Современные представления об антагонистической активности Lactiplantibacillus plantarum против патогенных микроорганизмов

Sharh Lactiplantibacillus plantarum shtammlari va ularning metabolitlarining oziq-ovqat patogenlari Vibrio parahaemolyticus va Listeria monocytogenes ga qarshi antagonistik faolligi mexanizmlarini tahlil qilishga bag‘ishlangan. Ishda hujayralarni bevosita siqib chiqarish usullari, sirt xususiyatlariga, harakatchanlikka ta‘siri va Quorum Sensing (AI-2) tizimini blokirovka qilish yoritilgan. Bioplyonkalarning parchalanishi, virulentlik genlari ekspressiyasining bostirilishi, shuningdek metabolitlarning patogenlar membranasi o‘tkazuvchanligi va metabolizmiga ta‘siri ko‘rib chiqilgan. L. plantarum metabolitlarini go‘sht mahsulotlarini biokonservatsiyalashda qo‘llash mumkinligi haqidagi ma‘lumotlar keltirilgan.

FUNDAMENTAL VA AMALIY MIKROBIOLOGIYANING BUGUNGI HOLATI VA RIVOJLANISH ISTIQBOLLARI: YOSH OLIMLAR NIGOHI Respublika ilmiy-amaliy anjumani · Toshkent, 2026-yil 30-oktabr

III PROBIOTIKLAR, OZIQ-OVQAT VA FARMATSEVTIK MIKROBIOLOGIYA DOI 10.66073/ReFocus-Conf/3010060

СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ОБ АНТАГОНИСТИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ LACTIPLANTIBACILLUS PLANTARUM ПРОТИВ ПАТОГЕННЫХ МИКРООРГАНИЗМОВ Абдукаримова Гульчехра Аслиддин қизи магистрант 2-го курса Андижанского государственного университета направления биология Ғозиева Моҳларой Шаҳобиддин қизи магистрант 2-го курса Андижанского государственного университета направления биотехнология Аннотация: Обзор посвящен анализу механизмов антагонистической активности штаммов Lactiplantibacillus plantarum и их метаболитов против пищевых патогенов Vibrio parahaemolyticus и Listeria monocytogenes. В работе описаны методы прямого клеточного вытеснения, влияние на поверхностные свойства, подвижность и блокирование системы Quorum Sensing (AI-2). Рассмотрены процессы разрушения биопленок, подавление экспрессии генов вирулентности, а также влияние метаболитов на проницаемость мембран и метаболизм патогенов. Приведены данные о применимости метаболитов L. plantarum для биоконсервации мясных продуктов. Ключевые слова: Lactiplantibacillus plantarum, Listeria monocytogenes, Vibrio parahaemolyticus, антагонистическая активность, биопленки, Quorum Sensing, метаболомика, биоконсервация. Abstract: This review analyzes the mechanisms underlying the antagonistic activity of Lactiplantibacillus plantarum strains and their metabolites against foodborne pathogens Vibrio parahaemolyticus and Listeria monocytogenes. The paper covers direct cell displacement, surface property alterations, motility suppression, and Quorum Sensing (AI-2) inhibition. It examines biofilm disruption, downregulation of virulence genes, and metabolite-induced membrane permeability and metabolic shifts in target bacteria. Practical applications of L. plantarum metabolites in meat biopreservation are also discussed. Keywords: Lactiplantibacillus plantarum, Listeria monocytogenes, Vibrio parahaemolyticus, antagonistic activity, biofilms, Quorum Sensing, metabolomics, biopreservation. Введение Современная пищевая индустрия и система здравоохранения сталкиваются с серьезными вызовами, обусловленными высокой частотой микробиологической контаминации продуктов питания патогенными и условно-патогенными микроорганизмами [4, 2]. Среди широкого спектра возбудителей пищевых токсикоинфекций особое место занимают грамотрицательные бактерии Vibrio parahaemolyticus, являющиеся одной из главных причин острых гастроэнтеритов, ассоциированных с потреблением морепродуктов, а также грамположительные психотрофные бактерии Listeria monocytogenes, способные размножаться в условиях холодильного хранения и вызывающие тяжелые формы листериоза с высоким уровнем летальности [4, 2]. Традиционные физико-химические методы консервации и применение синтетических антимикробных агентов постепенно утрачивают первичную эффективность вследствие непрерывного формирования у патогенов устойчивости к

ДЛЯ ЦИТИРОВАНИЯ Абдукаримова Г.А., Ғозиева М.Ш. Современные представления об антагонистической активности Lactiplantibacillus plantarum против патогенных микроорганизмов // Состояние и перспективы развития фундаментальной и прикладной микробиологии: точка зрения молодых учёных: материалы Республиканской научно-практической конференции. – Ташкент, 2026. – С. 215–219. DOI: https://doi.org/10.66073/ReFocus-Conf/3010060 дезинфектантам и антибиотикам, а также за счет их способности образовывать прочные многокомпонентные биопленки [2, 1]. В связи с этим в современной прикладной микробиологии и пищевой биотехнологии критическое значение приобретает поиск экологически безопасных биологических агентов, способных подавлять жизнедеятельность патогенов без ухудшения органолептических и нативных свойств продуктов [1, 5].

