3/2016

 

УДК 579.61/ 571.27

 

ТАННАЗНАЯ АКТИВНОСТЬ КАК КРИТЕРИЙ ОТБОРА ПРОБИОТИЧЕСКИХ МИКРООРГАНИЗМОВ

 

Старовойтова С.А.
Национальный университет пищевых технологий
ул. Владимирская, 68, Киев, 01601, Украина
This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

 

АБСТРАКТ

В статье рассмотрены виды таннинов и их источники. Дана характеристика строению и свойствам таннинов, в особенности бактериального происхождения. Рассмотрены позитивные и негативные свойства таннинов различного, в основном растительного происхождения. Проанализированы пути биодеградации основных видов таннинов и ферменты, участвующие в процессах их разложения. Показано возможное использование и значение таннинов в различных отраслях промышленности, особенно в пищевой и фармацевтической. Обобщены данные литературы относительно танназной активности бактерий и методов ее определения, а также методы выделения бактерий с танназной активностью. Приведены основные бактерии-продуценты танназы, в частности с потенциальными пробиотическими свойствами и возможностью использования при создании бактериотерапевтических препаратов и продуктов функционального питания, а именно бактерии родов Lactobacillus, Bacillus, Enterococcus. Pentococcus и некоторые другие. Освещены перспективы применения танназной активности пробиотических микроорганизмов в качестве основы фармацевтических препаратов – пробиотиков и продуктов функционального питания, обогащенных соответствующими пробиотическими микроорганизмами с антиоксидантными и противоопухолевыми свойствами. Отмечено, что практическое использование танназы все еще остается достаточно ограниченным в связи с недостаточно изученными свойствами, сложностью получения и очистки.

Ключевые слова: танназная активность, микробиота кишечника, пробиотики, антиоксидантные свойства.


ВВЕДЕНИЕ

Таннины присутствуют в различных растениях, которые используются в качестве пищевых продуктов и кормов [1]. Таннины с одной стороны полезны для здоровья в связи с их химиопрофилактической активностью против канцерогенеза и мутагенеза, а с другой стороны – они могут быть вовлечены в формирование рака, гепатотоксическую или антипитательную активность [2]. Таннины известны как антинутриенты, то есть они снижают эффективность преобразования организмом усвоенных питательных веществ в новые вещества. Свойства таннинов напрямую зависят от их молекулярной массы. Экспериментально доказано, что чем выше молекулярная масса молекул таннинов, тем сильнее антипитательные эффекты и ниже биологическая активность [1, 2].

Несмотря на то, что таннины оказывают токсическое воздействие на различные организмы, некоторые микроорганизмы устойчивы к действию таннинов и обладают способностью деградировать их в олигомерные таннины и другие полезные производные, такие как галловая кислота или пирогаллол. Галлотаннины деградируют некоторые бактерии, грибы и дрожжи, которые могут гидролизировать только остатки галлоил эфиров таннинов. Таннинацилгидролаза (EC 3.1.1.20) широко известна как танназа, катализирует гидролиз галлоил эфирной связи таннинов. Танназа принадлежит к суперсемейству эстераз. С момента своего открытия танназа нашла широкое применение в пищевой, кормовой, фармацевтической и химической промышленности [3]. Несмотря на значительный интерес и длинную историю изучения танназы, мало научных данных про ее молекулярное строение. Это один из важнейших факторов, который ограничивает широкомасштабное применение танназы. Насколько известно, только бактериальная танназа проанализирована на генетическом уровне [4-8]. Кроме того, охарактеризована биохимия и структура танназы Lactobacillus plantarum [5, 6, 8]. Lactobacillus plantarum наиболее часто встречается при ферментации растительных материалов с высоким содержанием таннинов.

Растительная пища является главным источником таннинов – биологически активных фитонутриентов, которые проявляют проапоптотические и антиметастатические свойства [9]. Несмотря на многообещающий химиопрофилактический потенциал таннинов, результаты исследований на людях по оценке связи между потреблением продуктов, богатых таннинами и риском развития колоректального рака, являются дискуссионными. Предполагается наличие взаимодействия между микробиотой и таннинами продуктов питания. Микрофлора желудочно-кишечного тракта человека имеет глубокое влияние на трансформацию пищи в метаболиты, которые могут повлиять на здоровье человека [10]. Таким образом, высокоспецифическая активность бактерий, в частности таннин-метаболизирующая активность, может рассматриваться как один из критериев отбора пробиотических штаммов для дальнейшего их использования в фармацевтической и пищевой промышленности.

 

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТАННИНОВ

Таннины (от франц. tanner – дубить кожу) – водорастворимые фенольные продукты, способные преципитировать белки из водных растворов. Таннины являются второй по распространённости в природе группой фенолов (после лигнинов) и считаются вторичными метаболитами растений. Таннины содержатся в коре, древесине, листьях и (или) плодах (иногда семенах, корнях, клубнях) многих растений и придают листьям и плодам терпкий вкус. Они обладают определенным спектром биологических свойств, обеспечивающих механизмы защиты растений от вредителей и болезней, вызванных бактериями и вирусами. Таннины подавляют рост ряда микроорганизмов и устойчивы к микробному действию [1].

Таннины представляют собой группу сложных веществ, построенных из олигомерных цепей, характеризующихся наличием полифенольных соединений. Они имеют молекулярную массу от 500 до 20000 кДа. Одной из определяющих свойств таннинов является способность образовывать прочные комплексы с белками и другими макромолекулами, такими как крахмал, целлюлоза и минералы [11].

