عنوان :

تحقیق مطالعه تشکیل بیوفیلم توسط باکتری اشریشیا کلی سروتیپ

O111 بر روی سطح استیل زنگ نزن

تعداد صفحات : ۲۹

نوع فایل : ورد و قابل ویرایش

چکیده:

بیو فیلم (زیست لایه) مجموعه ای از سلول های زنده باکتریایی می باشد  که  به سطوح متصل می شوند. اتصال میکروارگانیسم به مواد غذایی و سطوح تماسی با غذا  مشکلات بهداشتی و زیان های اقتصادی ناشی از فساد مواد غذایی را  بدنبال دارد. شاهدی دال بر این که میکرو ارگانیسم ها همواره به سطوح آماده می چسبند وجود ندارد. در این زمینه ، تماس باکتری  جهت اتصال به سطح از نظر میکروتوپوگرافی به اندازه یکسان حائز اهمیت است ، بویزه در مواردی که سطح دارای ناصافی های عمیق باشد و باکتری در آنها استقرار یابد. با استفاده از اسکن میکروسکوپ الکترونی مشخص گردید که پاتوژن های با منشا مواد غذایی  و میکروارگانیسم ها ی مولد فساد بر روی بیوفیلم های سطوح استیل زنگ نزنی زنگ نزن ، آلومینیوم ، شیشه ، لاستیک ،تفلون و نایلون که در صنایع غذایی کاربرد دارند، تجمع می یابند .

سطو ح نایلونی ،تفلونی و استیل زنگ نزن صاف بوده و به نظر می رسد که میکروارگانیسم ها به این سطوح نچسبند ولی با وجود این باکتری ها در سطوح فوق تجمع می یابند  ، در حالیکه  سطوح آلومینیومی سطح ناصافی دارند و نمایی اسفنجی شکل دارند ، در چنین ساختمان هایی باکتری های موجود در بیوفیلم از فشار مایع فرار می کنند و حتی روش های مکانیکی شستشو هم گاهی اوقات چاره ساز نمی باشد.

اتصال میکرو ارگانیسم ها به سطوح را می توان با اندازه گیری میزان آبدوستی سطوح باکتریایی با روش های مختلف  تعیین نمود . روش های متداول برای اندازه گیری میزان آبدوستی سطوح باکتریایی  شامل اتصال باکتری ها به هیدروکربن ها (BATH)، کروماتوگرافی  واکنش هیدروفوبیک (HIC) و تست تجمع نمک ( با سولفات آمونیوم) می باشد. در صورتی که میکرو ارگانیسم ها بشدت هیدروفوبیک یا هیدرو فیلیک باشند هر سه روش تقریبا نتایج مشابهی را نشان می دهند.

در این مطالعه تشکیل بیوفیلم توسط باکتری اشریشیا کلی سروتیپ O₁₁₁ بر روی سطوح استیل زنگ نزن   مورد مطالعه قرار گرفت.برای مطالعه از ۱۲ سطح استفاده گردید.باکتری اشریشیا کلی به ظرف حاوی محیط TSB و سطح مربوطه منتقل می گردید.میانگین تعداد  باکتری اشریشیا کلی سروتیپ O₁₁₁ در بیوفیلم حاصله  بر روی سطح استیل زنگ نزن ۲۳/۰ ± ۱۴/۴ CFU/cm²  Logبود. بر اساس نتایج این تحقیق باکتری اشریشیا کلی سروتیپ O₁₁₁ توانایی تشکیل بیوفیلم بر روی سطوح استیل زنگ نزن را دارد.به نظر می رسد که این مطالعه برای اولین بار انجام می گیرد و گروه تحقیق تا کنون  مطالعه مشابهی را در منابع بررسی شده مشاهده نکرده است.

 واژه های کلیدی: بیوفیلم ،باکتری اشریشیا کلی ، استیل زنگ نزن، مکانیسم، صنایع غذایی، اثرات متقابل میکروبی  

