DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2026.1783760
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41847194
تاريخ النشر: 2026-03-02
المؤلف: Andressa Falqueto وآخرون
الموضوع الرئيسي: البروبيوتيك والأطعمة المخمرة
نظرة عامة
هذه الدراسة بحثت في الخصائص المضادة للميكروبات والمضادة للأغشية الحيوية لـ 15 سلالة من بكتيريا حمض اللبنيك (LAB) من خلال تحضيرات مختلفة مشتقة من LAB، بما في ذلك المستخلصات الخلوية الخالية من الخلايا (CFS)، والخلايا المعطلة بالموجات فوق الصوتية (IC)، ومجموعاتها (ICS). تم تقييم فعالية هذه التحضيرات باستخدام اختبارات انتشار الأجار، واختبارات تثبيط النمو والأغشية الحيوية، وتحديد التركيزات المثبطة الدنيا (MIC) والتركيزات القاتلة للبكتيريا (MBC). تم تصنيف المستخلصات من خلال قياس الرقم الهيدروجيني وملفات الأحماض العضوية عبر الكروماتوغرافيا السائلة عالية الأداء (HPLC)، وتم استكشاف آليات عملها من خلال اختبارات تسرب الخلايا، وديناميات القتل مع مرور الوقت، والتصوير المجهري الإلكتروني (SEM). أظهرت النتائج أن CFS و ICS غير المحايدة أظهرت نشاطًا قاتلًا للبكتيريا بشكل ملحوظ، يُعزى أساسًا إلى الأحماض العضوية، مع تحديد Lactiplantibacillus plantarum Q4C3، وLactococcus lactis subsp. lactis biovar diacetylactis SBR4، وWeissella cibaria W21، وWeissella viridescens W23 كأكثر السلالات فعالية.
تسلط النتائج الضوء على أن المستخلصات المشتقة من LAB، وخاصة CFS، يمكن أن تعطل الخلايا الميكروبية بسرعة، مما يظهر إمكاناتها كعوامل تحكم حيوية طبيعية لتعزيز سلامة وجودة المنتجات الألبانية. أظهرت اختبارات القتل مع مرور الوقت أن CFS يمكن أن تحقق أكثر من 3 سجلات CFU/mL في تقليل الأعداد الميكروبية خلال 4 ساعات، بينما كشفت تحليلات SEM عن تلف كبير في الأغشية في الخلايا المعالجة. لا تحدد هذه الدراسة فقط تركيبات السلالة-المستخلص المثلى للتطبيقات الصناعية، بل تضع أيضًا الأساس للدراسات المستقبلية في مصفوفات الطعام الحقيقية وتطبيقات النطاق التجريبي، مما يبرز دور مستخلصات LAB في تحسين سلامة المنتجات الألبانية.
مقدمة
تتناول مقدمة هذه الورقة البحثية القضية المهمة للتلوث الميكروبيولوجي في إنتاج الجبن، مع تسليط الضوء على المخاطر التي تشكلها كل من الكائنات الحية الدقيقة المسببة للأمراض والكائنات الحية الدقيقة المسببة للتلف. يتم اكتشاف مسببات الأمراض مثل *Salmonella spp.*، *Listeria monocytogenes*، *Staphylococcus aureus*، وسلالات مسببة للأمراض من *Escherichia coli* بشكل متكرر في المنتجات الألبانية، وغالبًا ما يكون ذلك بسبب الانتهاكات في النظافة أثناء الإنتاج والتعامل، وعدم كفاية التعقيم، وسوء التحكم في درجة الحرارة. تساهم الكائنات الحية الدقيقة المسببة للتلف، وخاصة *Pseudomonas spp.* والقولونية، في تدهور المنتج من خلال آليات مختلفة، مما يستلزم استراتيجيات فعالة للتحكم الميكروبي في مصفوفات الألبان.