Различают гидролизуемые и конденсированные (негидролизуемые) таннины. По современной классификации выделяют четыре класса таннинов: галлотаннины, эллаготаннины, конденсированные таннины и комплексные (гидролизуемые таннины) [1, 12, 13].

Галлотаннины являются простой группой таннинов, которые по химическому строению представляют эфиры галловой кислоты и глюкозы (реже других сахаров). Однако эта связь легко гидролизуется в кислой или щелочной среде, при повышении температуры и под действием фермента.

Эллаготаннины – это сложные эфиры гексагидродифенильной кислоты (HHDP) с глюкозидами. В результате гидролиза эллаготаннинов HHDP-группа дегидратируется и образуется эллаговая кислота.

Конденсированные таннины – это олигомерные и полимерные антоцианидины – производные флаван-3-олов (катехинов) и флаван-3,4-диолов (лейкоантоцианидин), которые могут состоять из более чем 50-ти флавоноидных мономеров [13-15].

Таннины обладают механизмами защиты от заболеваний, вызванных патогенными грибами, бактериями и вирусами. Горький вкус таннинов помогает защитить растения от насекомых и плотоядных животных.

Из литературных данных известно, что повышенное количество таннинов в почве подавляет интенсивность роста растений, отрицательно влияет на урожайность. Также присутствие таннинов усложняет некоторые технологические процессы в пищевой промышленности и ингибирует ферментативные реакции в пивоварении. Повышенное содержание таннинов в кормах для животных снижает эффективность пищеварения и, как следствие, продуктивность сельскохозяйственных животных. Есть сообщения, что снижение содержания таннинов ведет к интенсификации ассимиляции азота у жвачных животных и, соответственно, росту производства молока. Установлено, что таннины, содержащиеся в продуктах питания, принимают участие в развитии некоторых видов рака [16].

Лекарственные свойства растений часто обусловлены именно наличием полифенольных соединений. Поэтому с древних времен в медицине применяются растительные экстракты, богатые таннинами. Например, экстракт чая традиционно применяется в Китае и Японии как противовоспалительное, мочегонное, антисептическое, кровоостанавливающее средство, а также в лечении раковых образований [17].

Таннины, как фенольные соединения, являются эффективными хелаторами для ионов металлов, поэтому они могут использоваться в лечении отравлений тяжелыми металлами [18]. Появляются сообщения о потенциальном ингибирующем действии таннинов ВИ Ч-1 [19].

Как уже упоминалось выше, таннины известны как антинутриенты. Однако в то же время встречается много сообщений о позитивных эффектах таннинов на здоровье человека: противоопухолевые эффекты, способность понижать артериальное давление и модулировать различные виды иммунного ответа. Вероятно, данные эффекты связаны с антиоксидантными свойствами таннинов [1]. Сообщалось, что эллаговая кислота является эффективным антиоксидантным таннином с противоопухолевыми свойствами. Проантоцианиды, имеющиеся в винограде и оливках, представляют еще один тип таннинов с чрезвычайно высокими антиоксидантными свойствами. Таким образом, таннины, присутствующие в пищевых продуктах растительного происхождения в различных концентрациях, оказывают видимое влияние на здоровье человека. Важно также отметить, что принимать высокие количества таннинов не следует, поскольку они могут включаться в процесс формирования злокачественных опухолей и препятствовать нормальному пищеварению. Однако, прием адекватных количеств таннинов правильного типа является полезным для здоровья человека вследствие их воздействия на метаболические ферменты, иммуномодуляцию и другие функции [1].

Продукты анаэробного разложения многих таннинов, образующихся в кишечном тракте, также могут образовывать соединения с полезными для здоровья человека эффектами. Такие продукты разложения представляют собой, например, производные пропионовой или фенилуксусной кислот [20]. Эти соединения оказывают противовоспалительное действие при всасывании в желудочно-кишечном тракте (ЖКТ). Данные вещества, наряду с другими продуктами разложения таннинов, также обладают широким диапазоном противомикробного действия в ЖКТ, подавляя развитие патогенных микроорганизмов.

 

Биодеградация таннинов

Как было отмечено выше, таннины обладают токсичными и бактериостатическими свойствами и необратимо образуют соединения с белками, а наличие таннинов является одним из защитных механизмов растений от микроорганизмов. Но, несмотря на антимикробные свойства таннинов, много грибов, бактерий и дрожжей достаточно устойчивы к таннинам и способны расти и развиваться при их присутствии [20]. Механизмы, благодаря которым микроорганизмы обладают устойчивостью, включают модификацию, деградацию, диссоциацию таннин-субстратных комплексов, инактивацию таннинов путем связывающей способности и т.д. [21].

Плесневые грибы, дрожжи и некоторые аэробные бактерии обычно лучше подходят для деградации таннинов, однако анаэробная деградация также имеет место быть, например, в желудочно-кишечном тракте. Каждая группа микроорганизмов обладает специфическими свойствами в процессе разложения таннинов. Так, дрожжи, проявляя активность по отношению к галлотаннинам, не способны разлагать высокомолекулярные дубильные соединения. Бактерии обладают способностью деградировать галлотаннины и эллаготаннины. Грибы же, в свою очередь, могут раскладывать все типы таннинов [20].

Как было отмечено, таннины играют значительную роль в природе и имеют мощный потенциал промышленного применения, однако метаболические пути и механизм их разложения изучены не полностью.