فهرست مطالب

چکیده    ۱
مقدمه    ۲
فصل اول
۱-۱) بیوفیلم و اتصال باکتری    ۴
۱-۱-۱) چسبیدن سلول ها    ۶
۱-۱-۲) تشکیل میکرو کلنی    ۸
۱-۱-۳) تشکیل بیوفیلم    ۹
۱-۱-۳-۱) اثرات متقابل میکروبی و محیط    ۹
۱-۱-۳-۲) مکانیسم و ژنتیک تشکیل بیوفیلم    ۱۰
۱-۱-۳-۳) دینامیک تشکیل بیوفیلم    ۱۰
۱-۱-۴) انفصال بیوفیلم ها    ۱۱
۱-۲) مواد پلیمریک خارج سلولی    ۱۱
۱-۳) اگزوپلی ساکارید تولیدی توسط میکرو ارگانیسم ها    ۱۲
۱-۴) بیوفیلم در صنایع غذایی    ۱۲
۱-۵) مشکلات حاصله از تشکیل بیوفیلم در صنایع غذایی    ۱۴
فصل دوم
روش کار
۲-۱) باکتری مورد مطالعه    ۱۷
۲-۲) تشکیل بیوفیلم    ۱۷
۲-۳) شمارش باکتری    ۱۷
فصل سوم
۳-۱) نتایج و بحث    ۱۹
۳-۲) پیشنهادات    ۲۱
۳-۳) فهرست منابع    ۲۲
۳-۴) چکیده انگلیسی    ۲۴

فهرست منابع:

موثق غازانی،محمد حسین. کریم، گیتی. احمدزاده، علیرضا. (۱۳۸۶). مطالعه تشکیل بیوفیلم توسط باکتری اشریشیا کلی سروتیپ O₁₁₁ بر روی سطوح استیل زنگ نزن و لاستیک تماسی با شیر، مجله علوم دامپزشکی ایران، شماره ۳، صفحات ۲۲۱ تا ۲۲۶٫

 ۲) Bakke, R., Trulear, M.G., Robinson, J.A., Characklis,W.G., 1984. Activity of Pseudomonas aeruginosa in biofilms: steady state. Biotechnol. Bioeng. 26, 1418–۱۴۲۴

۳)Bower, C.K., McGuire, J., Daeschel, M.A., 1996.The adhesion and detachment of bacteria and spores on food-contact surfaces.Trends in Food Science ,7:152-157

۴)Costerton, J.W., Geesey, G.G., Cheng, K.J., 1978. How bacteria stick. Sci. Am. 238, 86–۹۵٫

۵) Costerton, J.W., Lappin-Scott, H.M., 1989. Behavior of bacteria in biofilms. Am. Soc. Microbiol. News 55, 650–۶۵۴٫

۶) Costerton, J.W., Cheng, K.J., Geesey, G.G., Ladd, T.I., Nickel, J.C., Dasgupta, M., Marrie, T.J., 1987. Bacterial biofilms in nature and disease. Annu. Rev. Microbiol. 41, 435–۴۶۴٫

۷) Criado, M.T., Suarez, B., Ferreiros, C.M., 1994. The importance of bacterial adhesion in the dairy industry. Food Technol. 48,123–۱۲۶٫

۸)Herald, P.J., Zottola, E.A., 1988b. Attachment of Listeria monocytogenes to stainless steel surfaces at various temperatures andpH values. J. Food Prot. 53, 1549–۱۵۵۲, ۱۵۶۲٫

۹)Joseph ,B.,Otta,S.K,2001.Biofilm formation by Salmonella spp. on food contact surfaces and their sensitivity to sanitizers , International Journal of Food Microbiology 64,376-372

۱۰)Mafu, A.A., Roy, D., Goulet, J., Hagny, P., 1990. Attachment of Listeria monocytogenes to stainless steel, glass, polypropylene and rubber surfaces after short contact times. J. Food Prot. 53, 742–۷۴۶٫

۱۱)Melo, L.F., Bott, T.R., Fletcher, M., Capdeville, B., 1992. Biofilms: Science and Technology. In: NATO ASI Series E, Kluwer Academic Press, Dordrecht, The Netherlands.

۱۲) Movassagh Ghazani,M.H., J.Dolgharisharaf, M.Khajeh, k.Najafian.,2008. Biofilm Formation of Escherichia coli O₁₁₁ on Plastic Surfaces, Journal of Animal and Veterinary Advances 7 (10): 1282-1284

۱۳)Rodney,M.D., 2002.Biofilms:Microbial life on surfaces,CDC,8:881-889

۱۴)Sasahara, K., Zottola, E.A., 1993. Biofilm formation by Listeria monocytogenes utilizes a primary colonizing microorganism in flowing systems. J. Food Prot. 56, 1022–۱۰۲۸٫

۱۵)Zoltai, P.T., Zottola, E.A., McKay, L.L., 1981. Scanning electron microscopy of microbial attachment to milk contact surfaces. J. Food Prot. 44, 204–۲۰۸٫

مقدمه:

