DOI: https://doi.org/10.2323/jgam.2026.02.001
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41780951
تاريخ النشر: 2026-01-01
المؤلف: Suerte M. Baranda وآخرون
الموضوع الرئيسي: إنتاج الإنزيمات وتوصيفها
نظرة عامة
تدرس هذه الدراسة قدرات استخدام النشا من قبل بكتيريا حمض اللبنيك (LAB) المعزولة من أنواع Dioscorea، مع التركيز على Limosilactobacillus fermentum PJG11 وتفاعلها مع النشا المستخرج من Dioscorea luzonensis، وهو نبات موطنه الفلبين. تسلط الأبحاث الضوء على أن L. fermentum PJG11 أظهرت كفاءة متفوقة في تحويل نشا D. luzonensis إلى جلوكوز، وذلك بسبب زيادة تنظيم جين α-amylase أثناء الزراعة مع ركيزتها الطبيعية.
تؤكد النتائج على أهمية استخدام الركائز الطبيعية المستمدة من النباتات في صياغة الأطعمة الوظيفية المعتمدة على LAB. من خلال تعزيز النشاط البكتيري وتعزيز تحلل الكربوهيدرات بشكل فعال، يمكن أن تساهم هذه الركائز في تحسين القيمة الغذائية في المنتجات الغذائية. تؤكد هذه الدراسة على إمكانية الاستفادة من المصادر النباتية المحلية لتحسين الأداء الأيضي لـ LAB في تطبيقات الأطعمة الوظيفية.
مقدمة
تناقش مقدمة ورقة البحث أهمية بكتيريا حمض اللبنيك (LAB) في مختلف القطاعات، وخاصة في الغذاء والزراعة والتطبيقات السريرية. تُعرف LAB، بما في ذلك أنواع مثل *Limosilactobacillus fermentum* و*Enterococcus faecium* و*Lacticaseibacillus paracasei*، بقدرتها على استقلاب الكربوهيدرات إلى حمض اللبنيك ومركبات مفيدة أخرى، مما يعزز حفظ الطعام والخصائص الحسية. أحد التحديات الرئيسية في استخدام LAB هو ضمان قابليتها للحياة ونشاطها الأيضي، والذي يعتمد على توفر الركائز المناسبة. ومن الجدير بالذكر أن سلالات *L. fermentum* تبرز لمرونتها وقدراتها الإنزيمية، وخاصة في تحلل النشا، وهو أمر حاسم لتحسين كفاءة التخمير وتوافر العناصر الغذائية في أنظمة الغذاء.
تؤكد الورقة على الإمكانيات غير المستكشفة لبكتيريا LAB المستمدة من النباتات المحلية، وخاصة من أنواع Dioscorea (اليام)، كركائز طبيعية لتطبيقات الأطعمة الوظيفية. تهدف الدراسة إلى عزل LAB من هذه المحاصيل غير المستغلة وتقييم قدراتها على تحلل النشا، مع التركيز بشكل خاص على *Dioscorea luzonensis*. بالإضافة إلى ذلك، تبحث الدراسة في التكيف البيئي لهذه العزلات وتعبير جين α-amylase، مما يوفر رؤى حول الآليات الجزيئية لاستخدام النشا. تؤكد هذه الأعمال على أهمية الاستفادة من المحاصيل المحلية لتعزيز وظائف LAB وتعزيز التنمية المستدامة في الأطعمة الوظيفية والمكملات الغذائية.
الطرق
يستعرض قسم “المواد والطرق” تصميم التجربة والإجراءات المستخدمة في الدراسة. يوضح المواد المحددة المستخدمة، بما في ذلك مصادرها وأي مواصفات ذات صلة. يتم وصف المنهجية بطريقة منهجية، مع تسليط الضوء على التقنيات المستخدمة لجمع البيانات وتحليلها. يشمل ذلك أي طرق إحصائية تم تطبيقها لضمان صحة وموثوقية النتائج.
