Microsoft word tap chi so 10 1 2022

Microsoft Word tap chi so 10 1 2022 Vietnam J Agri Sci 2022, Vol 20, No 9 1427 1440 Tạp chí Khoa học Nông nghiệp Việt Nam 2022, 20(8) 1427 1440 www vnua edu vn 1427 Ninh Thị Thảo, Nông Thị Huệ, Đinh T[.]

Ninh Thị Thảo, Nông Thị Huệ, Đinh Trường Sơn, Nguyễn Xuân Cảnh* Khoa Công nghệ sinh học, Học viện Nông nghiệp Việt Nam

*Tác giả liên hệ: nxcanh@vnua.edu.vn

TÓM TẮT

Bacteriocin là các peptide hoặc protein được tổng hợp từ riboxom của vi khuẩn, có khả năng ức chế các vi khuẩn liên quan chặt chẽ hoặc không liên quan với chủng vi khuẩn sản xuất Với đặc tính có nguồn gốc tự nhiên, đa dạng lớn về cấu trúc, chức năng và bền nhiệt, bacteriocin trở thành một trong những vũ khí giúp chống lại vi sinh vật Rất nhiều nghiên cứu sử dụng bacteriocin như một chất bảo quản an toàn, có nguồn gốc sinh học trong ngành công nghệ thực phẩm hay như một tác nhân phòng trừ sinh học trong nông nghiệp Bacteriocin cũng được chứng minh là một hướng đi triển vọng trong liệu pháp trị bệnh nhiễm trùng và ung thư ở người, là ứng cử viên tiềm năng thay thế các chất kháng sinh để phòng trừ nhóm vi khuẩn đa kháng thuốc Tuy nhiên, cho đến nay các nghiên cứu ứng dụng các bacteriocin chủ yếu trong điều kiện phòng thí nghiệm và tập trung vào nhóm bacteriocin do vi khuẩn Gram dương sản xuất Trong bài viết này, chúng tôi tổng quát sự phân loại và hoạt tính kháng khuẩn của bacteriocin, đồng thời thảo luận các thành tựu và tiềm năng ứng dụng của bacteriocin trong bảo quản thực phẩm, trong lĩnh vực nông nghiệp và y tế Kết quả của nghiên cứu này đã cung cấp các thông tin tổng quát về bacteriocin, từ đó định hướng nghiên cứu ứng dụng bacteriocin ở Việt Nam

Từ khoá: Bacteriocin, bảo quản thực phẩm, nông nghiệp, probiotic, y tế

Review: Bacteriocins - Classification, Antibacterial Activities and Applications

ABSTRACT

Bacteriocins produced by bacteria are ribosomally synthesized peptides or proteins with antimicrobial activity that either kill or inhibit the growth of closely-related or non-related bacterial strains Bacteriocins appear to be a weapon against microorganisms due to their specific properties of natural origin, high structural and functional diversity and heat stability Recent studies have identified bacteriocins for application in food technology as natural bio-preservatives or in agriculture as biological control agents Bacteriocins also present a potential approach for the treatment of pathogenic microbial infections and cancer diseases in humans and a promising alternative for replacing conventional antibiotics to treat multidrug-resistant bacteria However, the majority of application-oriented studies were mainly conducted in laboratory conditions and focused on bacteriocins from Gram-positive bacteria In this review, we summarized the classification and antibacterial activities of bacteriocins as well as discussed current achievements and potential applications of bacteriocins in the food preservation and in agricultural and pharmaceutical fields Our paper provides an overview of bacteriocins, thus, orients the application of bacteriocins in Vietnam

Keywords: Agriculture, bacteriocins, food preservation, pharmaceutics, probiotic

Tổng quan: Bacteriocin - phân loại, hoạt tính kháng khuẩn và ứng dụng



Tổng quan: Bacteriocin - phân loại, hoạt tính kháng khuẩn và ứng dụng

Bacteriocin sinh tổng hợp bởi vi khuẩn Gram dương

Nhóm I - Lantibiotic

Khối lượng < 5kDa, biến đổi

sau dịch mã, chứa các axit

amin hiếm như lanthionine,

3-methyllanthionine

Nhóm II - Non-Lantibiotic Khối lượng < 10kDa, ít biến đổi sau dịch mã, không chứa lanthionine