بیو فیلم (زیست لایه) مجموعه ای از سلول های زنده باکتریایی می باشد  که  به سطوح متصل می شوند. اتصال میکروارگانیسم به مواد غذایی و سطوح تماسی با غذا  مشکلات بهداشتی و زیان های اقتصادی ناشی از فساد مواد غذایی را  بدنبال دارد.امروزه بیوفیلم ها مورد توجه دانشمندان در رشته های مختلف نظیر پزشکی ، محیط زیست، فرآوری مواد غذایی و… قرار گرفته اند. بیوفیلم ها در کارخانجات فرآوری مواد غذایی یکی از علل فساد مواد غذایی می باشند. این مطالعه جهت بررسی توانایی باکتری اشریشیا کلی سروتیپ O₁₁₁  در تشکیل بیوفیلم بر روی سطوح استیل زنگ نزن انجام گرفت.

فصل اول بیوفیلم ها و ویژگی های آنها

۱-۱) بیوفیلم و اتصال باکتری

در طبیعت و سیستم های  غذایی ، میکروارگانیسم ها با کمک مواد غذایی به سطوح سخت می چسبند و به این ترتیب به راحتی رشد می نمایند.این میکروارگانیسم ها در مراحل اول بر روی سطوح رسوب می نمایند و در مراحل بعدی به این سطوح متصل گشته ، رشد نموده و تکثیر یافته و ایجاد پرگنه می نمایند.این پرگنه ها در مراحل بعدی بزرگتر شده و سایر مواد آلی و غیر آلی ، مواد مغذی و سایر میکروارگانیسم ها را به تله می اندازند و به این ترتیب بیوفیلم میکروبی ایجاد می شود. اصطلاح بیوفیلم مربوط به ماتریکس فعال بیو لوژیکی سلول ها و مواد خارج سلولی است که در یک سطح سخت مشاهده می شود (۲).با وجود این بر اساس مطالعات کوسترتون و همکارانش(۵) بیو فیلم مجموعه ای از  میکروارگانیسم ها  است که به یک سطح متصل شده و در بین مواد پلی مریک خارج سلولی ([۱]EPS) تولید شده توسط میکروارگانیسم ها قرار  می گیرد.دراغلب موارد جاهائیکه بیوفیلم ها مشکل ساز هستند، واژه”  “Microbial Foulingیا Biofouling”” معمولا بکارمی رود .واژه   Biofouling””  به تشکیل ناخواسته یک لایه از میکروارگانیسم  در سطوح تماسی با مواد مایع اطلاق می شود. در صنایع شیر ، این مسئله مشکلاتی نظیر جلوگیری کردن از انتقال گرما در سطوح ،افزایش مقاومت اصطکاکی در سطح وافزایش میزان خوردگی در سطوح که منجر به اتلاف انرژی ومحصول می شود ،را ایجاد می نماید.بعنوان مثال ، درمواردی نظیر مبادله کننده های حرارت ، بیو فیلم ها منجر به افزایش مقاومت در جریان مایع و انتقال حرارت می شوند (۷). همچنین ،بیو فیلم ها ، شامل میکروفلور مولد  فساد و پاتوژن هستند که بر روی سطوحی نظیر سطح لاشه طیور تشکیل شده وگاهی در محیط های فرآوری مشاهده می شوند و یکی از عوامل ایجاد آلودگی تقاطعی و آلودگی متعاقب فرآوری بشمار  می روند(۱۳).

مسئله اتصال باکتری ها موضوع جدیدی نیست ودر مطالعات گذشته مسئله اتصال باکتریهای خاک به سطح لام با روش قرار دادن لام داخل خاک مورد مطالعه قرار گرفته  است . این تکنیک های لام اولین بار توسط محققی بنام زوبل ارائه شد که بعنوان اولین گزارش در مورد بیوفیلم ها مطرح است (۱۲). با وجود این در دهه ی ۱۹۷۰،  مسئله تشکیل بیوفیلم در تمام محیط های طبیعی مشخص گردید  (۴).

 توسعه وگسترش بیوفیلم ها بر روی هر نوع سطحی که میکروارگانیسم ها وجود دارند امکان پذیر است .

بیوفیلم ها در تمام محیط های آبی مشاهده می شوند .نقش اتصال باکتریایی در شرایط مختلف همواره مورد مطالعه قرار گرفته است(۵ ، ۶ ).تشکیل بیوفیلم یک فرایند دینامیک است و شامل مراحل متعددی می باشد.

