Articolul de revizuire - Journal of Food Microbiology (2017) Journal of Food Microbiology (Ediție specială-2017)
Microorganismele de deteriorare din fructele de mare cu fenomenul de detectare a cvorumului existent
Feifei Wang, Linglin Fu, Xingyue Bao și Yanbo Wang *
Laborator cheie pentru tehnologia microbiană a alimentelor din provincia Zhejiang, Școala de științe alimentare și bioinginerie, Universitatea Zhejiang Gongshang, Hangzhou, China
* Autor corespondent: Yanbo Wang
Drumul Xuezheng 18
Orașul Universității Xiasha
Hangzhou, 310018, China
Tel: +86-571-28008963
E-mail: [e-mail protejat]
Acceptat pe 27 septembrie 2017
Citare: Wang F, Fu L, Bao X și colab. Microorganismele de deteriorare din fructele de mare cu fenomenul de detectare a cvorumului existent. J Food Microbiol 2017; 1 (1): 14-19.
Abstract
Majoritatea produselor alimentare sunt extrem de perisabile, deoarece constituie o sursă bogată de nutrienți pentru dezvoltarea microbiană. Fructele de mare sunt unul dintre cele mai perisabile produse alimentare datorită efectelor chimice ale oxigenului atmosferic și creșterii microorganismelor de deteriorare. Prin urmare, deteriorarea alimentelor depinde de starea fiziologică a spoilerelor și de capacitatea lor de a rezista condițiilor de procesare/depozitare. În plus, deteriorarea se bazează pe densitatea populației și pe interacțiunile dintre microorganismele care compun ecosistemele fructelor de mare care implică detectarea cvorumului. Această revizuire introduce în principal SSO-urile de fructe de mare în diferite condiții de conservare, microorganismele de deteriorare care utilizează un sistem de detectare a cvorumului și descrie relația dintre detectarea cvorumului și potențialul de deteriorare a acestor microorganisme.
Cuvinte cheie
Fructe de mare, microorganisme de deteriorare, detectarea cvorumului.
Introducere
Fructele de mare sunt unul dintre cele mai perisabile produse alimentare din cauza efectelor chimice ale oxigenului atmosferic și a creșterii microorganismelor de deteriorare [1]. Ruperea fructelor de mare poate fi cauzată de enzime, deshidratare, oxidare, contaminare și daune fizice. Mirosurile sulfuroase, amoniacale sau de pește sunt unele dintre principalele modificări organoleptice care au loc în timpul dezvoltării deteriorării [2].
Cauza principală a deteriorării fructelor de mare este creșterea microbiană și activitatea metabolică care are ca rezultat formarea de amine, sulfuri, alcooli, aldehide, cetone și acizi organici cu arome neplăcute și inacceptabile [3].
Cu toate acestea, doar o fracțiune din microbiota inițială a fructelor de mare cunoscută sub numele de organisme specifice de alterare (SSO), care este favorizată de condițiile de depozitare (de exemplu, atmosferă, temperatură), prevalează asupra restului microbiotei, atingând populații ridicate și producând metaboliți corespunzători ( indicii biochimici de deteriorare) [4].
Quorum sensing (QS), care implică producerea, eliberarea și detectarea la nivelul întregii comunități a moleculelor de semnalizare extracelulară numite autoinductori, este un proces de comunicare celulă-celulă care permite microorganismelor să modifice în mod colectiv tiparele de comportament la modificările densității celulare și ale compoziției speciilor din mediul înconjurător. comunitate.
Când se atinge o concentrație de prag a moleculei de semnalizare, grupul o detectează și răspunde la aceasta cu o modificare a populației în expresia genelor. Prin urmare, procesele controlate de QS, cum ar fi bioluminiscența, secreția factorilor de virulență, formarea biofilmului și producția de bunuri publice, necesită acțiunea colectivă a grupului pentru a fi eficientă [5].
