ЖИТТЄЗДАТНІСТЬ ТА АДГЕЗІЯ ДО ЕРИТРОЦИТІВ ЛЮДИНИ ПРОБІОТИЧНИХ ШТАМІВ МІКРООРГАНІЗМІВ ПІСЛЯ ІММОБІЛІЗАЦІЇ В АЛЬГІНАТНОМУ ГЕЛІ І ЗБЕРІГАННЯ ЗА РІЗНИХ НИЗЬКИХ ТЕМПЕРАТУР

  • I.P. Vysekantsev Інститут проблем кріобіології і кріомедицини НАН України, Харків
  • I.V. Petrov Інститут проблем кріобіології і кріомедицини НАН України, Харків
  • I.A. Buriak Інститут проблем кріобіології і кріомедицини НАН України, Харків
  • V.P. Martsenyuk Інститут проблем кріобіології і кріомедицини НАН України, Харків
Ключові слова: пробіотики, іммобілізація, альгінатний гель, низькотемпературне зберігання.

Анотація

Дослідження присвячене розробці технологій довгострокового зберігання іммобілізованих в гелевих носіях пробіотиків при різних низьких температурах. Мета дослідження – вивчити збереженість та адгезивну активність мікроорганізмів-пробіотиків після іммобілізації в альгінатному гелі і зберігання за різних низьких температур протягом 24 місяців (термін спостерігання). Об’єкти і методи дослідження. Пробіотичні штами мікроорганізмів Escherihcia coli M–17 (E. coli M–17), Lactobacillus acidophilus IMB B-2637 (L. acidophilus), Saccharomyces cerevisiae IMB Y-505 (S. cerevisiae) були іммобілізовані в 1%-му альгінатному гелі без добавок або з додаванням лактози, сахарози, знежиреного молока та захисного сахарозо-молочно-лактозного середовища. Зразки заморожували із неконтрольованими швидкостями охолодження в холодильних камерах з температурами –20, –40, –75 °С. Під час заморожування до –196 °С зразки охолоджували до –40 °С зі швидкістю 1 град. / хв., а потім занурювали у рідкий азот. Зразки зберігали при вказаних температурах протягом 24 місяців (термін спостерігання). В процесі зберігання частину гранул відігрівали на водяній бані і розчиняли у 4%-му ЕДТА. Життєздатність мікроорганізмів визначали за здатністю мікробних клітин утворювати колонії на агаризованих середовищах. Адгезивну активність визначали за здатністю мікроорганізмів адгезувати до еритроцитів людини 0(І) групи, Rh(+). Отримані результати та обговорення. На етапі охолодження до –20, –40, –75, –196 °С та після наступного зберігання при –196 °С іммобілізовані мікроорганізми в усіх видах гелю не гинули. При –20, –40, –75 °С в більшості зразків загибель клітин починалася між 1-им та 3-им місяцями зберігання. Через 24 місяці було встановлено, що найбільш стійкими до зберігання за цих температур були бактерії L. acidophilus, а найбільш чутливими – дріжджі S. cerevisiae. Показники життєздатності усіх мікроорганізмів, іммобілізованих у 1%-му гелі без добавок, були мінімальними. Додавання до складу альгінатного гелю дисахаридів лактози, сахарози, сахарозо-молочно-лактозного середовища середовища та молока підвищувало кріопротективні властивості альгінатного гелю. Найбільш високу життєздатність іммобілізованих мікроорганізмів спостерігали у гелі з додаванням сахарозо-молочно-лактозного середовища середовища. Зі зниженням температури зберігання від –20 до –75 °С кількість життєздатних мікробних клітин в усіх зразках гелю підвищувалася. Іммобілізація в гелевих носіях та зберігання протягом 24 місяців не впливали на адгезивні властивості пробіотиків E. coli M–17, L. аcidophilus, S. cerevisiae. Зміни показників життєздатності мікробних клітин пов’язані з вираженістю пошкоджуючих фізико-хімічних факторів, які супроводжують процеси кристалізації води при температурах –20, –40, –75 °С. Аналізується захисна дія добавок до складу альгінатного гелю. Висновки. Під час довгострокового зберігання за різних низьких температур на життєздатність іммобілізованих в гелевих гранулах мікроорганізмів впливають видова кріорезистентність мікроорганізмів, температурні режими і терміни зберігання, склад гелевого носія. Процеси іммобілізації та зберігання за низьких температур не змінювали адгезивну активність іммобілізованих мікроорганізмів.