بالإضافة إلى ذلك، قد يوضح القسم إعداد التجربة، بما في ذلك الضوابط والمتغيرات، لتوفير فهم واضح لكيفية إجراء التجارب. الهدف هو ضمان إمكانية التكرار والشفافية في عملية البحث، مما يسمح للباحثين الآخرين بتكرار الدراسة أو البناء على نتائجها. بشكل عام، يعد هذا القسم أساسًا حاسمًا للنتائج المقدمة في الأقسام اللاحقة من الورقة.
النتائج
في هذه الدراسة، تم الحصول على إجمالي 16 عزلة بكتيرية بنجاح من ثلاثة أنواع من Dioscorea. من كل مصدر نباتي، تم اختيار عزلة تمثيلية واحدة بناءً على مؤشرات السلامة الظاهرية المحددة المتعلقة بتمثيل النشا، والتي شملت هيكل جدار خلوي موجب الجرام، وغياب نشاط الكاتلاز، وافتقار النشاط الهيموليتي. ومن الجدير بالذكر أن العزلة من Dioscorea luzonensis، المعينة PJG11، أظهرت تشابه تسلسلي عالي بنسبة 98.40% مع Limosilactobacillus fermentum K2.
بالإضافة إلى ذلك، حددت الأبحاث سلالة Enterococcus faecium KR1 من Dioscorea hispida وسلالة Lacticaseibacillus paracasei KR2 من Dioscorea esculenta. تم إيداع هذه العزلات الثلاث في قاعدة بيانات NCBI GenBank، مع أرقام الوصول التالية: PV992279 لـ L. fermentum PJG11، PV992282 لـ E. faecium KR1، وPV992281 لـ L. paracasei KR2.
المناقشة
في هذه الدراسة، تم عزل بكتيريا حمض اللبنيك (LAB) من ثلاثة أنواع محلية من Dioscorea—Dioscorea luzonensis وD. hispida وD. esculenta—تم جمعها من الفلبين. تم تصنيف العزلات من الناحية الظاهرية والجينية، وتم تحديد Lactiplantibacillus fermentum PJG11 كأكثر سلالة فعالة في تحلل النشا، حيث أظهرت 98.40% من التماثل مع L. fermentum K2. أظهرت الدراسة أن L. fermentum PJG11 قامت بكفاءة بتفكيك النشا من D. luzonensis، كما يتضح من الانخفاضات الكبيرة في النشا المتبقي وزيادات في تركيزات السكر المختزل، إلى جانب زيادة التعبير عن جين α-amylase.
تؤكد النتائج على إمكانية استخدام D. luzonensis كمصدر للكربون لـ LAB، وخاصة L. fermentum PJG11، التي أظهرت قدرات تفكيك نشا متفوقة مقارنة بالعزلات الأخرى. وهذا يشير إلى أنه يمكن الاستفادة من LAB المحلية في تطوير الأطعمة الوظيفية، من خلال الاستفادة من المحاصيل المحلية لتطبيقات مستدامة. يجب أن تستكشف الأبحاث المستقبلية الأنشطة الإنزيمية للإنزيمات الإضافية التي تحلل النشا وتقارن بين النشويات من أنواع Dioscorea المختلفة لتعزيز فهم خصوصية الركيزة وتوسيع استخدام LAB في معالجة الأغذية.
DOI: https://doi.org/10.2323/jgam.2026.02.001
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41780951
Publication Date: 2026-01-01
Author(s): Suerte M. Baranda et al.
Primary Topic: Enzyme Production and Characterization
Overview
This study investigates the starch utilization capabilities of lactic acid bacteria (LAB) isolated from Dioscorea species, focusing on Limosilactobacillus fermentum PJG11 and its interaction with starch derived from Dioscorea luzonensis, a plant native to the Philippines. The research highlights that L. fermentum PJG11 exhibited superior efficiency in converting D. luzonensis starch into glucose, attributed to the upregulation of the α-amylase gene during cultivation with its natural substrate.