Известно, что в метаболизме таннинов принимает участие ряд ферментов: таннинацилгидролаза или танназа (ЕС 3.1.1.20), галлатдекарбоксилаза (EC 4.1.1.59), пирогаллол-1,2-диоксигеназа (EC1.13.11.35), флороглюцинредуктаза (EC1.3.1.57), дигидрофлороглюцинолгидролаза (EC3.7. 1) пирогаллолфлороглюцинолизомераза (EC5.4.99), фенолоксидаза и т.д.

Основным ферментом, участвующим в процессах разложения дубильных веществ, в частности галлотаннинов, является танназа. В природе этот фермент может быть животного, растительного и микробного происхождения. Наибольшее значение имеет именно танназа микробного происхождения [13].

Танназа гидролизирует таннины, уменьшая их концентрацию, и в результате образуются продукты, часть которых используются в качестве источника энергии. Установлено, что танназа действует на галлотаннины, эллаготаннины и комплексные таннины, разрывая только эфирные связи, при этом не нарушает С-С-связи, а потому не влияет на конденсированные таннины.

Гипотезы о способности бактерий преобразовывать таннины включают: процессы модификации, деградации, инактивации таннинов, а также модификации мембран и поглощения ионов металлов [21].

Танназа оказывает последовательное действие, в результате чего происходит деградация таннинов с последующим гидролизом сложных эфирных связей с высвобождением галловой кислоты.

Далее галловая кислота декарбоксилируется через декарбоксилазы галловой кислоты в пирогаллол, который, в конечном счете, превращается в пировиноградную, цисаконитовую, 3-гидрокси-5-оксигексановую кислоты и, наконец, входит в цикл трикарбоновых кислот [20, 22].

Галловая кислота – один из основных продуктов разложения танниновой кислоты. Галловая кислота легко утилизируется путем окисления до простых алифатических кислот, входящих в цикл трикарбоновых кислот [20].

Танназа катализирует гидролиз эфирных связей в таннинах. Продуктами гидролиза является глюкоза и галловая кислота. Галловая кислота обнаружена в растениях, как в свободном виде, так и в форме эфиров. Галловая кислота и ее производные используется в промышленности как антиоксидант [23].

Хотя галловая кислота широко распространена в природе, она легко окисляется при нейтральном и щелочном рН, образуя продукты, сложно доступные для использования микроорганизмами в качестве источников углеродного питания. Фактически, только для бактерий рода Pseudomonas была зарегистрирована способность использовать свободную галловую кислоту в качестве единственного источника углерода и энергии в аэробных условиях [23].

Также следует отметить, что среди микроорганизмов, которые используют галловую кислоту в качестве единственного источника углерода и энергии, есть такие, которые осуществляют неокислительное декарбоксилирование галловой кислоты, но не имеют механизмов для дальнейшего расщепления пирогаллола, образованного в результате этого пути. Так, различные штаммы видов Pantoea agglomerans, Enterococcus faecalis [24], Klebsiella pneumonia [24], Streptococcus gallolyticus [25], Lactobacillus plantarum [26-28] декарбоксилируют галловую кислоту в пирогаллол без дальнейшего метаболизма.

Танназа была впервые обнаружена в ходе исследования образования галловой кислоты в водном растворе таннинов, где выращивались два вида грибов, идентифицированные позднее как Penicillium glaucum и Aspergillus niger. В течение следующих ста лет у многих нитчатых грибов, в основном таких видов как Aspergillus, Peniсillium, Fusarium и Trichoderma, была обнаружена способность к биосинтезу танназы. Бактерии и дрожжи также продуцируют этот фермент. В связи с этим в последнее десятилетие были проведены исследования процессов продуцирования, экстракции и очистки танназы. Эти исследования включают в себя поиски высокоактивных продуцентов, оптимизацию условий их культивирования, применение рекомбинантных микроорганизмов и разработки технологий для восстановления и очистки танназы [29-31].

 

Свойства танназы

Строение и свойства танназы зависят от разных факторов: продуцента, условий культивирования и т.д. [13].

Свойства танназы бактериального происхождения отличаются в зависимости от микроорганизма-продуцента. Молекулярная масса фермента варьирует в пределах 31-320 кДа [13, 30-34].

Танназа является кислым белком с оптимумом действия рН 4,5-7,0. Сообщается о ферментах, сохраняющих свою активность и при щелочных рН 8,0-8,9. Температурный оптимум для танназы варьирует в зависимости от продуцента, для бактериальной – находится в диапазоне 30-40°С [35]. Установлено, что для каталитической активности танназы у более 28% известных бактерий-продуцентов необходимо присутствие ионов металлов, которые являются кофакторами, особенно Mg2+ [32, 34, 35]. В то же время ионы Fe2+, Fe3+, Cu2+ и Hg2+ выступают ингибиторами танназы [35].

Поскольку танназа имеет прикладное значение, особенно в пищевой промышленности, важным вопросом является ее безопасность по отношению к организму человека, а также статус продуцентов танназы, как микроорганизмов группы GRAS (Generally Recognized as Safe), которые не синтезируют антибиотики [11]. На данный момент известно ограниченное количество сообщений относительно безопасности танназы, однако результаты последних исследований свидетельствуют о безопасности танназы, продуцируемой бактериями рода Lactobacillus [32, 36].

