Бактериофаги (фаги) — это вирусы, которые могут атаковать микроорганизмы йогур-
та и уничтожать их. В результате замедляется образование молочной кислоты, что
ведет к нарушению процесса коагуляции молока. В течение нескольких прошлых десятилетий исследования фагов мезофильных молочнокислых бактерий активизировались — прежде всего из-за экономического значения сыров в молочной промышленности. Интерес к бактериофагам, атакующим термофильные молочнокислые бактерии (то есть культуры йогурта) возник, во-первых, потому, что объем мирового производства йогурта значительно увеличился, и неудачи в его промышленном производстве ведут к большим экономическим потерям. Во-вторых, изготовление йогурта стало более централизованным, и появление бактериофагов может стать крупной проблемой. В-третьих,
штаммы S.thermophilus и L.delbrueckii подвида bulgaricus широко используются в изготовлении сыров с высокой температурой второго нагревания (например, швейцарского сыра), и поэтому проблемы с бактериофагами могут вести к замедлению процесса и получению сыра низкого качества. В связи с этим исследования бактериофагов интенсифицировались, и появилось большое количество публикаций по этому вопросу.
Бактериофаг обычно состоит из головы и хвоста. Вид, способный воздействовать на молочнокислые бактерии, может состоять из двойной цепи ДНК в линейной форме, которая расположена в голове. Содержание гуанина и цистина
(Г+Ц) бактериофага сходно с содержанием Г+Ц в хромосомах бактерий «хозяев», и этим можно объяснить сродство бактериофага и «хозяина». Для классификации бактериофагов было предложено много методов, но они не
стали общепринятыми. В таксономии бактериофагов выделяют три группы, известные как семейства бактериофагов. Бактериофаги культур закваски для йогурта описываются как имеющие изометричную голову и несокращающиеся хвосты. Некоторые бактериофаги могут иметь «воротник», расположенный под головой, и базальную пластинку на конце хвоста с мелкими шипами. В зависимости от реакций роста в бактериальном «хозяине» бактериофаги делятся на две основные категории — на вирулентные (лизирующие) или литические бактериофаги (которые могут инфицировать и растворять (лизис) клетку-хозяина), и на умеренные (профаги) или лизогенные (невирулентные) бактериофаги (которые не растворяют бактериального хозяина, а вставляют свои геномы в его хромосому).
Литический цикл бактериофагов включает несколько стадий, известных как адсорбция на бактериальном хозяине, введение ДНК бактериофага, созревание бактериофага и лизис бактериальной клетки. Лизогенный цикл обычно включает только первые две стадии, так как вместо созревания в бактериальном хозяине ДНК бактериофага
вставляется в хромосому бактерии. Это действие происходит в ходе единственного акта рекомбинации, имеющего место в определенной области подобия между ДНК бактериофага и ДНК бактериального хозяина. Эту область
называют областью интеграции ДНК умеренных фагов и бактериальных хромосом (attР в геноме бактериофага и attВ в бактериальном хозяине). При этом лизиса бактериального хозяина не происходит; ДНК бактериофага, называемая теперь пробактериофагом, реплицируется одновременно с ДНК бактериального хозяина, давая потомство лизогенных клеток. Такие бактериофаги известны как умеренные бактериофаги. Для наблюдения морфологии бактериофагов S.thermophilus и L.delbrueckii подвида bulgaricus многие исследователи использовали электронную микроскопию/
Наблюдалось, что шесть из семи бактериофагов S.thermophilus были подобны, то есть голова, которая была многогранной или, возможно, восьмигранной, имела 49-53 нм в диаметре, длина хвоста составляла 200-224 нм (за исключением одного длиной 130 нм), ширина хвоста 8 -9 нм; кончик хвоста имел небольшую пластинку, покрытую короткими шипами или волокнистой массой; седьмой тип фага не имел определенной структуры кончика хвоста. Исследование показало, что стрептококковые бактериофаги, полученные из различных научно-исследовательских лабораторий Европы, имеют различные морфологические размеры.