Cei mai frecvent studiați autoinductori de semnale QS includ lactone N-acil-L-homoserină (AHL) în bacterii Gram-negative, oligopeptidă în bacterii Gram-pozitive și autoinducere-2 (AI-2) utilizate atât în Gram-negative, cât și în Grampositive bacterii [6].
Dincolo de aceste clase, recent, o serie de dipeptide ciclice (diketopiperazine, DKP) produse de mai multe bacterii Gram-negative au fost raportate că modulează sistemul senzorial presupus AHLs specific [7-9].
Prin urmare, DKP-urile au fost sugerate pentru a reprezenta o nouă clasă de semnale QS care apar în mod natural și pentru a juca potențial un rol atât în reglarea QS intra și interspecie [10,11].
Aspectele fiziologice și clinice ale QS au atras o atenție considerabilă și au fost studiate la nivel molecular. Cu toate acestea, există o lipsă de cunoștințe cu privire la rolul QS în deteriorarea alimentelor. Deoarece comunicarea celulă la celulă are loc la diverse specii bacteriene, QS joacă probabil un rol în ecologia microbiană a alimentelor [3].
Principalele microorganisme de deteriorare în diferite fructe de mare și produse din fructe de mare
Recenta înființare a conceptului SSO a contribuit în mod semnificativ la înțelegerea noastră a deteriorării fructelor de mare [12].
Creșterea diferitelor SSO depinde de mai mulți parametri: produsul alimentar, tipul de conservare, temperatura, atmosfera și conținutul de sare, printre altele. În timpul depozitării, microflora se schimbă datorită abilităților diferite ale microorganismelor de a tolera condițiile de conservare [13].
Aici, condițiile de depozitare a fructelor de mare au fost împărțite în două categorii majore, iar microorganismele de deteriorare predominante în ambele condiții au fost discutate și enumerate în tabelul 1, respectiv.
| Shewanella spp. | Lupul de mare eviscerat | [4] |
| Somon de mare înghețat | [15] | |
| Pește-spadă stocat în aer | [17] | |
| Creveți refrigerati | [19] | |
| Crăciun galben mare refrigerat | [20] | |
| Pseudomonas spp. | Lupul de mare eviscerat | [4] |
| Pește-spadă stocat în aer | [17] | |
| Aeromonas spp. | Somon de mare înghețat | [15] |
| Photobacterim phosphoreum | MAP/VP somon crud stocat | [16] |
| Manta de calamari ambalată VP | [23] | |
| Enterobacteriaceae | MAP/VP pește-spadă ambalat | [17] |
| Manta de calamar presurizată ambalată VP | [23] | |
| LAB | MAP/VP somon crud stocat | [16] |
| MAP/VP pește-spadă ambalat | [17] | |
| Manta de calamar presurizată ambalată VP | [23] |
tabelul 1. Principalele microorganisme de deteriorare din diferite fructe de mare și produse din fructe de mare.
Fructe de mare proaspete stocate în gheață sau sub MAP/VP
Fructe de mare ușor conservate
Fructele de mare ușor conservate sunt produse gătite sau gătite ușor, cu conservanți de nivel scăzut, care le pot influența pH-ul, inclusiv fructe de mare salate/murate/marinate, creveți fierți și curățați și crustacee scoase stocate în MAP/VP sau în saramură, pește afumat la rece, etc. Ca urmare, bacteriile gramnegative aerobe sunt inhibate, ceea ce permite creșterea altor organisme mai rezistente la reducerea aw [14].