Известно, что каталитические функции ферментов связаны с их белковой структурой. На данный момент информация о структуре танназы ограничена. Результаты экспериментальных исследований свидетельствуют, что фермент представляет собой небольшие пластинчатые кристаллы и состоит из двух и более субъединиц [33]. Энзим грибного происхождения обычно состоит из четырех субъединиц, в то время как бактериальная танназа состоит из двух субъединиц [8, 13, 37]. Установлена третичная структура танназы, продуцируемой бактериями рода Lactobacillus, а именно Lactobacillus plantarum. Энзим состоит из 18-ти α-спиралей и 13-ти β-ниток [36].

Сейчас уже охарактеризованы белковые последовательности танназы различных 45 родов (всего 77 бактерий), что позволило определить эволюционное родство продуцентов [8]. Было установлено, что у 73 штаммов из 77 изученных белковые последовательности танназы принадлежали к суперсемейству α/β-гидролаз.

Известно, что белковая молекула может иметь несколько доменов, но не все они принимают участие в каталитической активности. Каталитические домены отвечают за ферментативную активность белковой молекулы. Молекула танназы Lactobacillus plantarum содержит два домена, один из которых представлен α/β-гидролазой и доменом-«крышкой». Установлено, что активный центр танназы расположен в α/β-гидролазной области и представлен тремя аминокислотными остатками Ser 163, Asp 419 и His 451, которые составляют «каталитическую триаду» [36].

 

Значение и применение танназы

Танназа является адаптивным как внутриклеточным, так и внеклеточным индуцибельным ферментом среди ферментов природного происхождения и относится к классу эстераз [18].

Основными направлениями промышленного применения танназы является пищевая, фармацевтическая и химическая промышленность [38].

Также танназа используется в производстве водорастворимых чайных напитков. Танназа значительно повышает антиоксидантные свойства зеленого и черного чаев. В некоторых публикациях также отмечается, что ферментированный зеленый чай имеет лучшие органолептические свойства и более устойчивый цвет [39].

Танназа широко применяется в производстве вина, фруктовых соков и пивоварении [14]. Применение танназы в пищевой промышленности способствует устранению нежелательных свойств таннинов. Ферментативная обработка фруктовых соков используется для устранения горечи и уменьшения мутности.

Танназа также используется как реактив в аналитической химии для определения структуры сложных эфиров галловой кислоты природного происхождения, выявления раковых клеток, а также в очистке сточных вод от дубильных веществ [14].

Важным направлением применения танназы является производство галловой кислоты. В свою очередь галловая кислота – основной продукт гидролиза таннинов, – используется в пищевой, косметической промышленности как мощный антиоксидант. Она также служит в качестве прекурсора в производстве противомалярийных препаратов и как светочувствительная смола в производстве полупроводников. Сообщается об антиапоптическом действии галловой кислоты, способности защищать клетки организма человека от окислительных повреждений и выраженном цитотоксическом действии по отношению к раковым клеткам. Также галловая кислота используется как субстрат в ферментативном и химическом синтезе пропилгаллата, применяется как антиоксидант жиров и масел и в производстве напитков. Конечный продукт метаболизма галловой кислоты – пирогаллол, также имеет большое промышленное значение, в частности, используется при окраске кожи и меха, проявлении фотоснимков, в производстве противоопухолевых лекарственных средств [40].

Необходимо отметить, что практическое использование танназы все еще остается достаточно ограниченным в связи с недостаточно изученными ее свойствами, сложностью получения и очистки [11].

В связи с практическим значением и потенциалом использования танназы в различных промышленных секторах производство данного фермента является коммерчески привлекательным и активно развивается в разных странах. Биотехнология позволяет получить танназу из микробных, растительных и животных источников. Для промышленного производства используются микроорганизмы, продуцирующие фермент более стабильный, чем растительный или животный [34].

 

Бактерии продуценты танназы и методы их выделения

Продуценты танназы встречаются среди бактерий, дрожжеподобных и нитчатых грибов. Недостатки грибов, как продуцентов для промышленного производства танназы, заключаются в сравнительно медленном биосинтезе и генетической сложности, не позволяющей проводить генетические манипуляции [34].

Впервые сообщение о способности некоторых штаммов бактерий использовать танниновую кислоту в качестве источника углеродного питания появилось в начале 1980-х годов. С тех пор было выделено более 60 штаммов бактерий – продуцентов танназы [34, 41-50] (табл. 1), однако лишь некоторые из них могут использоваться для коммерческого производства. Существует несколько методов скрининга бактерий продуцентов танназы.

 

Таблица 1. Бактерии продуценты танназы
Table 1. Bacteria producers tannase

Бактерия продуцент

 

Bacteria producers

Ссылка

 

Reference

Bacillus plumilus

Deschamps et al. (1983)

Bacillus polymyxa

Deschamps et al. (1983)

Corynebacterium sp.