The findings emphasize the significance of utilizing natural, plant-derived substrates in the formulation of LAB-based functional foods. By enhancing bacterial activity and promoting effective carbohydrate breakdown, these substrates can contribute to improved nutritional value in food products. This research underscores the potential of leveraging indigenous plant sources to optimize the metabolic performance of LAB in functional food applications.
Introduction
The introduction of the research paper discusses the significance of lactic acid bacteria (LAB) in various sectors, particularly in food, agriculture, and clinical applications. LAB, including species such as *Limosilactobacillus fermentum*, *Enterococcus faecium*, and *Lacticaseibacillus paracasei*, are known for their ability to metabolize carbohydrates into lactic acid and other beneficial compounds, enhancing food preservation and sensory qualities. A major challenge in utilizing LAB is ensuring their viability and metabolic activity, which is contingent on the availability of suitable substrates. Notably, *L. fermentum* strains are highlighted for their resilience and enzymatic capabilities, particularly in degrading starch, which is crucial for improving fermentation efficiency and nutrient bioavailability in food systems.
The paper emphasizes the underexplored potential of indigenous plant-derived LAB, particularly from Dioscorea species (yams), as natural substrates for functional food applications. The study aims to isolate LAB from these underutilized crops and evaluate their starch-degrading abilities, specifically focusing on *Dioscorea luzonensis*. Additionally, the research investigates the environmental adaptability of these isolates and the expression of the α-amylase gene, providing insights into the molecular mechanisms of starch utilization. This work underscores the importance of leveraging local crops to enhance LAB functionality and promote sustainable development in functional foods and nutraceuticals.
Methods
The “Materials and Methods” section outlines the experimental design and procedures utilized in the study. It details the specific materials used, including their sources and any relevant specifications. The methodology is described in a systematic manner, highlighting the techniques employed for data collection and analysis. This includes any statistical methods applied to ensure the validity and reliability of the results.
Additionally, the section may elaborate on the experimental setup, including controls and variables, to provide a clear understanding of how the experiments were conducted. The aim is to ensure reproducibility and transparency in the research process, allowing other researchers to replicate the study or build upon its findings. Overall, this section serves as a critical foundation for the results presented in the subsequent sections of the paper.
Results
In this study, a total of 16 bacterial isolates were successfully obtained from three species of Dioscorea. From each plant source, one representative isolate was selected based on specific phenotypic safety indicators related to starch metabolism, which included a Gram-positive cell wall structure, absence of catalase activity, and lack of hemolytic activity. Notably, the isolate from Dioscorea luzonensis, designated PJG11, exhibited a high sequence similarity of 98.40% to Limosilactobacillus fermentum K2.
Additionally, the research identified Enterococcus faecium strain KR1 from Dioscorea hispida and Lacticaseibacillus paracasei strain KR2 from Dioscorea esculenta. These three isolates have been deposited in the NCBI GenBank database, with the following accession numbers: PV992279 for L. fermentum PJG11, PV992282 for E. faecium KR1, and PV992281 for L. paracasei KR2.
Discussion
In this study, lactic acid bacteria (LAB) were isolated from three indigenous Dioscorea species—Dioscorea luzonensis, D. hispida, and D. esculenta—collected from the Philippines. The isolates were characterized phenotypically and genotypically, with Lactiplantibacillus fermentum PJG11 identified as the most effective starch-degrading strain, exhibiting 98.40% homology with L. fermentum K2. The study demonstrated that L. fermentum PJG11 efficiently cleaved starch from D. luzonensis, evidenced by significant reductions in residual starch and increases in reducing sugar concentrations, alongside elevated expression of the α-amylase gene.
The findings underscore the potential of D. luzonensis as a carbon source for LAB, particularly L. fermentum PJG11, which showed superior starch degradation capabilities compared to other isolates. This suggests that indigenous LAB can be harnessed for functional food development, leveraging local crops for sustainable applications. Future research should explore the enzymatic activities of additional starch-degrading enzymes and compare starches from various Dioscorea species to enhance understanding of substrate specificity and broaden the utility of LAB in food processing.