Nhóm III Khối lượng > 30kDa, kém bền nhiệt

Nhóm IV Chứa nhóm chức lipid hoặc carbonhydrate

Ia Mang điện tích dương

Ib Mang điện tích âm,

cấu trúc hình cầu

IIa Tác động lên vi khuẩn Listeria, cấu trúc dạng thẳng, có cầu nối disulfide

IIb Gồm 2 phân tử peptide  và 

IIc Chứa một hoặc hai axit amin cysteine

IId Các non-lantibiotic khác

Ninh Thị Thảo, Nông Thị Huệ, Đinh Trường Sơn, Nguyễn Xuân Cảnh

Bacteriocin Vi khuẩn sản xuất Vi khuẩn mục tiêu

Hoạt tính kháng khuẩn Nồng độ ức chế

tối thiểu(mg/l)

Vòng ức chế (mm) Nisin A Lactococcus lactis Staphylococcus aureus kháng

methicillin (MRSA)

0,5-4,1

Staphylococcus aureus nhạy cảm trung gian với Vancomycin (VISA)

2-8,3

Enterococcus kháng vancomycin (VRE)

2-8,3

Gallidermin Staphylococcus gallinarum Staphylococcus aureus 4-8

Streptococcus epidermidis 4-8

Staphylococcus epidermidis kháng Methicillin (MRSE)

10-20

Streptococcus pyogenes 0,5-8 Streptococcus agalactiae 1-8 Streptococcus pneumoniae 1-4

Subtilosin A Bacillus subtilis Enterococcus faecalis 3,125

Listeria monocytogenes 12,5

Streptococcus pneumoniae ≤0,13

Neisseria meningitidis 0,5 Neisseria gonorrhoeae 0,25

Pediocin PA-1 Pediococcus acidilactici Listeria monocytogenes 0,0013-0,0062

Curvacin A Lactobacillus curvatus Listeria monocytogenes 0,28-0,69

Sakacin P Lactobacillus sake Listeria monocytogenes 0,0034-0,0083

Enterocin A Enterococcus faecium Listeria monocytogenes 0,0002-0,0011

Enterocin E 50-52 Enterococcus faecium Staphylococcus aureus 0,2-0,8

Yersinia enterocolitica 0,156-1,25 Campylobacter jejuni 0,025-6,4

Bacteriocin Vi khuẩn sản xuất Vi khuẩn mục tiêu

Hoạt tính kháng khuẩn Nồng độ ức chế

tối thiểu(mg/l)

Vòng ức chế (mm) Enterpco E-760 Enterococcus sp Salmonella enterica 0,2-0,4

Campylobacter spp 0,05-1,6 Staphylococcus spp 1,6 Listeria monocytogenes 0,1 Lactocyclicin Q Lactococcus sp Enterococcus faecium 0,71

Enterococcus faecalis 0,26 Enterococcus durans 0,71

Listeria monocytogenes 1,03

Lariatin A Rhodococcus iostii Mycobacterium smegmatis 3,13

Lariatin B Rhodococcus iostii Mycobacterium smegmatis 6,25

Mycobacterium tuberculosis 0,39

Mycobacterium tuberculosis 7,5 Mycobacterium kansasii 60

Lactocin MXJ 32A Lactobacillus coryniformis Staphylococcus aureus
 10

BMP11 Lactobacillus crustorum Staphylococcus aureus
 0,3-0,6

Listeria monocytogenes 0,6

L-1077 Lactobacillus salivarius Salmonella spp 0,19-0,38

Yersinia enterocolitica 0,76 Klebsiella pneumoniae 0,76 Staphylococcus aureus 0,76 Pseudomonas aeruginosa 0,38 Listeria monocytogenes 0,19 Campylobacter jejuni 0,09 Microbisporicin NAI-107 Microbispora sp MRSA 0,06-0,125

Streptococcus pneumoniae 0,015

VRE (Enterococcus faecalis) 2,7

Tổng quan: Bacteriocin - phân loại, hoạt tính kháng khuẩn và ứng dụng

Bacteriocin Vi khuẩn sản xuất Vi khuẩn mục tiêu

Hoạt tính kháng khuẩn Nồng độ ức chế

tối thiểu(mg/l)

Vòng ức chế (mm)

Streptococcus spp 0,004-0,03

(VRE) Enterococcus faecium 0,03

Bacteriocin Vi khuẩn sản xuất Vi khuẩn mục tiêu

Hoạt tính kháng khuẩn Nồng độ ức chế

tối thiểu (mg/l)

Vòng ức chế (mm)

Salmonella enterica 3,2-4,25 Microcin E492 Klebsiella pneumoniae Escherichia coli 2,37