Deschamps et al. (1983)

Klebsiella pneumoniae

Deschamps et al. (1983)

Pseudomonas solanaceaum

Deschamps et al. (1983)

Citrobacter freundii

Kumar et al. (1999)

Lactobacillus plantarum

Osawa et al. (2000)

Lactobacillus paraplantarum

Osawa et al. (2000)

Lactobacillus pentosus

Osawa et al. (2000)

Bacillus lichiniformis

Mondal et al. (2000)

Bacillus cereus

Mondal et al. (2001)

Lactobacillus plantarum

Ayed and Hamdi (2002)

Lactobacillus paraplantarum

Nishitani et al. (2004)

Lactobacillus acidophilus

Nishitani et al. (2004)

Lactobacillus pentosus

Nishitani et al. (2004)

Lactobacillus animalis

Nishitani et al. (2004)

Lactobacillus murinus

Nishitani et al. (2004)

Lactobacillus faecalis

Nishitani et al. (2004)

Lactobacillus acidilactici

Nishitani et al. (2004)

Lactobacillus pentosaceaus

Nishitani et al. (2004)

Enterococcus faecalis

Goel et al. (2005)

Lactobacillus sp. ASR-S1

Sabu et al. (2006)

Pentococcus entosaceaus

Guzman-Lopez et al. (2009)

Lactobacillus buchneri

Guzman-Lopez et al. (2009)

Lactobacillus hilgardii

Guzman-Lopez et al. (2009)

Weissella confusa

Guzman-Lopez et al. (2009)

Bacillus thurangiences BN2

Belur et al. (2009)

Pseudomonas aeruginosa

Selwal et al. (2010)

Serratia ficaria

Belur et al. (2010)

Serratia marcescens

Belur et al. (2010)

Microbacterium terregens

Belur et al. (2010)

Providencia rettgeri

Belur et al. (2010)

Lactobacillus plantarum

Matoba et al. (2013)

Lactobacillus plantarum

Ren et al. (2013)

Lactobacillus plantarum

Jimenez et al. (2014)

Streptococcus gallolyticus

Jimenez et al. (2014)

Roseburia intestinalis XB6B4

de Felipe et al. (2014)

Streptococcus gallolyticus ATCC 3143

de Felipe et al. (2014)

Streptococcus gallolyticus ATCC BAA-2069

de Felipe et al. (2014)

Streptococcus gallolyticus UCN34

de Felipe et al. (2014)

Fusobacterium nucleatum subsp. vincentii

de Felipe et al. (2014)

Fusobacterium nucleatum subsp. nucleatum ATCC 25586

de Felipe et al. (2014)

Fusobacterium nucleatum subsp. animalis

de Felipe et al. (2014)

Aggregatibacter actinomycetemcomitans D7S-1

de Felipe et al. (2014)

Aggregatibacteractinomycetemcomitans D11S-1

de Felipe et al. (2014)

Aggregatibacteraphrophilus

de Felipe et al. (2014)

Aggregatibacteractinomycetemcomitans ANH9381

de Felipe et al. (2014)

Slackia heliotrinireducens

de Felipe et al. (2014)

Lactobacillus plantarum CIR1

Aguilar-Zarate et al. (2014)

Lactobacillus paraplantarum NSO120

Ueda et al. (2014)

Lactobacillus pentosus 21A-3

Ueda et al. (2014)

Lactobacillus plantarum ATCC 14917

Ueda et al. (2014)

Lactobacillus plantarum

Esteban Torres et al. (2015)

Lactobacillus plantarum DSM 15313

Ahrén et al. (2015)

Klebsiella pneumoniae

Tahmourespour et al. (2016)

Согласно визуальному методу (качественной реакции) [44], при обработке щелочью культуральной жидкости, отделенной от клеток, с последующей инкубацией при температуре 23°С в течение часа, происходит смена цвета от зеленого до коричневого и поглощение света (оптическая плотность больше 0,500) при λ = 440 нм – положительная реакция.

Для роста и селективного выделения бактерий с танназной активностью может применяться плотная питательная среда с добавлением танниновой кислоты (% w/v: мясной экстракт – 0,3; пептон – 0,5; танниновая кислота – 2; агар – 2). Через 3-4 суток инкубации проводится покраска раствором 0,01 М FeCl3 для анализа на галлотаннины.

Оба метода успешно применяются для обнаружения бактерий с танназной активностью.

Анализ литературных данных показывает, что предлагаются различные способы выделения продуцентов. Согласно одному из самых ранних методов, с помощью которого было выделено 5 штаммов продуцентов, использовалась среда, содержащая в качестве единственного источника углеродного питания конденсированные таннины. Существуют данные, что для выделения Citrobacter freundii и Citrobacter sp. использовалась среда с танниновой кислотой. Также может быть применен метод серийных разведений на плотной селективной среде (% w/v: танниновая кислота – 1; K2HPO4 – 0,05; KH2PO4 – 0,05; MgSO4 – 0,05; NH4NO3 – 0,3 и агар – 3) [40].

Выделение Bacillus cereus KBR9 из почвы было проведено на селективной среде, содержащей (% w/v) 1% танниновой кислоты и 3% агара. Питательную среду аналогичного состава использовали и для выделения штаммов-продуцентов танназы из микробиоты рыб [19].

Выделение штаммов рода Lactobacillus осуществляется на плотной питательной среде MRS, содержащей 0,2% (w/v) танниновой кислоты. Также есть свидетельства успешного применения среды с танниновой кислотой в качестве основного источника углеродного питания, дрожжевого экстракта и компонента минерального питания, на которой были выделены пять штаммов-продуцентов [49].

Для извлечения из микрофлоры организма человека танназоактивного Streptococcus lugdunensis была использована селективная среда для стрептококков (на переваре мозга и сердца). Питательная среда аналогичного состава использована и для выделения Enterobacter ludwigii из кишечной микробиоты жвачных животных [40].

Для количественной оценки танназной активности продуцентов известны различные методы. Согласно литературным данным, чаще всего применяются титриметрический, колориметрический, УФ-спектрофотометрический, фотометрический. В основном, методы для определения танназной активности базируются на определении остаточного количества субстрата (танниновая кислота и др.) или на определении количества продукта реакции (галловой кислоты) [35].