Psychrobacter spp. și Pseudoalteromonas spp. au fost microbiota dominantă a creveților bruni fierți și a deteriorării sporite prin descompunerea lipidelor și hidrolizarea aminoacizilor și proteinelor [26]. Izolatele bacteriene de deteriorare majore de la creveții tropicali gata și întregi depozitați sub MAP au fost C. maltaromaticum și S. baltica [27]. LAB și Brochothrix spp. au fost bacterii dominante în ultima perioadă de depozitare a somonului afumat la rece, ambalat în VP, în timp ce Brochothrix spp. mai degrabă decât LAB au fost responsabili pentru deteriorare [28]. În mod diferit, Joffraud și colab. [2006] au identificat L. sakei și S. liquefaciens-like ca fiind cele mai răsfățătoare bacterii. În plus, Vibrio psihotrofic marin și Photobacterium spp. au fost raportate a fi microflora dominantă [29]. Diferitele profiluri ale somonului afumat la rece ale microorganismelor pot fi rezultatul unor tratamente și medii diferite.
În concluzie, microflora se modifică datorită abilităților diferite ale microorganismelor de a tolera condițiile de depozitare. Pseudomonas spp. și alte câteva organisme psihotrofe gram-negative vor domina fructele de mare depozitate aerob la temperaturi de răcire. Ambalarea cu CO2 sau ambalarea sub vid vor inhiba pseudomonadele respiratorii și vor determina o deplasare a microflorei către P. phosphoreum, LAB, Enterobacteriaceae și uneori B. thermosphacta. Creșterea conservării printr-o scădere a pH-ului, o creștere a concentrației de NaCl și prin adăugarea unor conservanți cu nivel scăzut elimină microflora Gram-negativă, LAB este restul de organisme din produsele din pește semiconservate.
Prelucrarea reglementată a fructelor de mare QS
Aspectele fiziologice și clinice ale QS au atras o atenție considerabilă și au fost studiate la nivel molecular. Cu toate acestea, există o lipsă de cunoștințe cu privire la rolul QS în deteriorarea alimentelor, în special în fructele de mare. Deoarece comunicarea dintre celule există în diverse specii bacteriene, QS joacă probabil un rol în ecologia microbiană a alimentelor [3]. În ultimii ani, a fost explorat posibilul rol al QS în alterarea alimentelor, inclusiv sinteza sideroforului, activitățile metabolice și formarea biofilmului, predominant.
Sinteza sideroforilor
Toate bacteriile aerobe și facultative anaerobe necesită fier pentru creștere și numai LAB nu depind de suplimentarea acestui mineral [30]. În mușchii peștilor, mediul este limitat de fier, în ciuda nutrienților bogați și chelatorilor cu afinitate ridicată, așa-numiții siderofori sunt produși pentru a elimina creșterea bacteriană. Deși țesutul de pește a permis producția de siderofori de către majoritatea izolatelor de Pseudomonas și S. putrefaciens din pești, S. putrefaciens a fost inhibată de Pseudomonas sp. mai ales când fierul era limitat [8]. Mai târziu, biosinteza sideroforului în Pseudomonas aeruginosa a fost raportată mai întâi ca fiind controlată de sistemul QS, mutanții lasR au arătat o scădere reproductibilă de 2 ori a producției de catoverat-hidroxamat siderofor pioverdină în timpul cultivării în condiții limitate de fier. În mod similar, mutanții lasI deficienți în biosinteza autoinductorului PAI-1 au avut, de asemenea, o scădere de 2 ori a producției de pioverdină, care ar putea fi în mare măsură restabilită după adăugarea de PAI-I exogen [31].
S-a raportat că AHL exogenă a fost necesară pentru biosinteza stimulată a sideroforului heterolog în bacteriile marine izolate și creșterea stimulată de siderofori exogeni și AHL a fost observată și în alte bacterii care nu produc siderofori [32]. Rasch și colab. au raportat că deteriorarea bacteriană a mugurilor de fasole a fost influențată de QS, mutantul AHL negativ al Enterobacteriaceae a fost afectat în activitățile siderofore și potențialul de deteriorare, demonstrând pentru prima dată că chelarea fierului în Enterobacteriaceae a fost reglementată de AHL [33]. Aceste rapoarte oferă o nouă perspectivă pentru explorarea deteriorării fructelor de mare mediată de comunicarea celulă-celulă intra și inter-specii (figura 1), deși puține studii s-au concentrat asupra reglementării QS asupra deteriorării asociate sideroforului în fructele de mare.
