DOI: https://doi.org/10.1038/s41538-023-00245-8
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38172179
تاريخ النشر: 2024-01-03
المؤلف: Soniya Ranveer وآخرون
الموضوع الرئيسي: البكتريوفاجات والتفاعلات الميكروبية
نظرة عامة
تقدم هذه القسم نظرة عامة عن البكتريوفاجات، مع تسليط الضوء على دورها المزدوج كعوامل معدية للبكتيريا وكمواد محتملة للتحكم البيولوجي في سلامة الغذاء. تاريخياً، كانت تعتبر مشكلة في العمليات الصناعية مثل صناعة الجبن بسبب فشل التخمير، ولكن تم التعرف الآن على البكتريوفاجات لخصائصها المضادة للميكروبات ضد البكتيريا المسببة للتلف والمرض. لقد أدى الطلب على منتجات غذائية خالية من مسببات الأمراض دون إضافات صناعية إلى زيادة الاهتمام بتطبيقات الفاجات في صناعة الغذاء.
تتناول الدراسة بيولوجيا البكتريوفاجات، بما في ذلك نطاقات مضيفها، وآليات الامتصاص، وملفات النمو، كما تناقش أدوارها الناشئة كعوامل مضادة للميكروبات، وكاشفات حيوية، ومتحكمات في الأغشية الحيوية. تؤكد على جدوى استخدام الفاجات وبروتيناتها الليتيك في سياقات غذائية متنوعة، بما في ذلك إمكانياتها كبدائل آمنة لمنع ومعالجة التلوث. تختتم الورقة بمعالجة المخاوف المتعلقة بالسلامة التي يجب حلها لتسهيل الاستخدام الفعال للبكتريوفاجات في معالجة الغذاء وتطبيقات السلامة.
مقدمة
تسلط مقدمة ورقة البحث الضوء على الأهمية البيئية للبكتريوفاجات (الفاجات) في بيئات متنوعة، مشيرة إلى دورها في القضاء على حوالي 40% من الكتلة الحيوية البكتيرية يومياً. على الرغم من انتشارها، لا يزال البحث حول التأثير البيئي للفاجات، خاصة في النظم البيئية المعقدة، محدوداً. تؤكد الورقة على إمكانيات الفاجات في التطبيقات الطبية والتكنولوجية الحيوية، خاصة في مكافحة العدوى المقاومة للأدوية المتعددة ومقاومة المضادات الحيوية. يتم تقديم علاج الفاجات كاستراتيجية واعدة لتقليل العدوى الناتجة عن البكتيريا المسببة للأمراض والتلف، على الرغم من التحديات مثل قيود النمو والعوامل البيئية مثل درجة الحرارة التي يجب أخذها بعين الاعتبار.
تناقش المقدمة أيضًا الدور المزدوج للفاجات كعوامل مفيدة وضارة في الأنشطة البشرية، مع تسليط الضوء على إمكانية تطور البكتيريا لمقاومة الفاجات من خلال آليات متنوعة. بالإضافة إلى ذلك، تتناول الورقة تداعيات تلوث الفاجات في اقتصاد التخمير والإمكانية المحتملة لاستخدام الفاجات لتعزيز سلامة الغذاء. تحدد فجوة كبيرة في الأدبيات بشأن التطبيقات الجديدة للفاجات في إنتاج الغذاء وسلامته، بهدف تقديم نظرة شاملة حول هذا الموضوع لجذب الباحثين والممارسين في هذا المجال. ستلخص المراجعة أيضًا الشركات والسلع التي تستخدم الفاجات لأغراض سلامة الغذاء.
نقاش
يوفر قسم النقاش في ورقة البحث نظرة شاملة عن البكتريوفاجات، تاريخها، بيولوجيتها، وإمكانيات تطبيقاتها في علاج الفاجات وسلامة الغذاء. تم وصف البكتريوفاجات، التي تم تحديدها لأول مرة بواسطة فيليكس ديريل في عام 1917، على أنها فيروسات تصيب البكتيريا بشكل محدد وهي أصغر بكثير من مضيفيها البكتيريين. يتم تصنيفها إلى أنواع ليتية وليزوجينية، حيث تُفضل الفاجات الليتية للتطبيقات العلاجية بسبب قدرتها على قتل البكتيريا المضيفة دون دمج مادتها الوراثية في جينوم المضيف. يعتبر نطاق المضيف للفاجات حاسماً لفعاليتها العلاجية، حيث قد يؤثر نطاق المضيف الأوسع بشكل غير مقصود على البكتيريا غير المسببة للأمراض، مما يعقد نتائج العلاج.