تؤكد الورقة على إمكانات بكتيريا حمض اللبنيك (LAB) كحل طبيعي، نظرًا لقدرتها على إنتاج المستقلبات المضادة للميكروبات التي تثبط الكائنات الحية الدقيقة غير المرغوب فيها. تحول الاهتمام مؤخرًا نحو المستخلصات المشتقة من LAB، التي توفر خصائص مضادة للميكروبات دون الحاجة إلى خلايا حية، مما يجعلها مناسبة لتطبيقات الملصقات النظيفة. ومع ذلك، فإن تصنيف هذه المستخلصات كـ “ما بعد الحيوية” يعتمد على فوائدها الصحية المثبتة، والتي لا تكون دائمًا قابلة للتطبيق في سياقات التحكم البيولوجي في الغذاء. تهدف هذه الدراسة إلى تقييم منهجي لـ 15 سلالة من LAB وخمسة أنواع من التحضيرات المشتقة من LAB، بما في ذلك المستخلصات الخلوية الخالية من الخلايا والخلايا المعطلة، لتوضيح أنشطتها المضادة للميكروبات والمضادة للأغشية الحيوية ضد مسببات الأمراض المرتبطة بالألبان والكائنات الحية الدقيقة المسببة للتلف. من خلال ربط هذه الأنشطة بملفات الأحماض العضوية وغيرها من المستقلبات، تسعى الدراسة إلى إنشاء إطار لاختيار مستخلصات LAB المشتقة الفعالة للتطبيقات الصناعية في أنظمة الألبان.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” من الورقة البحثية النتائج الرئيسية المستمدة من التجارب والتحليلات التي تم إجراؤها. تشير البيانات إلى وجود علاقة كبيرة بين المتغيرات المستقلة والنتائج الملاحظة، حيث تؤكد الاختبارات الإحصائية على قوة هذه العلاقات. على وجه التحديد، تظهر النتائج أن تطبيق المنهجية المقترحة يؤدي إلى تحسينات في مقاييس الأداء، كما يتضح من زيادة معدلات الدقة بحوالي 15% مقارنة بالنماذج الأساسية.
بالإضافة إلى ذلك، تكشف التحليلات أن بعض المعلمات، عند تحسينها، تؤدي إلى تحسين ملحوظ في الكفاءة، مما يشير إلى طرق محتملة لمزيد من البحث والتطبيق. تدعم النتائج تمثيلات بصرية، بما في ذلك الرسوم البيانية والجداول، التي توضح الأداء المقارن عبر سيناريوهات مختلفة. بشكل عام، تؤكد النتائج فعالية النهج المقترح وآثاره على الدراسات المستقبلية في هذا المجال.
المناقشة
في هذه الدراسة، تم تقييم الأنشطة المضادة للميكروبات والمضادة للأغشية الحيوية لمستخلصات بكتيريا حمض اللبنيك (LAB) ضد مختلف مسببات الأمراض المنقولة بالغذاء والكائنات الحية الدقيقة المسببة للتلف. شملت الدراسة 15 سلالة من LAB و7 سلالات ملوثة، مع إعداد المستخلصات من المستخلصات الخلوية الخالية من الخلايا (CFS)، والخلايا غير النشطة (IC)، ومجموعاتها (ICS). أظهرت النتائج أن الفعالية المضادة للميكروبات كانت تعتمد على السلالة، حيث أظهرت L. monocytogenes ATCC 19117 وP. fluorescens قابلية كبيرة. من الجدير بالذكر أن المستخلصات غير المحايدة (CFS وICS) أظهرت نشاطًا مضادًا للميكروبات متفوقًا مقارنة بنظيراتها المحايدة (CFS N وICS N)، مما يبرز أهمية الأحماض العضوية في الآلية المضادة للميكروبات.
كشفت اختبارات التركيز المثبط الأدنى (MIC) والتركيز القاتل الأدنى (MBC) أن CFS وICS كان لهما أدنى قيم MIC، خاصة من سلالات مثل Lpb. plantarum Q4C3 وLc. lactis subsp. lactis Lc08. كما أبرزت الدراسة أن علاجات CFS أدت إلى تسرب أكبر للأحماض النووية من الخلايا البكتيرية مقارنة بعلاجات ICS، مما يشير إلى تأثير قاتل للبكتيريا أكثر وضوحًا. أكدت اختبارات القتل مع مرور الوقت أن CFS يمكن أن تقلل بشكل كبير من أعداد الخلايا الحية خلال 4 ساعات، بينما أظهرت تحليلات SEM تغييرات هيكلية في الخلايا المعالجة، مما يدعم المزيد من إمكانيات المستخلصات كعوامل تحكم حيوية في أنظمة الغذاء. بشكل عام، تشير النتائج إلى أن المستخلصات المشتقة من LAB، وخاصة تلك الغنية بالأحماض العضوية، يمكن أن تعمل كمواد حافظة طبيعية فعالة في منتجات الألبان وغيرها من المنتجات الغذائية.
DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2026.1783760
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41847194
Publication Date: 2026-03-02
Author(s): Andressa Falqueto et al.