Однако упомянутые методы являются трудоемкими и требуют обязательного проведения стадии культивирования и не позволяют установить полный потенциал танназной активности исследуемых штаммов. Поэтому сейчас особенно актуальны генетические исследования штаммов-продуцентов, которые дают точный результат и позволяют выявить гены, ответственные за танназную активность.

 

ВЫВОДЫ

Таким образом, перспективным является исследование наличия танназной активности у хорошо изученных пробиотических штаммов, которые могут применяться для разработки пробиотиков в фармацевтической промышленности, а также в пищевой промышленности – для приготовления продуктов функционального питания, обогащенных пробиотическими микроорганизмами с танназной активностью, а значит, как следствие, с перспективными – антиоксидантными и противоопухолевыми свойствами.

 

Финансирование

Исследования выполнены в рамках собственной теоретической работы автора.

 

REFERENCES

 

  1. Chung K.-T., Wei C.-I., Johnson M.G. Are tannins a double-edged sword in biology and health? Trends Food Sci. Technol, 1998, vol. 9, pp. 168-175.
    CrossRef
  2. Jiménez N., Esteban-Torres M., Mancheño J.M., et al. Tannin degradation by a novel tannase enzyme present in some Lactobacillus plantarum strains. Appl Environ Microbiol, 2014, vol. 80, no. 10, pp. 2991-2997.
    CrossRef
  3. Chávez-González M., Rodríguez-Durán L.V., Balagurusamy N., et al. Biotechnological advances and challenges of tannase: an overview. Food Bioprocess Technol., 2012, vol. 5, pp. 445-459.
    CrossRef
  4. Noguchi N., Ohashi T., Shiratori T., et al. Association of tannase-producing Staphylococcus lugdunensis with colon cancer and characterization of a novel tannase gene. J Gastroenterol., 2007, vol. 42, no. 5, pp. 346-351.
    CrossRef
  5. Iwamoto K., Tsuruta H., Nishitaini Y., Osawa R. Identification and cloning of a gene encoding tannase (tannin acylhydrolase) from Lactobacillus plantarum ATCC 14917(T). Syst. Appl. Microbiol., 2008, vol. 31, no 4, pp. 269-277.
    CrossRef
  6. Curiel J.A., Rodríguez H., Acebrón I., et al. Production and physicochemical properties of recombinant Lactobacillus plantarum tannase. J Agric Food Chem., 2009, vol. 57, no. 14, pp. 6224-6230.
    CrossRef
  7. Sharma K.P., John P.J. Purification and characterization of tannase and tannase gene from Enterobacter sp. Process Biochem., 2011, vol. 46, pp. 240-244.
    CrossRef
  8. Ren B., Wu M., Wang Q., et al. Crystal structure of tannase from Lactobacillus plantarum. J. Mol. Biol., 2013, vol. 425, pp. 2737-2751.
    CrossRef
  9. Serrano J., Puupponen-Pimia R., Dauer A., et al. Tannins: current knowledge of food sources, intake, bioavailability and biological effects. Mol. Nutr. Food Res., 2009, vol. 53, pp. 310-329.
    CrossRef
  10. Nicholson J.K., Holmes E., Kinross J., et al. Host-gut microbiota metabolic interactions. Science, 2012, vol. 336, pp. 1262-1267.
    CrossRef
  11. Aguilar C.N. Gutierrez-Sanchez G. Review: Sources, Properties, Applications and Potential uses of Tannin Acyl Hydrolase. Food Science and Technology International, 2001, vol. 7, no. 5, pp. 373-382.
    CrossRef
  12. Khanbabaee K., Van Ree T. Tannins: Classification and definition. Natural Product Report, 2001, vol. 18, no. 6, pp. 641-649.
    CrossRef
  13. Chávez-González M., Rodríguez-Durán L.V., Balagurusamy N. et al. Biotechnological Advances and Challenges of Tannase: An Overvie. Food Bioprocess. Technol., 2012, vol. 5, pp. 445-459.
    CrossRef
  14. Belmares R., Contreras-Esquivel J.C., Rodriguez-Herrera R. et al. Microbial production of tannase: An enzyme with potential use in food industry. LWT Food Science and Technology, 2004, vol. 37, no. 8, pp. 857-864.
    CrossRef
  15. Aguilera-Carbó A., Augur C., Prado-Barragán L. et al. Microbial production of ellagic acid and biodegradation of ellagitannins. Applied Microbiology and Biotechnology, 2008, vol. 78, no. 2, pp. 189-199.
    CrossRef
  16. Joseph J.K., Abolaji J. Effect of replacing maize with graded levels of cooked Nigerian mango-seed kernals (Mangifera indica) on the performance, carcass yield and meat quality of broiler chikens. Bioresour: Technol., 1997, vol. 61, pp. 99-102.
    CrossRef
  17. Chowdhury S.P., Khanna S., Verma S.C., Tripathi A.K. Molecular diversity of tannic acid degrading bacteria isolated from tannery soil. J. Appl. Microbiol., 2004, vol. 97, pp. 1210-1219.
    CrossRef
  18. Aguilar C.N., Rodríguez R., Gutiérrez-Sánchez G. et al. Microbial tannases: advances and perspectives. Appl. Microbiol. Biotechnol., 2007, vol. 76, pp. 47-59.
    CrossRef
  19. Das Mohapatra P.K., Mondal K.C., Pati B.R. Tannin-an effective agent against HIV-I. In: Advances in Biotechnology. Studium, USA., 2013, pp. 419-428.
  20. Bhat T.K., Singh B., Sharma O.P. Microbial degradation of tannins – a current perspective. Biodegradation, 1998, vol. 9, no. 5, pp. 343-357.
    PubMed
  21. Smith A.H., Zoetendal E., Mackie R.I. Bacterial mechanisms to overcome inhibitory effects of dietary tannins.Microb. Ecol., 2005, vol.50, no. 2, pp. 197-205.
    CrossRef
  22. Gauri S.S., Mandal S.M., Atta S., et al. Novel route of tannic acid biotransfmation and their effect on major biopolymer synthesis in Azotobacter sp. SSB81. J. Appl. Microbiol., 2012, vol. 114, no. 1, pp. 84–95.
    CrossRef
  23. Chowdhury S.P., Khanna S., Verma S.C., Tripathi A.K. Molecular diversity of tannic acid degrading bacteria isolated from tannery soil. Journal of Applied Microbiology, 2004, vol. 97, no. 6, pp. 1210-1219.
    CrossRef
  24. Nacajima H., Otani C., Niimura T. Decarboxylation of gallate by cell-free extracts of Streptococcus faecalis and Klebsiella pneumonia isolated from rat faces. Food Hygiene and Safety (ShokuhinEiseigakuZasshi), 1992, vol. 33, pp. 371-377.
