Механизмы выживания молочнокислых бактерий в силанольно-гуматных гелях с органическими кислотами
- Авторы: Галуза О.А.1,2, Эль-Регистан Г.И.1, Вишнякова А.В.1, Николаев Ю.А.1
-
Учреждения:
- Институт микробиологии им. С.Н. Виноградского, Федеральный исследовательский центр “Фундаментальные основы биотехнологии” Российской академии наук
- ООО “Бавар+”
- Выпуск: Том 94, № 1 (2025)
- Страницы: 33-48
- Раздел: ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СТАТЬИ
- URL: https://journals.rcsi.science/0026-3656/article/view/288937
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0026365625010026
- ID: 288937
Цитировать
Аннотация
Выживание бактерий в неблагоприятных для роста условиях является одной из фундаментальных проблем микробиологии. Прикладной аспект этой проблемы – длительное сохранение клетками бактерий жизнеспособности, имеет особое значение для хранения молочнокислых бактерий в связи с биотехнологической значимостью этой группы микроорганизмов и их высокими скоростями отмирания при длительном хранении. Целью настоящего исследования было изучение длительного выживания молочнокислых бактерий разных физиологических групп (гетероферментативного Enterococcus faecium M3185 и гомоферментативной Lactobacillus paracasei АК 508) в силанольно-гуматных гелях (СГГ), включающих различные органические кислоты, используемые как титранты при получении СГГ (яблочную, молочную, уксусную, аскорбиновую, лимонную). Помещение клеток в СГГ с органическими кислотами приводило к существенному повышению титра жизнеспособных клеток относительно контроля при длительном хранении (до 200 раз) и зависело от культуры бактерий, использованной кислоты и срока хранения (до 5 мес.). Экспериментально доказанными причинами длительного выживания бактерий в СГГ являются: 1) нахождение большей части клеток в состоянии гипометаболизма и потребление ими органических кислот, что доказывается снижением их концентрации при хранении, а также выделением CO₂ в случае E. faecium (при этом уровень метаболизма понижен относительно растущих клеток в 1000 раз); 2) отсутствие массового автолиза клеток, что, предположительно, обусловлено “разобщенностью” клеток в геле и невозможностью создания достаточных концентраций ауторегуляторов и ферментов автолиза; 3) нахождение части клеток в состоянии покоя, в виде стрессоустойчивых цистоподобных клеток. Также есть основания полагать, что при переносе в гель формируется альтернативный (биопленочный) фенотип, обладающий повышенной стрессоустойчивостью. Полученные результаты свидетельствуют о целесообразности иммобилизации клеток молочнокислых бактерий в СГГ с органическими кислотами для длительного хранения.
Полный текст

Об авторах
О. А. Галуза
Институт микробиологии им. С.Н. Виноградского, Федеральный исследовательский центр “Фундаментальные основы биотехнологии” Российской академии наук; ООО “Бавар+”
Автор, ответственный за переписку.
Email: olesya_galuza@mail.ru
Россия, Москва, 119071; Москва, 127206
Г. И. Эль-Регистан
Институт микробиологии им. С.Н. Виноградского, Федеральный исследовательский центр “Фундаментальные основы биотехнологии” Российской академии наук
Email: olesya_galuza@mail.ru
Россия, Москва, 119071
А. В. Вишнякова
Институт микробиологии им. С.Н. Виноградского, Федеральный исследовательский центр “Фундаментальные основы биотехнологии” Российской академии наук
Email: olesya_galuza@mail.ru
Россия, Москва, 119071
Ю. А. Николаев
Институт микробиологии им. С.Н. Виноградского, Федеральный исследовательский центр “Фундаментальные основы биотехнологии” Российской академии наук
Email: olesya_galuza@mail.ru
Россия, Москва, 119071
Список литературы
- Бухарин О. В., Гинцбург А. Л., Романова Ю. М., Эль-Регистан Г.И. Механизмы выживания бактерий. М.: Медицина, 2005. 367 с.