figura 1. O rețea speculată a modului în care QS influențează potențialul de deteriorare a microorganismelor din fructele de mare. Studiile au arătat că QS este implicat în reglarea fenotipurilor legate de deteriorare, cum ar fi sinteza sideroforului, activitățile metabolice și formarea biofilmului. Cu toate acestea, există o lipsă de cunoștințe cu privire la mecanismul moleculei cu privire la modul în care aceste fenotipuri sunt controlate de QS, deși rezultatele că genele care codifică TorA și ODC au fost reglementate transcripțional de semnale QS exogene. Dincolo de aceasta, rămân de studiat genele responsabile de unele fenotipuri, cum ar fi sinteza sideroforului și formarea biofilmului în microorganismele de deteriorare a fructelor de mare. În afară de aceasta, relația dintre sistemul QS și producerea altor metaboliți asociați mirosurilor rămase necunoscută.
Activități metabolice
După cum s-a descris mai înainte, microorganismele de deteriorare sunt responsabile de diverse deteriorări senzoriale, dar acești descriptori senzoriali nu sunt ușor asociați cu funcțiile enzimatice sau căile metabolice. Mai multe studii au raportat detectarea sau măsurarea moleculelor (amine biogene și compuși volatili) în fructele de mare alterate de microorganisme cunoscute. Cu toate acestea, este dificil să se coreleze producția de metaboliți înrudiți cu funcțiile spoilerelor, iar studiile care investighează metabolismul și fiziologia bacteriilor responsabile de alterarea fructelor de mare sunt mult mai puțin abundente, fără a mai menționa studiile asupra acestor fenomene de deteriorare cauzate spoilere care folosesc sistemul QS. Sistemul QS implicat în activitatea metabolică în microorganismele fructelor de mare a fost listat în masa 2.
| Shewanella | Crevetă | - | + | + | TVB-N | [19] |
| componente organice volatile | ||||||
| Proteaze extracelulare | ||||||
| Formarea biofilmului | ||||||
| Peşte | - | + | + | TVB-N | [38] | |
| TMA | ||||||
| Putrescine | ||||||
| Formarea biofilmului | ||||||
| Pseudomonas | Peşte | + | Nu | Nu | Producția de exoenzime | [2] |
| Formarea biofilmului | [40] | |||||
| Enterobacteriaceae | Peşte | + | Nu | Nu | Activități exoenzimice | [2] |
| [39] | ||||||
| Nr: neraportat | ||||||
masa 2. Sistem QS implicat în deteriorarea microorganismelor din fructele de mare.
Aminele biogene (BA) sunt baze organice cu greutate moleculară mică care posedă activitate biologică. BA sunt compuși azotici bazici formați în principal prin decarboxilarea aminoacizilor sau prin aminarea și transaminarea aldehidelor și cetonelor [34]. BA pot fi împărțite în trei grupe în funcție de structura chimică: alifatice (putrescină, cadaverină, spermină, spermidină); aromatic (tiramină, feniletilamină); heterociclice (histamină, triptamină). În fructele de mare, BA se formează datorită prezenței microorganismelor decarboxilaz-pozitive și a condițiilor care permit creșterea bacteriilor, sinteza decarboxilazei și activitatea decarboxilazei [34].