Salmonella enteritidis 9,86

™

Tổng quan: Bacteriocin - phân loại, hoạt tính kháng khuẩn và ứng dụng





Tổng quan: Bacteriocin - phân loại, hoạt tính kháng khuẩn và ứng dụng

Abbasiliasi S., Tan J.S., Ibrahim T.A.T., Bashokouh F.,

Ramakrishnan N.R., Mustafaab S & Ariff A.B

(2017) Fermentation factors influencing the

production of bacteriocins by lactic acid bacteria: a

review RSC Advances 7: 29395-29420

Alvarez-Sieiro P., Montalbán-López M., Mu D &

Kuipers O.P (2012) Bacteriocins of lactic acid

bacteria: extending the family Applied

Microbiology and Biotechnology 31: 881-888

Arlindo S., Calo P., Franco C., Prado M., Cepeda A &

Barros-Velázquez J (2006) Single nucleotide

polymorphism analysis of the enterocin P structural

gene of Enterococcus faecium strains isolated from

nonfermented animal foods Molecular Nutrition &

Food Research 50: 1229-1238

Benítez-Chao D.F., León-Buitimea A., Lerma-Escalera

J.A & Morones-Ramírez J.R (2021)

Bacteriocins: An Overview of Antimicrobial,

Toxicity, and Biosafety Assessment by in vivo

Models Frontiers in Microbiology 12: 630695

Bierbaum G & Sahl H.G (2009) Lantibiotics: Mode

of Action, Biosynthesis and Bioengineering

Current Pharmaceutical Biotechnology 10: 218

Cesa-Luna C., Alatorre-Cruz J.M., Carreño-López R.,

Quintero-Hernández V & Baez A (2021)

Emerging Applications of Bacteriocins as Antimicrobials, Anticancer Drugs, and Modulators

of The Gastrointestinal Microbiota Polish Journal

of Microbiology 70(2): 143-159

Chandrakasan G., Rodríguez-Hernández A.I., del Rocío López-Cuellar, Palma-Rodríguez H.M & Chavarría-Hernández N (2019) Bacteriocin encapsulation for food and pharmaceutical applications: advances in the past 20 years Biotechnology Letters 41: 453-469

Chumchalová J & Smarda J (2003) Human tumor cells are selectively inhibited by colicins Folia Microbiologica 48(1): 111-115

de Kwaadsteniet M., ten Doeschate K & Dicks L M.T (2008) Characterization of the structural gene encoding nisin F, a new lantibiotic produced by a Lactococcus lactis subsp lactis isolate from freshwater catfish (Clarias gariepinus) Applied and Environmental Microbiology 74: 547-549

da Silva Sabo S., Vitolo M., González J.M.D & de Souza Oliveira R.P (2014) Overview of Lactobacillus plantarum as a promising bacteriocin producer among lactic acid bacteria Food Research International 64: 527-536

Desriac F., Defer D., Bourgougnon N., Brillet B., Le Chevalier P & Fleury Y (2010) Bacteriocin as Weapons in the Marine Animal-Associated Bacteria Warfare: Inventory and Potential Applications as an Aquaculture Probiotic Marine Drugs 8(4): 1153-1177

Devi S.M & Halami P.M (2011) Detection and Characterization of Pediocin PA-1/AcH like Bacteriocin Producing Lactic Acid Bacteria Current Microbiology 63: 181-185

Diez-Gonzalez F (2007) Applications of bacteriocins

in livestock Current Issues in Intestinal Microbiology 8: 15

Duquesne S., Destoumieux-Garzón D., Peduzzi J & Rebuffat S (2007) Microcins, gene-encoded antibacterial peptides from enterobacteria Natural Product Reports 24: 708-734

Gálvez A., Abriouel H & Omar N.B (2011) Food applications and regulation In: Prokaryotic

Berlin/Heidelberg, Germany 353-390

Gálvez A., Abriouel H., López R.L & Omar N.B (2007) Bacteriocin-based strategies for food biopreservation International Journal of Food Microbiology 120(1-2): 51-70

Gharsallaoui A., Oulahal N., Joly C & Degraeve P (2016) Nisin as a food preservative: part 1: physicochemical properties, antimicrobial activity, and main uses Critical Reviews in Food Science and Nutrition 56: 1262-1274

Gillor O., Kirkup B.C & Riley M.A (2004) Colicins and microcins: the next generation antimicrobials Advances in Applied Microbiology 54: 129-146