- Воликов А. Б. Синтез, свойства и применение силанольных производных гуминовых веществ для минимизации последствий загрязнения окружающей среды. Автореферат дис. … канд. хим. наук. 03.02.08. М.: МГУ имени М.В. Ломоносова, 2018. 157 с.
- Голод Н. А., Лойко Н. Г., Мулюкин А. Л., Нейматов А. Л., Воробьева Л. И., Сузина Н. Е., Шаненко Е. Ф., Гальченко В. Ф., Эль-Регистан Г.И. Адаптация молочнокислых бактерий к неблагоприятным для роста условиям // Микробиология. 2009. Т. 78. С. 317–327.
- Golod N. A., Loiko N. G., Mulyukin A. L., Gal’Chenko V.F., El-Registan G.I., Neiymatov A. L., Vorobjeva L. I., Suzina N. E., Shanenko E. F. Adaptation of lactic acid bacteria to unfavorable growth conditions // Microbiology (Moscow). 2009. V. 78. P. 280‒289.
- Иммобилизованные клетки: биокатализаторы и процессы. Под ред. Ефременко Е. Н. М.: РИОР, 2018. 499 с.
- Лойко Н. Г., Краснова М. А., Пичугина Т. В., Гриневич А. И., Ганина В. И., Козлова А. Н., Николаев Ю. А., Гальченко В. Ф., Эль-Регистан Г.И. Изменение диссоциативного спектра популяций молочнокислых бактерий при воздействии антибиотиков // Микробиология. 2014. Т. 83. С. 284–294.
- Loiko N. G., Krasnova M. A., Pichugina T. V., Grinevich A. I., Ganina V. I., Kozlova A. N., Nikolaev Yu.A., Gal’chenko V.F., El’-Registan G.I. Changes in the phase variant spectra in the populations of lactic acid bacteria under antibiotic treatment // Microbiology (Moscow). 2014. V. 83. P. 195‒204.
- Мулюкин А. Л., Козлова А. Н., Капрельянц А. С., Эль-Регистан Г.И. Обнаружение и изучение динамики накопления ауторегуляторного фактора d1 в культуральной жидкости и клетках Micrococcus luteus // Микробиология. 1996а. Т. 65. № 1. С. 20–25.
- Mulyukin A. L., Kozlova A. N., Kaprel’yants A.S., El’-Registan G.I. The d1 autoregulatory factor in Micrococcus luteus cells and culture liquid: detection and accumulation dynamics // Microbiology (Moscow). 1996a. V. 65. P. 15‒20.
- Мулюкин А. Л., Луста К. А., Грязнова М. Н., Бабусенко Е. С., Козлова А. Н., Дужа М. В., Дуда В. И., Эль-Регистан Г.И. Образование покоящихся форм Bacillus cereus и Micrococcus luteus // Микробиология. 1996б. Т. 65. С. 782–789.
- Mulyukin A. L., Lusta K. A., Gryaznova M. N., Kozlova A. N., Duzha M. V., Duda V. I., El’-Registan G.I. Formation of resting cells by Bacillus cereus and Micrococcus luteus // Microbiology (Moscow). 1996b. V. 65. P. 683–689.
- Мулюкин А. Л., Сузина Н. Е., Мельников В. Г., Гальченко В. Ф., Эль-Регистан Г.И. Состояние покоя и фенотипическая вариабельность у Staphylococcus aureus и Corynebacterium pseudodiphtheriticum // Микробиология. 2014. Т. 83. С. 15–27.
- Mulyukin A. L., Suzina N. E., Mel’nikov V.G., Gal’chenko V.F., El’-Registan G.I. Dormant state and phenotypic variability of Staphylococcus aureus and Corynebacterium pseudodiphtheriticum // Microbiology (Moscow). 2014. V. 83. P. 149‒159.