В качестве эффективной альтернативы химическим консервантам рассматриваются пробиотики и их биоактивные метаболиты, среди которых особое значение имеют бактерии вида Lactiplantibacillus plantarum [1, 3, 7]. Обладая официально подтвержденным статусом безопасного организма (GRAS), L. plantarum демонстрирует выраженную антагонистическую активность в отношении широкого спектра пищевых патогенов [1, 3]. Антимикробный потенциал данных микроорганизмов реализуется как за счет прямой клеточной конкуренции за питательные субстраты и места адгезии, так и посредством секреции богатого комплекса внеклеточных метаболитов, включая органические кислоты, бактериоцины, пептидные соединения и специфические ингибиторы [2, 4, 5, 8]. Накопленные к настоящему времени данные свидетельствуют о том, что механизм действия L. plantarum выходит далеко за рамки простого закисления среды и включает многоуровневое воздействие на физиологию и генетический аппарат патогенных бактерий [2, 5, 6].

Современные молекулярно-биологические и метаболомные исследования доказывают, что биологически активные вещества, продуцируемые L. plantarum, способны нарушать целостность клеточных мембран, подавлять подвижность и гидрофобность поверхностей патогенов, а также блокировать межклеточную коммуникацию, известную как система Quorum Sensing [2, 5, 6]. Ингибирование сигнальных каскадов кворума влечет за собой разрушение экзополисахаридного матрикса биопленок и репрессию генов, ответственных за синтез факторов вирулентности и токсинов [2, 5]. Кроме того, воздействие бесклеточных супернатантов L. plantarum провоцирует глубокие метаболические сбои в клетках патогенов, затрагивающие нуклеотидный обмен, биосинтез жирных кислот и центральные энергетические пути [4, 6]. Настоящий аналитический обзор посвящен систематизации и критическому осмыслению современных научных представлений о многофакторных механизмах антагонизма Lactiplantibacillus plantarum против Listeria monocytogenes и Vibrio parahaemolyticus, а также оценке практического потенциала их использования в сфере биоконсервации [1, 2, 4, 9]. Методы и материалы Настоящий аналитический обзор подготовлен на основе систематического анализа и обобщения актуальных научных публикаций за период 2021–2023 гг., индексируемых в международных базах данных PubMed, Scopus, Web of Science и eLIBRARY.ru. Поиск литературы осуществлялся по ключевым словам: «Lactiplantibacillus plantarum», «Listeria monocytogenes», «Vibrio parahaemolyticus», «antagonistic activity», «biofilms», «Quorum Sensing», «metabolomics» и «biopreservation».

В качестве критериев включения отбирались полнотекстовые рецензируемые статьи, содержащие экспериментальные данные о молекулярно-генетических механизмах антагонизма, метаболомном профилировании бесклеточных супернатантов (UPLC-MS/MS), количественном анализе экспрессии генов (RT-qPCR) и результатах практического использования метаболитов L. plantarum в биоконсервации пищевой продукции. Основная часть 2.1. Клеточный антагонизм, адгезия и ингибирование биопленок Антагонистическое действие живых клеток L. plantarum реализуется через механизмы конкуренции за питательные вещества, конкурентного исключения (exclusion) и вытеснения (displacement) уже адгезированных патогенов [2, 3]. В экспериментах со штаммом L. plantarum Z057 установлено, что совместное культивирование приводит к снижению количества планктонных клеток V. parahaemolyticus на 0,89 log CFU/mL, а биопленочных — на 1,54 log CFU/mL [2]. Предварительно сформированная биопленка L. plantarum предотвращает первичную адгезию патогена, снижая титр биопленочной фракции на 1,61 log CFU/mL [2, 3]. Обработка зрелой биопленки патогена клетками L. plantarum вызывает ее вытеснение со снижением численности клеток на 0,95 log CFU/mL [2].

Бесклеточные экстракты L. plantarum дозозависимо меняют физико-химические свойства поверхности патогенов [2, 3, 8, 11]. В частности, зафиксировано снижение гидрофобности клеточной стенки V. parahaemolyticus на 35,86% и угнетение автоагрегации до 4,81% под действием экстракта Z057-E в концентрации 1,6 мг/мл [2]. Подавление роения (swarming) и плавания (swimming) на 49,04% и 54,70% соответственно блокирует начальный этап колонизации и формирование трехмерной архитектоники биопленки [2, 5].

2.2. Супрессия системы Quorum Sensing и регуляция экспрессии генов Важным аспектом антимикробного действия метаболитов L. plantarum является подавление межклеточной коммуникации патогенов (Anti-Quorum Sensing) [2, 5]. Внеклеточные метаболиты L. plantarum Z057-E снижают активность сигнальных молекул Autoinducer-2 (AI-2) до 66,69% при концентрации 1,6 мг/мл [2]. Это приводит к деструкции внеклеточного полимерного матрикса (EPS): содержание внеклеточных полисахаридов снижается на 78,76%, а белков — на 51,91% [2, 5].