Посилання

1. Drannik GN, Kurchenko AI, Drannik AG. Immunnaya sistema slizistyih, fiziologicheskaya mikroflora i probiotiki [Mucosal immune system, physiological microflora and probiotics]. K: Poligraf plyus; 2009. 143 s. (Russian)

2. Edeas M, Konturek PC, editors. Towards Clinical Evolution. Abstract book of the 7th World Congress on Targeting Microbiota 2019; 2019 Oct 10-11; Krakov, Poland: International Society of Microbiota, 2019.

3. Kolesnikova OV. Kyshkova mikrobiota i metabolichnyi syndrom: shcho yikh obiednuie? [The intestinal microbiota and metabolic syndrome: the unifying factors]. Suchasna hastroenterolohiia. 2016; 2: 61-70. (Ukrainian). Available from: http://nbuv.gov.ua/UJRN/SGastro_2016_2_9.

4. Tkachenko EI. Disbioz kishechnika: rukovodstvo po diagnostike i lecheniju [Intestinal dysbiosis: a guide for diagnosis and treatment]. SPb: InformMed; 2009. 276 s. (Russian)

5. Bondarenko AV. Korektsiia dysbiotychnykh staniv i stabilizatsiia mikrobioty [Correction of dysbiotic states and microbiota stabilization]. Problemy bezperervnoi medychnoi osvity ta nauky. 2014; 2: 77-80. (Ukrainian)

6. Floch MH. Recommendations for Probiotic Use in Humans - 2014 Update. Pharmaceuticals (Basel). 2014 Oct 10; 7(10): 999–1007. doi: 10.3390/ph7100999

7. Guarner F, Khan AG, Garisch J, Eliakim R, Gangl A, Thomson A, et al. World Gastroenterology Organisation Global Guidelines: probiotics and prebiotics. J Clin Gastroenterol. 2012 Jul; 46(6): 468-81. doi: 10.1097/MCG.0b013e3182549092

8. Singh VP, Sharma J, Babu S, Rizwanulla, Singla A. Role of probiotics in health and disease: a review. J Pak Med Assoc. 2013 Feb; 63(2): 253-7.

9. Gbassi GK, Vandamme T. Probiotic Encapsulation Technology: From Microencapsulation to Release into the Gut. Pharmaceutics. 2012 Feb 6; 4(1): 149–163. doi: 10.3390/pharmaceutics4010149

10. Mitropoulou G, Nedovic V, Goyal A, Kourkoutas Y. Immobilization Technologies in Probiotic Food Production. Int J Nutr Metab. 2013 Oct 28; 2013: 716861. https://doi.org/10.1155/2013/716861

11. Yeung TW, Üçok EF, Tiani KA, McClements DJ, Sela DA. Microencapsulation in Alginate and Chitosan Microgels to Enhance Viability of Bifidobacterium longum for Oral Delivery. Front Microbiol. 2016 Apr 19; 7: 94. doi: 10.3389/fmicb.2016.00494

12. Terpou A, Papadaki A, Lappa IK, Kachrimanidou V, Bosnea LA, Kopsahelis N. Probiotics in Food Systems: Significance and Emerging Strategies Towards Improved Viability and Delivery of Enhanced Beneficial Value. Nutrients. 2019 Jul 13; 1(7): 591. doi: 10.3390/nu11071591

13. Kalinichenko SV, Babych YeM, Ryzhkova TA, Maslii IH, Korotkykh OO, Danilina SS, ta in. Suchasnyi stan rozrobky ta zastosuvannia probiotychnykh, prebiotychnykh ta synbiotychnykh preparativ [State of the art in development and use of probiotic, prebiotic and synbiotic drugs]. Annaly Mechnykovskoho instytutu. 2013; 3: 5-12. (Ukrainian). Available from: http://nbuv.gov.ua/UJRN/ami_2013_3_3

14. Tanimomo J, Delcenserie V, Taminiau B, Daube G, Saint-Hubert C, Durieux A. Growth and Freeze-Drying Optimization of Bifidobacterium crudilactis. Food Nutr Sci. 2016 Jun 29; 7(7): 616-26. http://dx.doi.org/10.4236/fns.2016.77063

15. Afanas’eva OV. Mikrobiologicheskiy kontrol hlebopekarnogo proizvodstva [Microbiological control of bakery production]. M: Pischevaya promyishlennost; 1976. 144 s. (Russian)

16. Patent Ukrainy № 56674. Sposib konservuvannia kultury Bifidobacterium bifidum LVA-3 [Method for preservation of Bifidobacterium bifidum LVA-3 culture]. / Pavlenko NV, Holtsev AM, Vysekantsev IP, Shchehlov AV, Ananina HIe, Hrysha IH, vynakhidnyky. Instytut problem kriobiolohii i kriomedytsyny NAN Ukrainy, patentovlasnyk. 2011 Ver 25. (Ukrainian)

