Селектируемые производственно-ценные свойства культур для ферментированных функциональных молочных продуктов

В течение вековой практики использования для лечебных целей пищевых продуктов с пробиотиками молочнокислые бактерии для заквасок выделяют в специальных лабораториях из различных источников: рыночное молоко и кисломолочные продукты, растения, фрукты, овощи, хвоя (естественная селекция). При селекции ценных производственных штаммов молочнокислых бактерий, чаще всего, обращают внимание на:

- высокую энергию кислотообразования;

- способность накапливать ароматические вещества;

- фагоустойчивость;

- специфические свойства продукта, для которого предназначается штамм (характеристика сгустка, направленная на получение желательных аминокислот, протеолитическая активность, ограниченная липолитическая активность и т.д.);

- не обладать высокой частотой мутации, сохранять селектируемые свойства длительное время [432].

Важным требованием при подборе производственных штаммов для пробиотических продуктов должна быть их высокая колонизационная активность [576]. При этом особое внимание следует обращать на такие факторы колонизации, как антибиотическая (подробнее в гл.1.4.2.) и адгезивная активности.

Адгезивная активность является первым этапом развития колонизационного процесса и в большинстве случаев желательна для ПБ, тогда как у патогенных микроорганизмов рассматривается в качестве одного из стартовых механизмов развития инфекции. Таким образом, при подборе штаммов для пробиотического ПБ или ФПФ целесообразно сравнение адгезивных свойств патогенов и пробиотика целью выяснить, может ли данный ПБ конкурировать с патогенами за субстраты связывания и тем самым препятствовать колонизации последних в организме. Блокирование адгезии патогенов к субстратам связывания может предотвратить развитие инфекции на раннем этапе. Из литературы известны вещества, способные блокировать адгезию микроорганизмов, среди которых пептиды, моно- и олигосахариды, ферменты (подробнее п. 1.6). Поэтому правильный подбор к пробиотическому штамму (или консорциуму штаммов) пребиотика – существенно повышает эффективность обоих.

Штаммы с новыми свойствами возникают в результате мутаций. Мутации – это изменения в последовательности нуклеотидов ДНК, проявляющиеся наследственно закрепленной утратой или изменением какого-либо признака или группы признаков. В их основе лежат ошибки копирования наследственной информации, возникающие при репликации. Фенотипическим проявлением мутации могут быть: изменение свойства штамма, в.т.ч. производственно-ценного. Мутации у бактерий носят ненаправленный характер [123].

Мутации возникают в природной и лабораторной популяции особей всегда [60] без видимых воздействий на популяцию. Такие мутации, причины возникновения которых нам неизвестны, называются спонтанными.

Вероятность возникновения спонтанных мутаций у микроорганизмов (1·10^–10 – 1·10^–6) ниже, чем у растений и животных (1·10^–6–1·10^–4). Но вероятность выделения мутаций по данному гену у бактерий значительно выше, чем у всех других организмов, поскольку получить многомиллионное потомство у микроорганизмов довольно просто. Для выявления мутаций служат селективные среды, на которых способны расти мутанты, но погибают родительские клетки исходного штамма [9, 33, 359, 437 и др.]. Давно известно, что, например, лактококки, выделенные из природных источников показывают меньшую чувствительность к фагам, чем те культуры, которые длительное время поддерживались в питательной среде, свободной от фага.

В природе существуют селективные условия для отбора спонтанных (естественных) фагорезистентных мутантов. Один из объясняющих это механизмов связан с явлением фагоносительства (псевдолизогении), при котором культуры могут быть заражены фагом, не будучи впоследствии лизированными. Эти культуры, называемые лизогенными, несущие фаг (профаг), менее чувствительны к атаке другими бактериофагами, чем их бесфаговые копии.

На основании явления фагоносительства используют два варианта селекции заквасочных штаммов:

1) По существу отсутствие селекции в узком смысле слова, когда при производстве ферментированных молочных продуктов используют сбалансированную за многие годы смесь лизогенных, фагоустойчивых и фагочувствительных штаммов, что делает такие закваски исключительно устойчивыми. Пример: закваски «Флора Даника», использующиеся в Голландии и странах Скандинавии. В их фильтрате может содержаться до 10⁸ вирионов, которые не мешают активности закваски.

2) Так называемая естественная селекция, когда штаммы закваски (чаще по одному) для «придания» им свойства резистентности культивируют в присутствии коллекционных или выделенных на конкретном производстве фагов.

В системе мероприятий по борьбе с фаголизисом при производстве ферментированных молочных продуктов одним из главных звеньев является селекция фагорезитентных культур закваски, т.е. направленный отбор клонов по ряду свойств, определяющих их производственную ценность, в т.ч. фагоустойчивость.

Генеральный путь селекции – это путь от слепого перебора вариантов к сознательному конструированию микроорганизмов с нужными свойствами, что стало возможным благодаря открытию и визуализации плазмид молочнокислых бактерий и разработке методов генетической рекомбинации [9, 23–25, 80, 359, 437 и др.].

Генетическая рекомбинация микроорганизмов, использование генетических методов анализа позволяет в дальнейшем, иметь хорошо разработанные стратегии модификацииважных свойств молочнокислых, в т.ч. пробиотических, верно прогнозируя их стабильность (подробнее в п. 3.3).