  25. Chamkha M., Patel B.C.S., Traore A., GarciaLabat J.-L.M. Isolation from a shea cake digester of a tannin-degrading Streptococcus gallolyticus strain that decarboxylates protocatechuic acid hydroxycsnnamic acid, and emendation of the species. Int. J. Syst. Evol. Microbiol., 2002, vol. 52, pp. 939-944.
    CrossRef
  26. Osawa R., Kuroiso K., Goto S., Shimizu A. Isolation of tannin-degrading lactobacilli from humans and fermented foods. Appl. Environ. Microbiol., 2000, vol. 66, pp. 3093-3097.
    PubMed
  27. Rodríguez H., de las Rivas B., Gómez-Cordovés M.C., Muñoz R. Degradation of tannic acid by cell-free extracts of Lactobacillus plantarum. Food Chem., 2008, vol. 107, pp. 664-670.
    CrossRef
  28. Rodríguez H., Landete J.M., de las Rivas B., Muñoz R. Metabolism of food phenolic acids by Lactobacillus plantarum CECT 748T. Food Chem., 2008, vol. 107, pp. 1393-1398.
    CrossRef
  29. Yaoa J., Guob G.S., Renb G.H., Liu Y.H. Production, characterization and applications of tannase. Journal of Molecular Catalysis B: Enzymatic, 2014, vol. 101, pp. 137-147.
    CrossRef
  30. Iwamoto K., Tsuruta H., Nishitaini Y., Osawa R. Identification and cloning of a gene encoding tannase (tannin acyl hydrolase) from Lactobacillus plantarum ATCC 14917 T. Syst Appl Microbiol., 2008, vol. 31, no. 4, pp. 269-277.
    CrossRef
  31. Sivashanmugam K., Jayaraman G. Production and partial purification of extra-cellular tannase by Klebsiella pneumoniae MTCC 7162 isolated from tannery effluent. Afr. J. Biotechnol., 2011, vol. 10, pp. 1364-1374.
    CrossRef
  32. Jana A., Maity C., Halder S.K. et al. Structural characterization of thermostable, solvent tolerant, cytosafe tannase from Bacillus subtilis PAB2. Biochem. Eng. J., 2013, vol. 77, pp. 161-170.
    CrossRef
  33. Wu M., Peng X., Wen H. et al. Expression, purification, crystallization and preliminary X-ray analysis of tannase from Lactobacillus plantarum. Acta Crystallogr. F. Struct. Biol. Cryst. Commun., 2013, vol. 69, pp. 456-459.
    CrossRef
  34. Wu M., Peng X., Wen H., et al. A novel low molecular weight acido-thermophilic tannase from Enterobacter cloacae MTCC 9125. Biocatal. Agric. Biotechnol., 2013, vol. 2, pp. 132-137.
    CrossRef
  35. Jana A., Halder S.K., Banerjee A., et al. Biosynthesis,structural architecture and biotechnological potential of bacterial tannase: a molecularadvancement. Bioresour Technol., 2014, vol. 157, pp. 327-40.
    CrossRef
  36. Ren B., Wu M., Wang Q., et al. Crystal structure of tannase from Lactobacillus plantarum. J. Mol. Biol., 2013, vol. 425, pp. 2737-2751.
    CrossRef
  37. Matoba Y., Tanaka N., Noda M., et al. Crystallographic and mutational analyses of tannase from Lactobacillus plantarum. Proteins Struct. Funct. Bioinform., 2013, vol. 81, pp. 2052-2058.
    CrossRef
  38. Madeira Jr. J.V., Macedo J.A., Macedo G.A. Detoxification of castor bean residues and the simultaneous production of tannase and phytase by solid-state fermentation using Paecilomyces variotii. Bioresour. Technol., 2011, vol. 102, pp. 7343-7348.
    CrossRef
  39. Lu M.J., Chu S.C., Yan L., Chen C. Effect of tannase treatment on protein-tannin aggregation and sensory attributes of green tea infusion. Food Sci. Technol., 2009, vol. 42, pp. 338-342.
    CrossRef
  40. Aithal M., Belur P.D. Enhancement of propyl gallate yield in nonaquous medium using novel cell-associated tannase of Bacillus massiliensis. Prep. Biochem. Biotechnol., 2013, vol. 43, pp. 445-455.
    CrossRef
  41. Mondal K.C., Pati B.R. Studies on the extracellular tannase from newly isolated Bacillus licheniformis KBR 6. J. Basic Microbiol., 2000, vol. 40, pp. 223-232. doi: 10.1002/1521-4028(200008)40:4<223::AID-JOBM223>3.0.CO;2-L.
  42. Ayed L., Hamdi M. Culture conditions of tannase production by Lactobacillus plantarum. Biotechnol. Lett., 2002, vol. 24, pp. 1763-1765.
    CrossRef
  43. Sabu A., Augur C., Swati C., Pandey A. Tannase production by Lactobacillus sp. ASR-S1 under solid-state fermentation. Process Biochem., 2006, vol. 41, pp. 575-580.
    CrossRef
  44. Selwal M.K., Yadav A., Selwal K.K. et al. Optimization of cultural conditions for tannase production by Pseudomonas aeruginosa IIIB 8914 under submerged fermentation. World J. Microbiol. Biotechnol., 2010, vol. 26, pp. 599-605.
    CrossRef
  45. Tahmourespour A., Tabatabaee N., Khalkhali H., Amini I. Tannic acid degradation by Klebsiella strains isolated from goat feces. Iran J Microbiol., 2016, vol. 8, no. 1, pp.14-20.
    PubMed
  46. Esteban-Torres M., Landete J.M., Reverón I., et al. A Lactobacillus plantarum esterase active on a broad range of phenolic esters. Appl Environ Microbiol., 2015, vol. 81, no. 9, pp. 3235-3242.
    CrossRef
  47. López de Felipe F., de Las Rivas B., Muñoz R. Bioactive compounds produced by gut microbial tannase: implications for colorectal cancer development. Front Microbiol., 2014, vol. 5, pp. 684.
    CrossRef
  48. Ahrén I.L., Xu J., Önning G., et al. Antihypertensive activity of blueberries fermented by Lactobacillus plantarum DSM 15313 and effects on the gut microbiota in healthy rats. Clin Nutr., 2015, vol. 34, no. 4, pp. 719-726.
    CrossRef
  49. Zhang S., Gao X., He L., et al. Novel trends for use of microbial tannases. Prep Biochem Biotechnol., 2015, vol. 45, no. 3, pp. 221-232.
    CrossRef
  50. Jiménez N., Curiel J.A., Reverón I., et al. Uncovering the Lactobacillus plantarum WCFS1 gallate decarboxylase involved in tannin degradation. Appl Environ Microbiol., 2013, vol. 79, no. 14, pp. 4253-4263.
    CrossRef