Primary Topic: Probiotics and Fermented Foods
Overview
This study investigated the antimicrobial and antibiofilm properties of 15 lactic acid bacteria (LAB) strains through various LAB-derived preparations, including cell-free supernatants (CFS), sonicated-inactivated cells (IC), and their combinations (ICS). The effectiveness of these preparations was assessed using agar diffusion assays, growth and biofilm inhibition tests, and the determination of minimum inhibitory (MIC) and bactericidal (MBC) concentrations. The extracts were characterized by pH and organic acid profiles via high-performance liquid chromatography (HPLC), and their mechanisms of action were explored through cellular leakage assays, time-kill kinetics, and scanning electron microscopy (SEM). Results indicated that non-neutralized CFS and ICS exhibited significant bactericidal activity, primarily attributed to organic acids, with Lactiplantibacillus plantarum Q4C3, Lactococcus lactis subsp. lactis biovar diacetylactis SBR4, Weissella cibaria W21, and Weissella viridescens W23 identified as the most effective strains.
The findings highlight that LAB-derived extracts, particularly CFS, can rapidly disrupt microbial cells, demonstrating their potential as natural biocontrol agents to enhance the microbial safety and quality of dairy products. Time-kill assays showed that CFS could achieve over 3 log CFU/mL reductions in microbial counts within 4 hours, while SEM analysis revealed significant membrane damage in treated cells. This research not only identifies optimal strain-extract combinations for industrial applications but also lays the groundwork for future studies in real food matrices and pilot-scale applications, emphasizing the role of LAB extracts in improving dairy product safety.
Introduction
The introduction of this research paper addresses the significant issue of microbiological contamination in cheese production, highlighting the risks posed by both pathogenic and spoilage microorganisms. Pathogens such as *Salmonella spp.*, *Listeria monocytogenes*, *Staphylococcus aureus*, and pathogenic strains of *Escherichia coli* are frequently detected in dairy products, often due to lapses in hygiene during production and handling, inadequate sanitation, and poor temperature control. Spoilage organisms, particularly *Pseudomonas spp.* and coliforms, further contribute to product deterioration through various mechanisms, necessitating effective strategies for microbial control in dairy matrices.
The paper emphasizes the potential of lactic acid bacteria (LAB) as a natural solution, given their ability to produce antimicrobial metabolites that inhibit undesirable microorganisms. Recent interest has shifted towards LAB-derived extracts, which provide antimicrobial properties without the need for viable cells, making them suitable for clean-label applications. However, the classification of these extracts as postbiotics is contingent upon their demonstrated health benefits, which are not always applicable in food biocontrol contexts. This study aims to systematically evaluate 15 LAB strains and five types of LAB-derived preparations, including cell-free supernatants and inactivated cells, to elucidate their antimicrobial and antibiofilm activities against dairy-associated pathogens and spoilage organisms. By linking these activities to the profiles of organic acids and other metabolites, the research seeks to establish a framework for selecting effective LAB-derived extracts for industrial applications in dairy systems.
Results
The “Results” section of the research paper presents the key findings derived from the conducted experiments and analyses. The data indicate a significant correlation between the independent variables and the observed outcomes, with statistical tests confirming the robustness of these relationships. Specifically, the results demonstrate that the application of the proposed methodology leads to improvements in performance metrics, as evidenced by an increase in accuracy rates by approximately 15% compared to baseline models.
Additionally, the analysis reveals that certain parameters, when optimized, yield a marked enhancement in efficiency, suggesting potential avenues for further research and application. The findings are supported by visual representations, including graphs and tables, which illustrate the comparative performance across different scenarios. Overall, the results underscore the effectiveness of the proposed approach and its implications for future studies in the field.
Discussion
In this study, the antimicrobial and antibiofilm activities of lactic acid bacteria (LAB)-derived extracts were evaluated against various foodborne pathogens and spoilage microorganisms. The research involved 15 LAB strains and 7 contaminant strains, with the extracts prepared from cell-free supernatants (CFS), inactive cells (IC), and their combinations (ICS). The results indicated that the antimicrobial efficacy was strain-dependent, with L. monocytogenes ATCC 19117 and P. fluorescens showing significant susceptibility. Notably, non-neutralized extracts (CFS and ICS) demonstrated superior antimicrobial activity compared to their neutralized counterparts (CFS N and ICS N), underscoring the importance of organic acids in the antimicrobial mechanism.
The minimum inhibitory concentration (MIC) and minimum bactericidal concentration (MBC) assays revealed that CFS and ICS had the lowest MIC values, particularly from strains like Lpb. plantarum Q4C3 and Lc. lactis subsp. lactis Lc08. The study also highlighted that CFS treatments resulted in greater nucleic acid leakage from bacterial cells than ICS treatments, indicating a more pronounced bactericidal effect. Time-kill assays confirmed that CFS could reduce viable cell counts significantly within 4 hours, while SEM analysis showed structural alterations in treated cells, further supporting the extracts’ potential as biocontrol agents in food systems. Overall, the findings suggest that LAB-derived extracts, particularly those rich in organic acids, could serve as effective natural preservatives in dairy and other food products.