امکان تشکیل بیوفیلم در هر سطحی که در محیط حاوی باکتری ها قرار گیرد،وجود دارد . در مکان های فرآوری مواد غذایی ، باکتری ها همراه با سایر مولکول های آلی و غیر آلی نظیر پروتئین های گوشت و شیر جذب سطوح شده و شرایط ایجاد بیوفیلم را فراهم می کنند. این مولکول های آلی، غیر آلی و میکروارگانیسم ها از طریق انتشار و یا جریان متلاطم مایع بر روی سطوح منتقل می شوند. در این بین سرعت انتقال و میزان جذب این اجزا بر روی سطوح از اهمیت یکسانی برخوردار است(۱۲).احتباس مولکول ها در تقابل سطح سخت و مایع بر روی سطوح تماسی با غذا ( معمولا پیش لایه نامید می شود) منجر به غلظت بالای مواد مغذی در مقایسه با فاز مایع می شودو. در سیستم های فرآوری مواد غذایی ،سطح افزایش یافته مواد غذایی باقیمانده بر روی سطوح تماسی نظیر یک پیش لایه عمل می نماید (۱۲) .انتقال ماده مغذی در فاز مایع بسیار سریع تر از سلول های باکتریایی در بیو فیلم ها می باشد. این افزایش در میزان مواد غذایی ،امکان ایجاد بیوفیلم را افزایش می دهد و از طرف دیگر به محیط رقابتی بستگی دارد که در تشکیل بیوفیلم شرکت می نماید (۱۲).تشکیل پیش لایه برخی خصوصیات فیزیکو شیمیایی سطوح نظیر انرژی آزاد سطح ،تغییرات دروضعیت آبدوستی و شارژ الکترواستاتیک را تغییر می دهد (۱۲) و این شرایط ممکن است رفتار میکروبی در این سطوح را تحت تاثیر قرار دهد (شکل۱-۱).

شاهدی دال بر این که میکرو ارگانیسم ها همواره به سطوح آماده می چسبند وجود ندارد. در این زمینه ، تماس باکتری  جهت اتصال به سطح از نظر میکروتوپوگرافی به اندازه یکسان حائز اهمیت است ، بویزه در مواردی که سطح دارای ناصافی های عمیق باشد و باکتری در آنها استقرار یابد. با استفاده از اسکن میکروسکوپ الکترونی مشخص گردید که پاتوژن های با منشا مواد غذایی  و میکروارگانیسم ها ی مولد فساد بر روی بیوفیلم های سطوح استیل زنگ نزنی زنگ نزن ، آلومینیوم ، شیشه ، لاستیک ،تفلون و نایلون که در صنایع غذایی کاربرد دارند، تجمع می یابند (۸ ).

سطو ح نایلونی ،تفلونی و استیل زنگ نزن صاف بوده و به نظر می رسد که میکروارگانیسم ها به این سطوح نچسبند ولی با وجود این باکتری ها در سطوح فوق تجمع می یابند (۱۲) ، در حالیکه  سطوح آلومینیومی سطح ناصافی دارند و نمایی اسفنجی شکل دارند ، در چنین ساختمان هایی باکتری های موجود در بیوفیلم از فشار مایع فرار می کنند و حتی روش های مکانیکی شستشو هم گاهی اوقات چاره ساز نمی باشد.

همچنین مشخص گردیده که اتصال برخی پروتئین ها به سطوح نقش مهمی در اتصال میکروبی دارد.

محققی بنام فلچر (۱۲ ) نشان داده که پروتئین هایی نظیر آلبومین ، ژلاتین ، فیبرینوژن و پپسین مانع اتصال سودوموناس های دریایی به پلی استرن می شوند. محققی بنام میدوز(۱۲) نشان داده که آلبومین نقش مهاری دارد در حالیکه کازئین و ژلاتین  میزان اتصال را افزایش می دهد. در مطالعه ای دیگر نشان داده شده که آلبومین نقش کمی در اتصال باکتری لیستریا مونو سایتو ژنز به سطوح سیلیکا ایفا می کند (۱۲).

شیر و ترکیبات آن نظیر کازئین وبتا لاکتو گلوبولین نشان داده شده که باعث مهار اتصال   لیستریا مونو سایتو ژنز و سالمونلا تایفی موریوم می شوند (۱۲).با وجود این در حضور پروتئین های سرم ، میزان اتصال باکتری به سطوحی نظیر استیل زنگ نزن ، لاستیک و شیشه افزایش می یابد که توسط دو محقق بنام های اسپیرز[۲] و گیلمور[۳] (۱۲) نشان داده شده است.