 

ТАННАЗАЛЫҚ БЕЛСЕНДІЛІК ПРОБИОТИКАЛЫҚ МИКРОАҒЗАЛАРДЫ ІРІКТЕУ КЕЗІНДЕ КРИТЕРИЙ РЕТІНДЕ

 

Старовойтова С.А.
Тағам технологияларының ұлттық университеті
Владимирск
ий көш., 68, Киев, 01601, Украина
This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

 

ТҮЙІН

Мақалада танниндердің түрлері мен олардың пайда болу көздері қарастырылған. Осы танниндердің, дәлірек айтсақ, бактериалды түрдегі танниндер құрылымы мен қасиеттеріне сипаттама берілген. Әртүрлі танниндердің, негізінен өсімдік тектес танниндердің жағымды және жағымсыз қасиеттері қарастырылған. Танниндердің негізгі түрлерінің және олардың шіру процессіне атсалысатын ферменттердің биодеградациялану жолдарына талдау жасалды. Әртүрлі өнеркәсіп салаларында, әсіресе тамақ және фармацевтикалық салаларда танниндерді пайдаланудың мүмкіндігі мен олардың маңызы көрсетілген. Бактериялардың танназа ферментінің белсенділігіне және оларды анықтаудың тәсілдеріне қатысты әдеби деректер қоры, сондай-ақ танназа белсенділігі бар бактерияларды бөліп алудың әдістері жинақталды. Негізгі танназа түзуші-бактериялар, яғни пробиотикалық қасиеттері болуы мүмкін бактериялар және бактериотерапевтикалық препараттар мен функционалды тамақ өнімдерін жасап шығару кезінде, атап айтқанда,  Lactobacillus, Bacillus, Enterococcus. Pentococcus  және басқа да бактерия түрлерін пайдалану мүмкіндіктері келтірілген. Пробиотикалық микроағзалардың танназалық белсенділігін құрамында оксидантқа қарсы және ісікке қарсы қасиеті бар тиісті пробиотикалық микроағзалармен байытылған фармацевтикалық пробиотик-препараттардың және функционалды тамақ өнімдерінің негізі ретінде қолданудың перспективалары түсіндірілген. Танназаны практикада пайдалану, оның қасиеттерінің жеткілікті деңгейде зерттелмеуіне, оған қол жеткізу мен оны тазартудың қиындығына байланысты шектеулі болып отырғаны атап айтылған.

Негізгі сөздер: танназалық белсенділік, ішек микробиотасы, пробиотиктер, оксидантқа қарсы қасиеті.