17. Labinskaja AC. Mikrobiologija s tehnikoj mikrobiologicheskih issledovanij [Microbiology with microbiological research technique]. 4th ed. M: Medicina; 1978; 23 s. (Russian)

18. Tsen JH, Huang HY, Lin YP, King AE. Freezing resistance improvement of Lactobacillus reuteri by using cell immobilization. J Microbiol Methods. 2007 Sep; 70(3): 561-4. doi: 10.1016/j.mimet.2007.06.004

19. Lusta KA, Fihte BA. Metody opredelenija zhiznesposobnosti mikroorganizmov [Methods for determining the viability of microorganisms]. Pushhino: ONTI NCBI AN SSSR; 1990. 186 s. (Russian)

20. Ivonin AG, Oborin VA. Razrabotka i perspektivyi primeneniya fotometricheskogo metoda opredeleniya bakteriofiksiruyuschey aktivnosti eritrotsitov v veterinarii [Development and prospects of application of photometric method for determining the bacteriofixing activity of erythrocytes in veterinary medicine]. Izvestiya Orenburgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2008; 3(19): 80-2. (Russian)

21. Brilis VI, Brilen TA, Lentsner HP. Metodika izucheniya adgezivnogo protsessa mikroorganizmov [Methodology for studying the adhesive process of microorganisms]. Laboratornoe delo. 1986; (4): 210-212. (Russian)

22. Mironov AN, redaktor. Rukovodstvo po provedeniju doklinicheskih issledovanij lekarstvennyh sredstv [Guidelines for conducting preclinical trials of drugs]. M: Grif i K; 2012. Part I; 944 s. (Russian)

23. Gordienko EA, Pushkar NS. Fizicheskie osnovyi nizkotemperaturnogo konservirovaniya kletochnyih suspenziy [Physical basis of low-temperature preservation of cell suspensions]. K: Nauk. dumka; 1994. 143 s. (Russian)

24. Goltsev AN, redaktor. Aktualnyie problemyi kriobiologii i kriomeditsiny [Actual problems of cryobiology and cryomedicine]. Kharkov; 2012. s. 9-44. (Russian)

25. Belous AM, Grischenko VI. Kriobiologiya [Cryobiology]. K: Naukova dumka; 1994. 430 s. (Russian)

26. Fuler B, Grin K, Grishhenko VI. Kriokonservirovanie dlja sozdanija banka kletok: sovremennye koncepcii na rubezhe XXI stoletija [Cryopreservation for cell banking: contemporary concepts at the turn of the 21st century]. Probl kriobiol. 2003; (2): 62-83. (Russian)

27. Nardid OV. Vlijanie nizkih temperatur na belkovye sistemy [The effect of low temperatures on protein systems]. Probl kriobiol kriomed. 2014 Jun; 24(2): 83-101. (Russian) Available from: http://cryo.org.ua/journal/index.php/probl-cryobiol-cryomed/article/view/555

28. Boutron P, Mehl P, Kaufann A, Angibaud P. Glass forming tendency and stability of the amorphous state in the aqueous solutions of linear polyalcohols with four carbons. Cryobiology. 1986 Oct 01; 23(5): 453-469. DOI: 10.1016/0011-2240(86)90031-3

29. MacFarlane D. Physical aspects of vitrification in aqueous solutions. Cryobiology. 1987 Jun; 24(3): 181-195. https://doi.org/10.1016/0011-2240(87)90022-8

30. Rall W, Reid D, Farrant J. Innoccuous biological freezing during warming. Nature. 1980 Jul 31; 286(5772): 511-4. doi: 10.1038/286511a0
Опубліковано
2020-12-30
Як цитувати
Vysekantsev, I., Petrov, I., Buriak, I., & Martsenyuk, V. (2020). ЖИТТЄЗДАТНІСТЬ ТА АДГЕЗІЯ ДО ЕРИТРОЦИТІВ ЛЮДИНИ ПРОБІОТИЧНИХ ШТАМІВ МІКРООРГАНІЗМІВ ПІСЛЯ ІММОБІЛІЗАЦІЇ В АЛЬГІНАТНОМУ ГЕЛІ І ЗБЕРІГАННЯ ЗА РІЗНИХ НИЗЬКИХ ТЕМПЕРАТУР. Актуальні проблеми сучасної медицини: Вісник Української медичної стоматологічної академії, 20(4), 115-124. https://doi.org/10.31718/2077-1096.20.4.115