M.A., Krier, F., Revol-Junelles, A.M. et al. (1997): Multiple bacteriocin production by

Leuconostoc mesenteroides TA33a and other Leuconostoc/Weissella strains. Curr. Microbiol. 35:

331–5.

Petrović, O., Knežević, P., & Simeunović, J., 2007: Mikrobiologija: skripta za studente biologije. - Daniel

Print, Novi Sad

Piard, J.C., Desmazeaud, M. (1991): Inhibiting factors produced by lactic acid bacteria: 1. Oxygen

metabolites and catabolism end-products. Lait 71: 525-541.

Ray, B., Daeschel, M. (1992): Food Biopreservatives of Microbial Origin. Boca Raton, FL: CRC Press.

Ross, R.P., Morgan, S., Hill, C. (2002): Preservation and fermentation: past, present and future.

International Journal of Food Microbiology. 79: 3–16.

Samelis, J., Maurogenakis, F. & Metaxopoulos, J. (1994): Characterisation of lactic acid bacteria isolated

from naturally fermented Greek dry salami. Int. J. Food Microbiol. 23: 179–96.

Srionnual, S., Yanagida, F., Lin, L.H., Hsiao, K.N. & Chen, Y.S. (2007): Weissellicin 110, a newly discovered

bacteriocin from Weissella cibaria 110, isolated from plaa-som, a fermented fish product from

Thailand. Appl. Environ. Microbiol. 73: 2247–50.

Page 47: Sandra Stanimirov Antimikrobna aktivnost bakterija mlečne ... · laktobacila mlečna kiselina, druge metaboličke osobine, kao što su njihova proteolitička i lipolitička aktivnost

40

Šušković, J., Brkić, B., & Matošić, S., 1997: Mehanizam probiotičkog djelovanja bakterija mliječne kiseline.

- Mljekarstvo 47 (1): 57-73

Šušković, J., Kos, B., Beganović, J., Lebo{ Pavunc, A., Habjani, K., Matošić, S. (2010): Antimicrobial Activity –

The Most Important Property of Probiotic and Starter Lactic Acid Bacteria. Food Technol.

Biotechnol. 48 (3): 296–307.

Tagg J.R., Dajani A.S., Wannamaker, L.W. (1976): Bacteriol. Rev. 40: 722-756

Tannock, G. W., 2004: A special fondness for lactobacilli. - Applied and environmental microbiology , 70(6):

3189-3194

Trias, R., Badosa, E., Montesinos, E. & Bańeras, L. (2008) : Bioprotective Leuconostoc strains against

Listeria monocytogenes in fresh fruits and vegetables. - Int. J. Food Microbiol. 127: 91–8.

Uzelac, G. (2014): Karakterizacija bakteriocina bakterija mlečne kiseline i mehanizmi delovanja na

senzitivne ćelije, PhD thesis - Poljoprivredni fakultet, Univerzitet u Beogradu.

Wood, B.J.B., Holzapfel W.H., 1995: The Genera of Lactic Acid Bacteria. – Springer Science+ Business Media

Dordrecht

Page 48: Sandra Stanimirov Antimikrobna aktivnost bakterija mlečne ... · laktobacila mlečna kiselina, druge metaboličke osobine, kao što su njihova proteolitička i lipolitička aktivnost

Прилог 5/1

ПРИРОДНO - MАТЕМАТИЧКИ ФАКУЛТЕТ

НИШ

КЉУЧНА ДОКУМЕНТАЦИЈСКА ИНФОРМАЦИЈА

Образац Q4.09.13 - Издање 1

Редни број, РБР:

Идентификациони број, ИБР:

Тип документације, ТД: монографска

Тип записа, ТЗ: текстуални / графички

Врста рада, ВР: мастер рад

Аутор, АУ: Сандра Станимиров

Ментор, МН: Наташа Јоковић

Наслов рада, НР: Антимикробна активност бактерија млечне киселине изолованих из пеглане кобасице

Језик публикације, ЈП: српски

Језик извода, ЈИ: енглески

Земља публиковања, ЗП: Р. Србија

Уже географско подручје, УГП: Р. Србија

Година, ГО: 2018.