- Мулюкин А. Л., Сузина Н. Е., Погорелова А. Ю., Антонюк Л. П., Дуда В. И., Эль-Регистан Г.И. Разнообразие морфотипов покоящихся клеток и условия их образования у Azospirillum brasilense // Микробиология. 2009. Т. 78. № 1. С. 42–52.
- Mulyukin A. L., Pogorelova A.Yu., El-Registan G.I., Suzina N. E., Duda V. I., Antonyuk L. P. Diverse morphological types of dormant cells and conditions for their formation in Azospirillum brasilense // Microbiology (Moscow). 2009. V. 78. P. 33‒41.
- Николаев Ю. А., Борзенков И. А., Демкина Е. В., Лойко Н. Г., Канапацкий Т. А., Перминова И. В., Хрептугова А. Н., Григорьева Н. В., Близнец И. В., Манучарова Н. А., Сорокин В. В., Коваленко М. А., Эль-Регистан Г.И. Новые биокомпозитные материалы, включающие углеводородокисляющие микроорганизмы, и их потенциал для деградации нефтепродуктов // Микробиология. 2021. Т. 90. № 6. С. 692‒705.
- Nikovaev Yu.A., Borzenkov I. A., Demkina E. V., Loiko N. G., Kanapatskii T. A., Perminova I. V., Khreptugova A. N., Grigor’eva N.V., Bliznets I. V., Manucharova N. A., Sorokin V. V., Kovalenko M. A., El’-Registan G.I. New biocomposite materials based on hydrocarbon-oxidizing microorganisms and their potential for oil products degradation // Microbiology (Moscow). 2021. V. 90. P. 731‒742.
- Практикум по микробиологии: Учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / Под ред. Нетрусова А. И. М.: Издательский центр “Академия”, 2005. 608 с.
- Светличный В. А., Романова А. К., Эль-Регистан Г.И. Изучение количественного содержания мембраноактивных ауторегуляторов при литоавтотрофном росте Pseudomonas carboxydoflava // Микробиология. 1986. Т. 55. С. 55–59.
- Соляникова И. П., Сузина Н. Е., Егозарьян Н. С., Поливцева В. Н., Мулюкин А. Л., Егорова Д. О., Эль-Регистан Г.И., Головлева Л. А. Особенности структурно-функциональных перестроек клеток актинобактерий BN52 при переходе от вегетативного роста в состояние покоя и при прорастании покоящихся форм // Микробиология. 2017. Т. 86. № 4. С. 463–475.
- Solyanikova I. P., Suzina N. E., Egozarjan N. S., Polivtseva V. N., Golovleva L. A., Mulyukin A. L., El-Registan G.I., Egorova D. O. Structural and functional rearrangements in the cells of actinobacteria Microbacterium foliorum BN52 during transition from vegetative growth to a dormant state and during germination of dormant forms // Microbiology (Moscow). 2017. V. 86. P. 476‒486.
- Эль-Регистан Г.И., Дуда В. И., Светличный В. А., Козлова А. Н., Типисева И. В. Динамика ауторегуляторных факторов d в периодических культурах Pseudomonas carboxydoflava и Bacillus cereus // Микробиология. 1983. Т. 52. № 2. С. 238–243.
- Эль-Регистан Г.И., Земскова О. В., Галуза О. А., Уланова Р. В., Ильичева Е. А., Ганнесен А. В., Николаев Ю. А. Влияние гормонов и биогенных аминов на рост и выживание Enterococcus durans // Микробиология. 2023. Т. 92. № 4. С. 376–395.
- El’-Registan G.I., Zemskova O. V., Galuza O. A., Ulanova R. V., Il’icheva E.A., Gannesen A. V., Nikolaev Yu.A. Effect of hormones and biogenic amines on growth and survival of Enterococcus durans // Microbiology (Moscow). 2023. V. 92. P. 517‒533.