Отличительные характеристики бактериофагов S.thermophilus можно охарактеризовать следующим образом:
• выделено три уровня чувствительности микроорганизма к бактериофагу: нечувствительный к бактериофагам, толерантный к бактериофагам (носители частиц) и чувствительный к бактериофагам (полный лизис клетки хозяина);
• российские исследователи Н. С. Королева и др. разделили бактериофаги S.thermophilus на две группы на основе морфологических наблюдений — голова в форме правильного многогранника 40 нм в диаметре и другие (размер головы 65 нм в диаметре);
• все вирулентные бактериофаги S.thermophilus принадлежат к одной гомологической группе ДНК, и на основе профилей белка и степени гомологии этих бактериофагов они были разделены на две или три подгруппы;
• было идентифицировано три различных механизма устойчивости
бактериофага в бактериальном хозяине, один из которых зависел от температуры;
• метод измерения проводимости и испытания методом пятна (капельная проба) успешно использовались для обнаружения бактериофагов в S.thermophilus и закваске для йогурта соответственно;
• лизогенные штаммы и многие умеренные бактериофаги S.thermophilus могут иметь эндогенное происхождение.
Нападение вирулентных бактериофагов на клетки S.thermophilus приводит к лизису стенок клетки ферментом лизином, который выделяют вновь образованные бактериофаги в среду роста.
Данные об инфицировании L.acidophilus и Bifidobacterium бактериофагами отсутствуют. Можно утверждать, что присутствие этих культур в биойогурте необходимо скорее для наличия пробиотических клеток в продукте, чем для гелеобразования в молоке под действием выделяющейся молочной кислоты. Интерес, возникший в результате использования этих микроорганизмов в составе закваски, может стимулировать исследования их бактериофагов. Начиная с 1970-х гг. интенсивность исследований бактериофагов термофильных молочнокислых микроорганизмов существенно увеличилась
Что касается вирусов, атакующих S.thermophilus и L.delbrueckii подвида bulgaricus, то представляется существенным, что:
• если молоко является источником загрязнения бактериофагами, тепловая обработка при 85 °С в течение 20 мин гарантирует их разрушение; сырое молоко может быть источником бактериофагов, что приводит к проблемам в Европе при изготовлении некоторых традиционных сыров из сырого молока;
• оптимальная температура развития бактериофагов — та же, что и оптимальная температура роста хозяина, то есть для фагов S.thermophilus — 39-40 °С и для бактериофагов L.delbrueckii подвида bulgaricus — 42-43 °С;
• химическая стерилизация оборудования с помощью 0,1% ЧАС, 70-90% этилового спирта (этанола), 0,5-1,0% марганцовокислого калия или 50-100 мг/л хлора разрушает фаги S.thermophilus; для инактивации культуры бактериофагов закваски для йогурта рекомендованы надуксусная (перуксусная) кислота (120-300 мг/л) и активный хлор (> 2,6 мг/л);
• определенные фаги воздействуют на конкретные виды и/или штаммы, то есть фаги мезофильных молочнокислых микроорганизмов не атакуют термофильные культуры, и, кроме того, фаги S.thermophilus не атакуют штаммы L.delbrueckii подвида bulgaricus;
• лизис видов Lactobacillus, включая L.delbrueckii подвида bulgaricus происходит из-за действия бактериоцинов, производимых некоторыми лактобактериями и бактериофагами.
Поэтому очевидно, что для исключения заражения бактериофагом необходимо принять одну или несколько из следующих предупредительных мер:
• использовать для культивирования и производства закваски асептические методы;
• обеспечить эффективную стерилизацию посуды и оборудования;
• обеспечить надлежащую термообработку молока;
• ограничить перемещение персонала в заквасочнои и расположить ее подальше от производства;
• обеспечить очистку воздуха в заквасочной и в производственной зоне;
• при пересеве закваски в небольших количествах обрабатывать заквасочную с помощью раствора гипохлорита (не рекомендуется) или использовать рабочее место (вытяжной шкаф) с ламинарным потоком воздуха;
• культивировать закваски в среде, подавляющей бактериофаги;
• проводить ежедневную смену фагостойких штаммов S.thermophilus и L.delbrueckii подвида bulgaricus;
• получать производственную закваску или даже готовый продукт, используя систему прямого заквашивания;
• использовать терпин (полученный из ароматических растений методом дистилляции паром) в количестве 500 мг/100 л или масло черного перца, что препятствует инфицированию бактериофагами, но не мешает росту L.delbrueckii подвида bulgaricus;
• культивировать закваску для йогурта в соевом молоке, что препятствует инфицированию бактериофагами.