Издавач, ИЗ: ауторски репринт

Место и адреса, МА: Ниш, Вишеградска 33.

Физички опис рада, ФО: (поглавља/страна/ слика/ табела)

6 поглавља, 40 стр., 12 слика, 7 табела

Научна област, НО: биологија

Научна дисциплина, НД: микробиологија хране

Предметна одредница/Кључне речи, ПО:

бактерије млечне киселине, антимикробна активност, механизам деловања

УДК 637.055:547.472.3+637.524:579.6

Чува се, ЧУ: библиотека

Извод, ИЗ: У овом раду испитивана је антимикробна активност једанаест изолата БМК, изолованих из пеглане кобасице, на потенцијално патогене бактерије, агар дифузионом методом, микродилуционом методом, кристал виолет методом, Брадфордовом методом и Тиме-килл анализом. Испитивани изолати припадају врстама Lactobacillus sakei (M16, PF3, PF6, PF18, PF19), Lactobacillus curvatus PK4, Leuconostoc mesenteroides ssp. dextranicum (PK15, PK16A), Carnobacterium divergens PK3, Carnobacterium maltaromaticum M2 и Weissella viridescens M1 Као индикатор сојеви коришћене су врстеEscherichia coli, Listeria monocytogenes, Staphylococcus aureus, Salmonella typhimurium и Bacillus cereus.

Датум прихватања теме, ДП: 05.09.2018.

Датум одбране, ДО:

Чланови комисије, КО:

Председник: Др Татјана Михајилов-Крстев

Члан: Др Зорица Стојановић-Радић

Члан, ментор: Др Наташа Јоковић

Page 49: Sandra Stanimirov Antimikrobna aktivnost bakterija mlečne ... · laktobacila mlečna kiselina, druge metaboličke osobine, kao što su njihova proteolitička i lipolitička aktivnost

Прилог 5/2

ПРИРОДНО - МАТЕМАТИЧКИ ФАКУЛТЕТ

НИШ

KEY WORDS DOCUMENTATION

Образац Q4.09.13 - Издање 1

Accession number, ANO:

Identification number, INO:

Document type, DT: monograph

Type of record, TR: textual / graphic

Contents code, CC: thesis

Author, AU: SandraStanimirov

Mentor, MN: Nataša Joković

Title, TI: Antimicrobial activity of lactic acid bacteria isolated from “peglana kobasica”

Language of text, LT: Serbian

Language of abstract, LA: English

Country of publication, CP: Republic of Serbia

Locality of publication, LP: Serbia

Publication year, PY: 2018

Publisher, PB: author’s reprint

Publication place, PP: Niš, Višegradska 33.

Physical description, PD: (chapters/pages/ref./tables/pictures/graphs/appendixes)

6 chapters, 40 p., 12 pictures, 7 tables

Scientific field, SF: biology

Scientific discipline, SD: food microbiology

Subject/Key words, S/KW: lactic acid bacteria, antimicrobial activity, mechanisms of action

UC 637.055:547.472.3+637.524:579.6

Holding data, HD: library

Abstract, AB: In this paper work, the antimicrobial activity of eleven isolates of LAB isolated from “peglana kobasica”, against potentially pathogenic bacteria, was investigated by agar diffusion method, microdilution method, crystal violet assay, Bradford method and Time-Kill analysis. Isolates belong to the species Lactobacillus sakei (M16, PF3, PF6, PF18, PF19), Lactobacillus curvatus PK4, Leuconostoc mesenteroides ssp. dextranicum (PK15, PK16A), Carnobacterium divergens PK3, Carnobacterium maltaromaticum M2 and Weissella viridescens M1. Escherichia coli, Listeria monocytogenes, Staphylococcus aureus, Salmonella typhimurium and Bacillus cereus were used as indicator strains.

Accepted by the Scientific Board on, ASB: 05.09.2018.

Defended on, DE:

Defended Board, DB:

President: Dr Tatjana Mihajilov-Krstev

Member: Dr Zorica Stojanović-Radić

Member, Mentor: Dr Nataša Joković