- Amrane A., Prigent Y. Influence of yeast extract concentrationon batch cultures of Lactobacillus helveticus: growth and production coupling // World J. Microbiol. Biotechnol. V. 14. P. 529–534.
- Aydın S. S., Denek N. Determination of lactic acid bacterial numbers of lyophilized or frozen natural lactic acid bacterial liquids prepared with different methods and stored for different times // Kocatepe Veter. J. 2024. V. 17. P. 29–41.
- Galuza O. A., Kovina N. E., Korotkov N. A., Nikolaev Y., El-Registan G. Long-term survival of bacteria in gels // Microbiology (Moscow). 2023. V. 92. Suppl. 1. P. S17–S21.
- Gaudu P., Vido K., Cesselin B., Kulakauskas S., Tremblay J., Rezaïki L., Lamberret G., Sourice S., Duwat P., Gruss A. // Respiration capacity and consequences in Lactococcus lactis / Eds. Siezen R. J., Kok J., Abee T., Schasfsma G. Dordrecht: Springer, 2002. V. 82. P. 263–269.
- Green J., Paget M. S. Bacterial redox sensors // Nature Rev. Microbiol. 2004. V. 2. P. 954‒966.
- Herrgard M. J., Swainston N., Dobson P., Dunn W. B., Arga K. Y., Arvas M., Bluthgen N., Borger S., Costenoble R., Heinemann M., Hucka M., Le Novere N., Li P., Liebermeister W., Mo M. L., Oliveira A. P., Petranovic D., Pettifer S., Simeonidis E., Smallbone K., Spasic I., Weichart D., Brent R., Broomhead D. S., Westerhoff H. V., Kirdar B., Penttila M., Klipp E., Palsson B. O., Sauer U., Oliver S. G., Mendes P., Nielsen J., Kell D. B. A consensus yeast metabolic network reconstruction obtained from a community approach to systems biology // Nature Biotechnol. 2008. V. 26. P. 1155–1160.
- Kempes C. P., van Bodegom P. M., Wolpert D., Libby E., Amend J., Hoehler T. Drivers of bacterial maintenance and minimal energy requirements // Front. Microbiol. 2017. V. 8. Art. 31. P. 8–18.
- Khalisanni K. An overview of lactic acid bacteria // Int. J. Biosci. 2011. V. 1. № 3. P. 1‒13.
- Lamont J., Wilkins O., Bywater-Ekegärd M., Smith D. From yogurt to yield: potential applications of lactic acid bacteria in plant production // Soil Biol. Biochem. 2017. V. 111. P. 1‒9.
- Leblanc D. J. // Enterococcus / Eds. Dworkin M., Falkow S., Rosenberg E., Schleifer K. H., Stackebrandt E. N.Y.: Springer, 2006. P. 175–204.
- Linko P., Stenroos S. L., Linko Y. Y., Koistinen T., Harju M., Heikonen M. Applications of immobilized lactic acid bacteria // Ann. NY Acad. Sci. 2006. V. 434. P. 406–417.
- Mehmeti I., Solheim M., Nes I. F., Holo H. Enterococcus faecalis grows on ascorbic acid // Appl. Environ. Microbiol. 2013. V. 79. P. 4756–4758.
- Mendes Ferreira A., Mendes-Faia A. The role of yeasts and lactic acid bacteria on the metabolism of organic acids during winemaking // Foods. 2020. V. 9. P. 1231–1250.
- Mitropoulou G., Nedovic V., Goyal A., Kourkoutas Y. Immobilization technologies in probiotic food production // J. Nutrit. Metab. 2013. № 5. P. 1–15. https://doi.org/10.1155/2013/716861
- Morgan C. A., Herman N., White P. A., Vesey G. Preservation of microorganisms by drying: a review // J. Microbiol. Meth. 2006. V. 66. P. 183–193.