Tri metil aminele (TMA) se formează din utilizarea bacteriană a TMAO care se găsește la majoritatea speciilor de pești marini [35]. Pseudomonas spp. nu poate utiliza TMAO și nu produce niciun TMA pe peștele care se strică. SSO-uri precum Aeromonas spp., Photobacterium phosphoreum, Shewanella putrefaciens-like-organismes, Enterobacteriaceae și Vibrio spp. sunt toți capabili să utilizeze TMAO ca acceptor final de electroni și să producă TMA, provocând mirosuri „de pește” asociate cu deteriorarea fructelor de mare [21,36]. TMAO este redus la TMA de enzima TMAO reductază, codificată de operonul torCAD [37]. În Shewanella baltica, SSO al croacului galben mare refrigerat (Pseudosciaena crocea), TMA și putrescina au fost semnificativ crescute în prezența ciclo- (L-Pro-L-Leu), nivelurile de transcripție ale torA și ornitină decarboxilază (ODC) au fost suprareglementate în conformitate cu fenotipurile de deteriorare [20].
După cum s-a descris în secțiunea anterioară că DKP-urile au fost sugerate ca semnale QS, se pare că sistemul QS a fost implicat în deteriorarea S. baltica prin reglarea producției TMA și putrescină. În mod similar, producția de azot de bază volatil total (TVB-N) în sucul steril de mușchi de pește inoculat cu S. baltica a fost semnificativ îmbunătățită prin suplimentarea sintetică cu DKP [38]. AHLs și ciclo- (L-Pro-L-Leu) au fost raportate pentru a promova activitățile proteolitice extracelulare în SSO de creveți refrigerați (Litopenaeus vannamei) și pentru a crește nivelurile de TVB-N și componentele organice volatile din probele de creveți [ 19]. Au fost raportate activități exoenzimice modulate AHL în Serratia proteamaculans B5a izolat din somonul afumat la rece, iar sistemul de secreție codat cu lipB a fost identificat ca o genă țintă a sistemului QS.
LipB a fost necesar pentru producerea activităților lipolitice și proteolitice extracelulare, făcând astfel producerea de exoenzime relevante pentru deteriorarea alimentelor indirect sub controlul QS [39]. În plus, molecula de semnalizare C4-HSL produsă de tulpina izolată Pseudomonas psychrophila PSPF19 a jucat un rol în deteriorarea peștilor de apă dulce depozitați în condiții frigorifice prin inducerea producției de exoenzime de două ori [40]. Cu toate acestea, există o lipsă de cunoștințe cu privire la relația dintre sistemul QS și producerea altor metaboliți asociați mirosurilor, poate fi consecința unei succesiuni complexe de reacții enzimatice, potențial asociate cu reacții neenzimatice, rezultă și din reacții catalizate de enzime care nu sunt bine definite (figura 1).
Formarea biofilmului
Concluzii
Multe studii au arătat că sistemele de semnalizare dependente de densitatea celulelor la bacterii controlează o serie de trăsături fenotipice. Cu toate acestea, există puține studii asupra sistemului QS în ceea ce privește deteriorarea fructelor de mare, deși există multe rapoarte despre microorganismele majore de deteriorare din fructele de mare și proprietățile funcționale ale acestor spoilere. Aici, enumerăm microorganismele de deteriorare care utilizează sistemul QS și fenotipurile de deteriorare corespunzătoare reglementate de sistemul QS în fructele de mare din masa 2. În plus, conform rapoartelor anterioare legate de rolul sistemului QS asupra comportamentului grupului, inclusiv creșterea celulară și activitățile metabolice și formarea biofilmului, speculăm o rețea de molecule despre modul în care QS influențează potențialul de deteriorare a microorganismelor din fructele de mare în figura 1. Mecanismele de deteriorare implicate de QS la nivelul moleculei rămân încă de studiat. Este important să conștientizăm și să înțelegem mecanismele implicate în detectarea cvorumului bacterian, deoarece conservanții care vizează detectarea cvorumului vor oferi un nou mijloc de a controla proliferarea microorganismelor nedorite din fructele de mare.
Confirmare
Acest studiu a fost susținut financiar de Fundația Provincială pentru Științe Naturale din Zhejiang din China (LZ15C200001) și Fundația Națională pentru Științe Naturale din China (31571913 și 31772050). Mulțumim Dr. Yang Zhu pentru recomandarea și instrucțiunile manuscrisului.