تناقش هذه القسم أيضًا تأثير العوامل الخارجية مثل درجة الحرارة، والرقم الهيدروجيني، والملوحة على استقرار الفاجات ونشاطها. تختلف الظروف المثلى لبقاء الفاجات، حيث تلعب درجة الحرارة دورًا حاسمًا في قابليتها للحياة. على سبيل المثال، تظهر الفاجات استقرارًا أكبر عند درجات حرارة معتدلة ومستويات رقم هيدروجيني محددة، بينما يمكن أن تؤدي الظروف القاسية إلى تعطيلها. يتم تسليط الضوء على إمكانيات الفاجات كعوامل مضادة للميكروبات، خاصة في سياق زيادة مقاومة المضادات الحيوية. لقد أظهر علاج الفاجات وعودًا في معالجة العدوى الناتجة عن البكتيريا المقاومة للمضادات الحيوية، بما في ذلك تلك المرتبطة بالتليف الكيسي والعدوى التنفسية. علاوة على ذلك، يتم التأكيد على تطبيق الفاجات في سلامة الغذاء، حيث يمكنها السيطرة بفعالية على البكتيريا المسببة للأمراض والتلف في المنتجات الغذائية، مما يعزز جودة وسلامة الغذاء. بشكل عام، تؤكد النتائج على تعددية الاستخدامات والإمكانات العلاجية للبكتريوفاجات في كل من البيئات السريرية وصناعة الغذاء.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41538-023-00245-8
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38172179
Publication Date: 2024-01-03
Author(s): Soniya Ranveer et al.
Primary Topic: Bacteriophages and microbial interactions
Overview
This section provides an overview of bacteriophages, highlighting their dual role as both infectious agents of bacteria and potential bio-control agents in food safety. Historically regarded as problematic in industrial processes like cheese-making due to fermentation failures, bacteriophages are now recognized for their antimicrobial properties against spoilage and pathogenic bacteria. The demand for pathogen-free food products without synthetic additives has spurred interest in phage applications within the food industry.
The study details the biology of bacteriophages, including their host ranges, absorption mechanisms, and growth profiles, while also discussing their emerging roles as antimicrobial agents, biodetectors, and biofilm controllers. It emphasizes the feasibility of using phages and their lytic proteins in various food contexts, including their potential as safe alternatives for preventing and treating contamination. The paper concludes by addressing safety concerns that must be resolved to facilitate the effective use of bacteriophages in food processing and safety applications.
Introduction
The introduction of the research paper highlights the ecological significance of bacteriophages (phages) in various environments, noting their role in eliminating approximately 40% of bacterial biomass daily. Despite their prevalence, research on the ecological impact of phages, particularly in complex ecosystems, remains limited. The paper emphasizes the potential of phages in medical and biotechnological applications, especially in combating multidrug-resistant infections and antibiotic resistance. Phage therapy is presented as a promising strategy for reducing infections caused by pathogenic and spoilage bacteria, although challenges such as growth limitations and environmental factors like temperature must be considered.
The introduction also discusses the dual role of phages as both beneficial and detrimental in human activities, highlighting the potential for bacteria to develop resistance against phages through various mechanisms. Additionally, the paper addresses the implications of phage contamination in the fermentation economy and the potential use of phages for enhancing food safety. It identifies a significant gap in the literature regarding the novel applications of phages in food production and safety, aiming to provide a comprehensive overview of this topic to attract researchers and practitioners in the field. The review will also summarize businesses and commodities utilizing phages for food safety purposes.
Discussion
The discussion section of the research paper provides a comprehensive overview of bacteriophages, their history, biology, and potential applications in phage therapy and food safety. Bacteriophages, first characterized by Felix d’Herelle in 1917, are viruses that specifically infect bacteria and are significantly smaller than their bacterial hosts. They are categorized into lytic and lysogenic types, with lytic phages being preferred for therapeutic applications due to their ability to kill host bacteria without integrating their genetic material into the host genome. The host range of phages is crucial for their therapeutic efficacy, as a broader host range may inadvertently affect non-pathogenic bacteria, complicating treatment outcomes.
The section also discusses the influence of external factors such as temperature, pH, and salinity on phage stability and activity. Optimal conditions for phage survival vary, with temperature playing a critical role in their viability. For instance, phages exhibit greater stability at moderate temperatures and specific pH levels, while extreme conditions can lead to inactivation. The potential of phages as antimicrobial agents is highlighted, particularly in the context of rising antibiotic resistance. Phage therapy has shown promise in treating infections caused by antibiotic-resistant bacteria, including those associated with cystic fibrosis and respiratory infections. Furthermore, the application of phages in food safety is emphasized, as they can effectively control pathogenic and spoilage bacteria in food products, thereby enhancing food quality and safety. Overall, the findings underscore the versatility and therapeutic potential of bacteriophages in both clinical and food industry settings.