- Ng E. W., Yeung M., Tong P. S. Effects of yogurt starter cultures on the survival of Lactobacillus acidophilus // Int. J. Food Microbiol. 2011. V. 145. P. 169–175.
- Nikolaev Y. A., Demkina E. V., Ilicheva E. A., Kanapatskiy T. A., Borzenkov I. A., Ivanova A. E., Tikhonova E. N., Sokolova D. S., Ruzhitsky A. O., El-Registan G.I. Ways of Long-term survival of hydrocarbon-oxidizing bacteria in a new biocomposite material ‒ silanol-humate gel // Microorganisms. 2023. V. 11. P. 1133–1152.
- Pang X., Zhang S., Lu J., Liu L., Ma C., Yang Y., Ti P., Gao W., Lv J. Identification and functional validation of autolysis-associated genes in Lactobacillus bulgaricus ATCC BAA-365 // Front. Microbiol. 2017. V. 8. Art. 1367. https://doi.org/10.3389/fmicb.2017.01367
- Pedersen M. B., Gaudu P., Lechardeur D., Petit M. A., Gruss A. Aerobic respiration metabolism in lactic acid bacteria and uses in biotechnology // Annu. Rev. Food Sci. Technol. 2012. V. 3. P. 37–58.
- Pious T., Aparna S., Reshmi U., Mubashar M., Sadiq P. Optimization of single plate-serial dilution spotting (SP-SDS) with sample anchoring as an assured method for bacterial and yeast CFU enumeration and single colony isolation from diverse samples // Biotechnol. Rep. 2015. V. 8. P. 45–55.
- Radler F., Briihl K. The metabolism of several carboxylic acids by lactic acid bacteria // Z Lebensm Unters Forsch. 1984. V. 179. P. 228‒231.
- Ramsey M., Hartke A., Huycke M. The physiology and metabolism of Enterococci // Enterococci: from commensals to leading causes of drug resistant infection / Eds. Gilmore M., Clewell D. B., Ike Y., Shankar N. / Boston: Massachusetts Eye and Ear Infirmary, 2014. P. 1–55.
- Ren K., Wang Q., Hu M., Chen Y., Xing R., You J., Xu M., Zhang X., Rao Z. Research progress on the effect of autolysis to Bacillus subtilis fermentation bioprocess // Fermentation. 2022. V. 8. P. 685–701.
- Russell J. B., Cook G. M. Energetics of bacterial growth: balance of anabolic and catabolic reactions // Microbiol. Rev. 1995. V. 59. P. 48–62.
- Salminen S., Wright V., Ouwehand A. Lactic acid bacteria: microbiological and functional aspects // Braz. J. Pharm. Sci. 2004. V. 42. P. 473–474.
- Shin H. J., Lee J., Pestka J., Ustinol Z. P. Viability of bifidobacteria in commercial dairy products during refrigerated storage // J. Food Protect. 2000. V. 63. P. 327–331.
- Volikov A., Ponomarenko S., Gutsche A., Nirschl H., Hatfield K., Perminova I. Targeted design of waterbased humic substances-silsesquioxane soft materials for nature-inspired remedial // RSC Adv. 2016. V. 6. P. 48222–48230.
- Zaunmüller T., Eichert M., Richter H., Unden G. Variations in the energy metabolism of biotechnologically relevant heterofermentative lactic acid bacteria during growth on sugars and organic acids // Appl. Microbiol. Biotechnol. 2006. V. 72. P. 421–429.
- Zotta T., Ianniello R. G., Guidone A., Parente E., Ricciardi A. Selection of mutants tolerant of oxidative stress from respiratory cultures of Lactobacillus plantarum C17 // J. Appl. Microbiol. 2014. V. 116. P. 632–643.
- Zur J., Wojcieszynska D., Guzik U. Metabolic responses of bacterial cells to immobilization // Molecules. 2016. V. 21. P. 958–973.
Дополнительные файлы