Gray E.J., Lee K.D., Souleimanov A.M., Di Falco

M.R., Zhou X., Ly A., Charles T.C., Driscoll B.T

& Smith D.L (2006) A novel bacteriocin, thuricin

17, produced by plant growth promoting

rhizobacteria strain Bacillus thuringiensis NEB17:

isolation and classification Microbiological

Research 100(3): 545-554

Gratia A (1925) Sur un remarquable exemple

d’antagonisme entre deux souches de colibacille

Comptes Rendus Biologies 93: 1040-1041

Grilli E., Messina M., Catelli E., Morlacchini M &

Piva A (2009) Pediocin A improves growth

performance of broilers challenged with

Clostridium perfringens Poultry Science

88: 2152-2158

Hassan H., Gomaa A., Subirade M., Kheadr E.,

St-Gelais D & Fliss I (2020) Novel design for

alginate/resistant starch microcapsules controlling

nisin release International Journal of Biological

Macromolecules 153: 1186-1192

Héchard Y & Sahl H.G (2002) Mode of action of

modified and unmodified bacteriocins from

Gram-positive bacteria Biochimie 84: 545-557

Hernández-González J.C., Martínez-Tapia A.,

Lazcano-Hernández G., García-Pérez B.E &

Castrejón-Jiménez N.S (2021) Bacteriocins from

lactic acid bacteria A powerful alternative as

antimicrobials, probiotics, and immunomodulators

in veterinary medicine Animals 11(4): 979

Hurst A (1981) Nisin Advances in Applied

Microbiology 27: 85-123

Irianto A & Austin B (2002) Probiotics in

aquaculture Journal of Fish Diseases 25: 633-624

Jack R.W., Tagg J.R & Ray B (1995) Bacteriocins of

gram-positive bacteria Microbiology and

Molecular Biology Reviews 59: 171-200

Joerger M.C & Klaenhammer T.R (1986)

Characterization and purification of helveticin J

and evidence for a chromosomally determined

bacteriocin produced by Lactobacillus helveticus

481 Journal of Bacteriology 167: 439-446

Jordi B.J., Boutaga K., van Heeswijk C.M., van Knapen

F & Lipman L.J (2001) Sensitivity of Shiga

toxin-producing Escherichia coli (STEC) strains for

colicins under different experimental conditions

FEMS Microbiology Letters 204: 239-334

Jung D.S., Bodyfelt F.W & Daechel M.A (1992)

Influence of fat and emulsifiers on the efficacy of

nisin in inhibiting Listeria monocytogenes in fluid

milk Journal of Dairy Science 75: 387-393

Kamarajan P., Hayami T., Matte B., Liu Y., Danciu T.,

Ramamoorthy A., Worden F., Kapila S & Kapila

Kaur B., Balgir P.P., Mittu B., Kumar, B., Garg N (2013) Biomedical applications of fermenticin HV6b isolated from Lactobacillus fermentum

International

Kerr A & Bullard G (2020) Biocontrol of Crown Gall

by Rhizobium rhizogenes: Challenges in Biopesticide Commercialisation Agronomy 10: 1126

Khorshidian N., Khanniri E., Mohammadi M., Mortazavian A M & Yousefi M (2021) Antibacterial Activity of Pediocin and

monocytogenes in Meat Products Frontiers in microbiology 12: 709959

Kim J.G., Park B.K., Kim S.U., Choi D., Nahm B.H., Moon J.S., Reader J.S., Farrand S.K & Hwang I (2006) Bases of biocontrol: sequence predicts synthesis and mode of action of agrocin 84, the Trojan Horse antibiotic that controls crown gall Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 103(23): 8846-8851

Kim Y.K., Park I.S., Kim D.J., Nam B.H., Kim D.G., Jee Y.J & An C.M (2014) Identification and characterization of a bacteriocin produced by an isolated Bacillus sp SW1-1 that exhibits antibacterial activity against fish pathogens Journal of the Korean Society for Applied Biological Chemistry 57: 605-612

Kitching M., Mathur H., Flynn J., Byrne N., Dillon P., Sayers R., Rea M C., Hill C & Ross R.P (2019)

A live bio-therapeutic for mastitis, containing Lactococcus lactis DPC3147 with comparable efficacy to antibiotic treatment Frontiers in Microbiology 10: 2220

Kumar B., Balgir P.P., Kaur B., Mittu B & Chauhan

A (2012) In vitro cytotoxicity of native and rec-pediocin CP2 against cancer cell lines: a comparative study Pharmaceutica Analytica Acta 3(8): 1-4

López-Cuellar M.D.R., Rodríguez-Hernández A.I & Chavarría-Hernández N (2016) LAB bacteriocin applications in the last decade Biotechnology and Biotechnological Equipment 30(6): 1039-1050 Martín-Escolano R., Cebrián R., Maqueda M., Romero D., Rosales M.J., Sánchez-Moreno M & Marín C (2020) Assessing the effectiveness of AS-48 in experimental mice models of Chagas’ disease Journal of Antimicrobial Chemotherapy 75: 1537-1545

McCall J.O & Sizemore R.K (1979) Description of a bacteriocinogenic plasmid in Beneckea harveyi Applied and Environmental Microbiology