باکتریوفاژها در صنایع غذایی چیستند و چگونه می‌توان آن‌ها را کنترل کرد؟

باکتریوفاژها یا به اختصار فاژها، ویروس‌هایی هستند که به‌طور اختصاصی باکتری‌ها را آلوده می‌کنند و درون سلول‌های باکتریایی تکثیر می‌یابند. این ویروس‌ها در تمام محیط‌های طبیعی مانند خاک، آب، فاضلاب، و حتی در بدن انسان و حیوانات وجود دارند و از نظر فراوانی، به‌عنوان پرشمارترین موجودات زیستی روی کره زمین شناخته می‌شوند. واژه‌ی “باکتریوفاژ” در زبان یونانی به معنای «باکتری‌خوار» است، زیرا این ویروس‌ها پس از ورود به سلول میزبان، با استفاده از سیستم سلولی آن تکثیر یافته و در نهایت باعث تخریب و لیز سلول باکتریایی می‌شوند. در ادامه‌ی این مقاله، به بررسی روش‌ها و استراتژی‌های مختلف برای پیشگیری، شناسایی و کنترل آلودگی فاژی در صنایع غذایی خواهیم پرداخت.

همچنین بخوانید:

♣ انواع میکروب، عوامل بیماری زا و پاتوژن

♣ ضدعفونی کننده های رایج در صنایع غذایی و لبنی وآشنایی با عملکرد آنها

باکتریوفاژ چیست؟

باکتریوفاژها یا به اختصار فاژها، یا همان ویروس های باکتری خوار، ویروس‌هایی هستند که به‌طور اختصاصی باکتری‌ها را آلوده می‌کنند و درون سلول‌های باکتریایی تکثیر می‌یابند. این ویروس‌ها در تمام محیط‌های طبیعی مانند خاک، آب، فاضلاب، و حتی در بدن انسان و حیوانات وجود دارند و از نظر فراوانی، به‌عنوان پرشمارترین موجودات زیستی روی کره زمین شناخته می‌شوند. واژه‌ی “باکتریوفاژ” در زبان یونانی به معنای «باکتری‌خوار» است، زیرا این ویروس‌ها پس از ورود به سلول میزبان، با استفاده از سیستم سلولی آن تکثیر یافته و در نهایت باعث تخریب و لیز سلول باکتریایی می‌شوند.

ساختار باکتریوفاژها معمولاً از یک مولکول اسید نوکلئیک تشکیل شده که درون یک پوسته‌ی پروتئینی محافظ به نام کپسید قرار دارد. برخی فاژها دارای دم یا ساختارهای کمکی هستند که به آن‌ها در شناسایی و اتصال به سطح باکتری‌ها کمک می‌کند. به دلیل همین نقش دوگانه، شناخت دقیق و کنترل مؤثر باکتریوفاژها در محیط‌های غذایی و صنعتی اهمیت فراوانی دارد.

چرا کنترل باکتریوفاژ در صنایع غذایی مهم است؟

با وجود ماهیت ویروسی، باکتریوفاژها نقش مهمی در تعادل اکوسیستم‌های میکروبی و کنترل طبیعی جمعیت باکتری‌ها دارند. در صنایع غذایی، حضور فاژها می‌تواند دو جنبه‌ی متفاوت داشته باشد: از یک سو، در تولید برخی فرآورده‌های تخمیری مانند ماست، پنیر و دوغ، می‌توانند باعث اختلال در فرآیند تخمیر و کاهش کیفیت محصول شوند. از سوی دیگر، در زمینه‌ی ایمنی غذایی، از آن‌ها به‌عنوان ابزار زیستی برای کنترل باکتری‌های بیماری‌زا مانند لیستریا و سالمونلا استفاده می‌شود.

انواع باکتریوفاژ:

 انواع مختلفی از باکتریوفاژها وجود دارد که به گونه های خاصی از باکتری ها تمایل دارند و فقط میزبان باکتریایی خاصی را آلوده می کنند، فاژها هم مانند سایر ویروس ها اسیدنوکلئیک درونی دارند که مبنای طبقه بندی آن ها قرار می گیرد. باکتریوفاژ برا مبنای نوع جنس یعنی نوع اسید نوکلئیک آن ها و ظاهر و سایزشان دسته بندی می شوند. مدل ها یا انواع باکتریوفاژ براساس ساختار به سه شکل زیر تقسیم می شوند:

• بیست وجهی مانند MS2
• مارپیچی یا رشته ای مانند M13
• فاژهای دارای سر و دم مانند T4و λ

