Селекция технологически ценных штаммов Lactococcus lactis subsp. lactis: применение биохимических методов, MALDI-TOF MS и оценка пробиотических свойств перспективного образца

Введение: Несмотря на широкое использование молочнокислых бактерий в пищевой промышленности, остается недостаточно изученным комплексный характеристический профиль отдельных пробиотических штаммов, включая их идентификацию, биохимические свойства и антагонистическую активность. 

Цель: Провести селекцию и комплексно охарактеризовать штамм Lactococcus lactis subsp. lactis № 15 по морфологическим, физиологическим и биохимическим показателям, а также оценить его пробиотический потенциал и устойчивость к стрессовым факторам с целью выявления перспективных штаммов, обладающих оптимальными технологическими свойствами для производства кисломолочных продуктов.

Материалы и методы: Для идентификации штамма Lactococcus lactis subsp. lactis № 15 использовали метод MALDI-TOF MS, а функциональные свойства оценивали с помощью биохимических тестов API, посредством оценки ферментативной активности, а также исследований антагонистической активности в отношении патогенных микроорганизмов. Устойчивость к стрессам моделировали in vitro в средах, имитирующих желудочно-кишечный тракт.

Результаты: Штамм продемонстрировал высокую жизнеспособность, активность ферментов β-галактозидазы и других ключевых гидролитических ферментов, выраженную антагонистическую активность против Staphylococcus aureus ВКПМ № 6646 и Klebsiella aerogenes ВКПМ № 13214, а также устойчивость к низкому pH и желчным солям.

Выводы: Результаты исследования подтверждают перспективность использования Lactococcus lactis subsp. lactis № 15 в производстве пробиотических кисломолочных продуктов с улучшенными функциональными и технологическими характеристиками. Полученные данные могут быть применены для разработки инновационных бактериальных заквасок с высоким уровнем безопасности и эффективности в пищевой промышленности.

1. Бибарсова, А. А., Семенова, Е. Ф., Золкина, Н. Г., Моисеева, И. Я., Степанова, А. П., & Ловцова, Л. Б. (2022). Штамм бактерий Lactococcus lactis subsp. cremoris 36 RCAM 05396, используемый при производстве кисломолочных диетических продуктов (патент РФ № RU2780155C1). Пензенский государственный университет. https://patents.google.com/patent/RU2780155C1/ru

2. Грицкевич, Е. Р., Бученков, И. Э., & Иконникова, Н. В. (2017). Лабораторный практикум по микробиологии: пособие. Минск: ИВЦ Минфина.

3. Гусева, Т. Б., Солдатова, С. Ю., & Караньян, О. М. (2021). Органолептическая оценка молочных консервов: особенности проведения и интерпретации результатов. Товаровед продовольственных товаров, (10), 726–729. https://doi.org/10.33920/igt-01-2110-01

4. Китаевская С.В. (2015). Изучение способности молочнокислых бактерий продуцировать липолитические ферменты. Вестник Казанского технологического университета, 18(18), 256–258.

5. Кущ, И. В., Баиров, А. Л., & Удавлиев, Д. И. (2021). Современные методы выделения и идентификации микроорганизмов в пищевых продуктах. Ветеринарная патология, 4(78), 49–56. https://doi.org/10.25690/VETPAT.2021.91.53.002

6. Петров, А. Н., Матвеенко, А. С., & Стрижко, М. Н. (2013). Исследование штаммов микроорганизмов, обладающих β-галактозидазной активностью, и их анализ. Техника и технология пищевых производств, (1), 16–20.

7. Angelakis, E., Million, M., Henry, M. and Raoult, D. (2011), Rapid and Accurate Bacterial Identification in Probiotics and Yoghurts by MALDI-TOF Mass Spectrometry. Journal of Food Science, 76, M568–M572. https://doi.org/10.1111/j.1750-3841.2011.02369.x

8. Barbosa, J. P., Trindade, D. P. A., Martins, E. M. F., & Tette, P. A. S. (2022). Lactic acid bacteria isolated from fruits: A review on methods for evaluation of probiotic potential. Journal of Food and Nutrition Research, 10(10), 711–726. https://doi.org/10.12691/jfnr-10-10-9.