Молекулярно-генетический анализ (RT-qPCR) подтверждает, что обработка метаболитами L. plantarum вызывает репрессию ключевых генов патогенности [2, 5]:  генов жгутикового аппарата и подвижности [2];  генов биосинтеза компонентов EPS-матрикса [2, 5];  генов регуляторной системы кворума [2, 5];  генов синтеза токсинов и факторов вирулентности [2].

2.3. Мембранотропное действие и метаболомное перепрограммирование Исследование воздействия бесклеточного супернатанта L. plantarum SHY96 (LCFS96) против L. monocytogenes (MIC = 10 мг/мл) выявило глубокие изменения клеточной оболочки и метаболизма [1, 6]. Данные проточной цитометрии (окрашивание иодидом пропидия) и электронно-микроскопического анализа указывают на увеличение проницаемости мембран до 62,00% при 2× MIC (по сравнению с 5,15% в контроле), а также сморщивание и лизис клеток патогена [4, 5].

Результаты нецелевого метаболомного профилирования (UPLC-MS/MS) продемонстрировали достоверное изменение уровня 450 внутриклеточных метаболитов L. monocytogenes [4]. Ключевые нарушения затрагивают [4, 5]:

1. Нуклеотидный обмен: Подавление синтеза пуринов и пиримидинов (снижение уровней UMP, UDP, CMP, IMP, GMP) и накопление свободных азотистых оснований (урацила, гипоксантина), что ингибирует репликацию ДНК [4, 12].

2. Метаболизм жирных кислот: Накопление линолевой кислоты и ее оксилипинов (9-oxo-ODE, 9,10-DHOME), дестабилизирующих фосфолипидный бислой [4, 6].

3. Энергетический метаболизм: Избыточная активация цикла трикарбоновых кислот (TCA), приводящая к гиперактивации метаболизма, истощению ресурсов и гибели клетки [4, 6].

2.4. Применение в биоконсервации мясной продукции Практическая эффективность бесклеточных метаболитов L. plantarum подтверждена на модели охлажденной куриной грудки (4℃, 12 суток) [1, 4]. Обработка LCFS96 обеспечила снижение титра L. monocytogenes на 84,93% по сравнению с контрольной группой [4, 13]. Параллельно отмечено замедление накопления летучего щелочного азота (TVB-N) (на 12-й день: 13,97 мг/100 г при 2× MIC против 32,57 мг/100 г в контроле) и стабилизация pH [1, 4]. Обработанные образцы сохраняли органолептические характеристики, естественный цвет и текстуру на протяжении всего периода хранения [1, 4].

Заключение Систематизация современных данных доказывает, что Lactiplantibacillus plantarum представляет собой высокоэффективный многофункциональный агент биоконтроля, способный успешно подавлять жизнедеятельность опасных пищевых патогенов — Vibrio parahaemolyticus и Listeria monocytogenes. Антагонистический потенциал данного пробиотика реализуется через комплексный, иерархически организованный механизм, сочетающий прямой клеточный антагонизм и глубокое биохимическое воздействие его метаболитов на физиологию патогенных микроорганизмов. Ключевыми звенообразными факторами антимикробного действия L. plantarum являются:  Ингибирование адгезии и биопленкообразования: Живые клетки L. plantarum эффективно конкурируют за сайты связывания и вытесняют патогены из состава биопленок, а бесклеточные экстракты существенно снижают гидрофобность клеточной стенки и блокируют подвижность (swarming и swimming), предотвращая первичную колонизацию.  Блокирование системы Quorum Sensing и генная супрессия: Внеклеточные метаболиты подавляют сигнальную активность молекул AI-2, что приводит к разрушению экзополисахаридного матрикса (EPS) и сопровождается репрессией генов подвижности (flaA, flgM), синтеза EPS (cpsA, cpsQ, cpsR, ompW), системы кворума (luxS, opaR, aphA) и ключевых факторов вирулентности (toxS, toxR).  Мембранотропный эффект и метаболомный сбой: Действие бесклеточного супернатанта сопровождается необратимым нарушением проницаемости клеточных мембран патогенов, а также критическими метаболическими нарушениями — блокированием нуклеотидного обмена и репликации ДНК, дестабилизацией липидного бислоя накоплением оксилипинов и гиперактивацией цикла трикарбоновых кислот (TCA), приводящей к истощению энергетических ресурсов и лизису клеток. Практическая применимость данной технологии подтверждается успешными результатами биоконсервации мясной продукции, где метаболиты L. plantarum гарантируют выраженное подавление роста L. monocytogenes, ингибируют процессы порчи (накопление TVB-N, сдвиг pH) и сохраняют нативные органолептические качества продуктов при холодильном хранении. Таким образом, применение L. plantarum и его метаболома открывает широкие перспективы для создания экологически безопасных биоконсервантов нового поколения, способных заменить синтетические химические добавки в пищевой промышленности.