9. Bintsis T. (2018). Lactic acid bacteria as starter cultures: An update in their metabolism and genetics. AIMS Microbiology, 4(4), 665–684. https://doi.org/10.3934/microbiol.2018.4.665

10. Cotter, P. D., Hill, C., & Ross, R. P. (2005). Bacteriocins: developing innate immunity for food. Nature Reviews Microbiology, 3(10), 777–788. https://doi.org/10.1038/nrmicro1273

11. De Chiara, I., Marasco, R., Della Gala, M., Fusco, A., Donnarumma, G., & Muscariello, L. (2024). Probiotic properties of Lactococcus lactis Strains isolated from natural whey starter cultures. Foods, 13(6), 957. https://doi.org/10.3390/foods13060957

12. Dec, M., Puchalski, A., Urban-Chmiel, R., Wernicki A. (2016). 16S-ARDRA and MALDI-TOF mass spectrometry as tools for identification of Lactobacillus bacteria isolated from poultry. BMC Microbiology 16, 105(2016). https://doi.org/10.1186/s12866-016-0732-5

13. De Vuyst, L., & Leroy, F. (2007). Bacteriocins from lactic acid bacteria: production, purification, and food applications. Journal of Molecular Microbiology and Biotechnology, 13(4), 194–199. https://doi.org/10.1159/000104752

14. Dunne, C., O'Mahony, L., Murphy, L., Thornton, G., Morrissey, D., O'Halloran, S., Feeney, M., Flynn, S., Fitzgerald, G., Daly, C., Kiely, B., O'Sullivan, G. C., Shanahan, F., & Collins, J. K. (2001). In vitro selection criteria for probiotic bacteria of human origin: correlation with in vivo findings. American Journal of Clinical Nutrition, 73(2 Suppl), 386S–392S. https://doi.org/10.1093/ajcn/73.2.386s

15. EFSA Panel on Biological Hazards (BIOHAZ), Koutsoumanis, K., Allende, A., Alvarez-Ordóñez, A., Bolton, D., Bover-Cid, S., Chemaly, M., Davies, R., De Cesare, A., Hilbert, F., Lindqvist, R., Nauta, M., Peixe, L., Ru, G., Simmons, M., Skandamis, P., Suffredini, E., Cocconcelli, P. S., Fernández Escámez, P. S., Maradona, M. P., Querol, A., Sijtsma, L., Suarez, J. E., Sundh, I., Vlak, J., Barizzone, F., Hempen, M., Correia, S., & Herman, L. (2022). Update of the list of QPS-recommended microbiological agents intentionally added to food or feed as notified to EFSA 16: Suitability of taxonomic units notified to EFSA until March 2022. EFSA Journal, 20(7), e07408. https://doi.org/10.2903/j.efsa.2022.7408

16. Fenster, K., Freeburg, B., Hollard, C., Wong, C., Rønhave Laursen, R., & Ouwehand, A. C. (2019). The Production and delivery of probiotics: A review of a practical approach. Microorganisms, 7(3), 83. https://doi.org/10.3390/microorganisms7030083

17. Hammes, W. P., & Hertel, C. (2014). The genera Lactococcus and Pediococcus. In M. Dworkin (Ed.), The Prokaryotes (pp. 177–237). Springer.

18. Hussain, N., Tariq, M., Saris, P.E.J., & Zaidi, A. (2021) Evaluation of the probiotic and postbiotic potential of lactic acid bacteria from artisanal dairy products against pathogens. Journal of Infection in Developing Countries, 15, 102–112. https://doi.org/10.3855/jidc.13404

19. Kaur Sidhu, P., & Nehra, K. (2021). Bacteriocins of lactic acid bacteria as potent antimicrobial peptides against food pathogens. IntechOpen. https://doi.org/10.5772/intechopen.95747

20. Khemariya, P., Singh, S., Nath, G., & Gulati, A. K. (2017). Probiotic Lactococcus lactis: A review. Turkish Journal of Agriculture - Food Science and Technology, 5(6), 556–562. https://doi.org/10.24925/turjaf.v5i6.556-562.690

21. Kimoto-Nira, H., Suzuki, C., Sasaki, K., Kobayashi, M., & Mizumachi, K. (2010). Survival of a Lactococcus lactis strain varies with its carbohydrate preference under in vitro conditions simulated gastrointestinal tract. International Journal of Food Microbiology, 143(3), 226–229. https://doi.org/10.1016/j.ijfoodmicro.2010.07.033

22. Kondrotiene, K., Zavistanaviciute, P., Aksomaitiene, J., Novoslavskij, A., & Malakauskas, M. (2024). Lactococcus lactis in dairy fermentation-health-promoting and probiotic properties. Fermentation, 10(1), 16. https://doi.org/10.3390/fermentation10010016

23. Lauková, A., Maďar, M., Zábolyová, N., Troscianczyk, A., & Pogány Simonová, M. (2024). Fortification of goat milk yogurts with encapsulated postbiotic active Lactococci. Life, 14(9), 1147. https://doi.org/10.3390/life14091147

24. Mathur, S., & Singh, R. (2005). Antibiotic resistance in food lactic acid bacteria-a review. International Journal of Food Microbiology, 105(3), 281–295. https://doi.org/10.1016/j.ijfoodmicro.2005.03.008

25. Mafe, A.N., Iruoghene Edo, G., Akpoghelie, P.O., Gaaz, T., S., Yousif E., Zainulabdeen K., Isoje E. F., Igbuku U. A., Opiti R. A., Garba Y., Essaghah A. E. A., Ahmed D. S., Umar H. (2025). Probiotics and food bioactives: Unraveling their impact on gut microbiome, inflammation, and metabolic health. Probiotics & Antimicrob Proteins, 17, 1851–1892. https://doi.org/10.1007/s12602-025-10452-2

26. Minj, J., Chandra, P., Paul, C., & Sharma, R. K. (2020). Bio-functional properties of probiotic Lactobacillus: current applications and research perspectives. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 61(13), 2207–2224. https://doi.org/10.1080/10408398.2020.1774496

27. Nagy, E., & Schuetz, A. (2018). Advancing MALDI-TOF MS applications in anaerobic bacteriology. Anaerobe, 54, 189–190. https://doi.org/10.1016/j.anaerobe.2018.10.010

28. Noun, M., Akoumeh, R., & Abbas, I. (2022). Cell and tissue imaging by TOF-SIMS and MALDI-TOF: An overview for biological and pharmaceutical analysis. Microscopy and Microanalysis, 28(1), 1–26. https://doi.org/10.1017/S1431927621013593

29. Reynolds, P. E. (1989). Structure, biochemistry and mechanism of action of glycopeptide antibiotics. European Journal of Clinical Microbiology & Infectious Diseases, 8(11), 943–950. https://doi.org/10.1007/BF01967563

30. Saarela, M., Mogensen, G., Fondén, R., Mättö, J., & Mattila-Sandholm, T. (2000). Probiotic bacteria: Safety, functional and technological properties. Journal of Biotechnology, 84(3), 197–215. https://doi.org/10.1016/s0168-1656(00)00375-8

31. Sanca, F. M. M., Blanco, I. R., Dias, M., Moreno, A. M., Martins, S. M. M. K., Stephano, M. A., Mendes, M. A., Mendonça, C. M. N., Pereira, W. A., Azevedo, P. O. S., Gierus, M., & Oliveira, R. P. S. (2023). Antimicrobial activity of peptides produced by Lactococcus lactis subsp. lactis on swine pathogens. Animals, 13(15), 2442. https://doi.org/10.3390/ani13152442

32. Shah, A. B., Baiseitova, A., Zahoor, M., Ahmad, I., Ikram, M., Bakhsh, A., Shah M. A., Ali I., Idress M., Ullah R., Al-Zharani, M. (2024). Probiotic significance of Lactobacillus strains: А comprehensive review on health impacts, research gaps, and future prospects. Gut Microbes, 16(1). https://doi.org/10.1080/19490976.2024.2431643

33. Staronenkova, M.A., Chikhalina, T.V., & Namsaraev, Z.B. (2023). Russian market of enzyme preparations and microorganisms for the food industry. Nanotechnol Russia, 18, 475–479. https://doi.org/10.1134/S2635167623700349.

34. Sun, W., Shahrajabian, M. H., & Lin, M. (2022). Research progress of fermented functional foods and protein factory-microbial fermentation technology. Fermentation, 8(12), 688. https://doi.org/10.3390/fermentation8120688

35. Tang, T., & Leisner, J. (2024). Bacteriocin antagonistic potentials of Lactococcus cremoris and Lactococcus lactis isolates from different habitats. Probiotics and Antimicrobial Proteins, 1–12. https://doi.org/10.1007/s12602-024-10361-w

36. Tenea, G. N., Hurtado, P., & Ortega, C. (2018). Inhibitory effect of substances produced by native lactococcus lactis strains of tropical fruits towards food pathogens. Preventive Nutrition and Food Science, 23(3), 260–268. https://doi.org/10.3746/pnf.2018.23.3.260

37. Venegas-Ortega, M.G., Flores-Gallegos, A.C., Martínez-Hernández, J.L., Aguilar, C.N. and Nevárez-Moorillón, G.V. (2019). Production of bioactive peptides from lactic acid bacteria: A sustainable approach for healthier foods. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety, 18, 1039–1051. https://doi.org/10.1111/1541-4337.12455

38. Walsh, C. T., Fisher, S. L., Park, I. S., Prahalad, M., & Wu, Z. (1996). Bacterial resistance to vancomycin: Five genes and one missing hydrogen bond tell the story. Chemistry & Biology, 3(1), 21–28. https://doi.org/10.1016/s1074-5521(96)90079-4

39. Wu, F., Xie, X., Du, T., Jiang, X., Miao, W., & Wang, T. (2023). Lactococcus lactis, a bacterium with probiotic functions and pathogenicity. World Journal of Microbiology and Biotechnology, 39(12), 325. https://doi.org/10.1007/s11274-023-03771-5