کاربردهای باکتریوفاژها

استفاده از باکتریوفاژها به عنوان یک روش جایگزین برای کنترل باکتری های بیماری زا پیشنهاد شده است. در سال های اخیر گزارش های متعددی در مورد استفاده موفقیت آمیز از باکتری خوار در زمینه های مختلف از جمله  کاربرد باکتریوفاژها در صنایع غذایی و دارویی گزارش شده است. اکنون چندین شرکت در حال تجاری سازی باکتریوفاژها یا محصولات مبتنی بر باکتریوفاژ برای اهداف درمانی هستند. سایر کاربردهای آن به شرح زیر است:

• کاربرد باکتریوفاژ در بهداشت و ایمنی مواد غذایی
• کاربرد باکتریوفاژها در صنایع لبنی
• کشاورزی
• آبزی پروری
• کاربرد باکتریوفاژها در درمان عفونت های باکتریایی
• کاربرد باکتری خوار در بیوکنترل پاتوژن های مواد غذایی

در بخش زیر، با جزئیات به توضیح هر مورد می پردازیم.

۱. کاربرد باکتریوفاژ در بهداشت و ایمنی مواد غذایی

فاژها می‌توانند به‌طور مؤثری پاتوژن‌های غذایی مانند لیستریا ،سالمونلا و اشرشیا کلای را از بین ببرند. از آنها برای ضدعفونی سطح گوشت، مرغ، ماهی، سبزیجات تازه و تجهیزات فرآوری مواد غذایی استفاده می‌شود. مزیت اصلی این روش، عدم باقی‌ماندن بقایای شیمیایی و عدم تأثیر بر بافت و طعم محصول است.

۲. کاربرد باکتریوفاژها در صنایع لبنی

در فرآورده‌های تخمیری مانند ماست و پنیر، آلودگی فاژی می‌تواند منجر به توقف یا تأخیر در فرآیند تخمیر شود. از این‌رو، شناخت و کنترل باکتریوفاژها در صنایع لبنی برای حفظ کیفیت و پایداری تولید ضروری است. علاوه بر این، از فاژهای خاص نیز می‌توان به عنوان ابزار زیستی برای کنترل باکتری‌های مضر مانند لیستریا و استافیلوکوکوس در خطوط تولید لبنی استفاده کرد.

۳. کاربرد فاژها در کشاورزی

در حوزه کشاورزی، باکتریوفاژها به عنوان یک روش بیوکنترل در برابر بیماری‌های باکتریایی گیاهان به کار می‌روند. برای مثال، از فاژهای خاص برای کنترل باکتری‌های عامل بیماری‌هایی مانند لکه باکتریایی گوجه‌فرنگی ، آتشک در درختان سیب و گلابی  و پژمردگی باکتریایی در سبزیجات استفاده شده است. این روش جایگزین مناسبی برای سموم شیمیایی بوده و در جهت کشاورزی پایدار اهمیت زیادی دارد.

۴. کاربرد در آبزی‌پروری

در مزارع پرورش ماهی و میگو، شیوع باکتری‌های بیماری‌زا مانند Vibrio spp. یا Aeromonas hydrophila می‌تواند خسارت‌های زیادی ایجاد کند. استفاده از باکتریوفاژها به‌عنوان عامل زیستی جایگزین آنتی‌بیوتیک‌ها، روشی مؤثر برای کنترل بیماری‌های باکتریایی در محیط‌های آبی است. این فناوری نه‌تنها از بروز مقاومت آنتی‌بیوتیکی جلوگیری می‌کند بلکه خطر باقی‌مانده‌های دارویی در آبزیان و محیط زیست را نیز کاهش می‌دهد.

۵. کاربرد باکتریوفاژها در درمان عفونت‌های باکتریایی

در پزشکی، درمان فاژی یکی از امیدبخش‌ترین جایگزین‌ها برای آنتی‌بیوتیک‌ها است. فاژها می‌توانند به‌طور هدفمند به باکتری‌های مقاوم مانند استافیلوکوکوس مقاوم به متی‌سیلین، Pseudomonas aeruginosa و Klebsiella pneumoniae حمله کنند.

۶. کاربرد باکتریوفاژ در بیوکنترل پاتوژن‌های مواد غذایی

در زنجیره تأمین و فرآوری مواد غذایی، باکتریوفاژها به‌عنوان یک ابزار بیولوژیکی برای کاهش آلودگی‌های میکروبی بدون نیاز به مواد شیمیایی مورد استفاده قرار می‌گیرند. این کاربردها شامل پوشش‌دهی سطوح بسته‌بندی، اسپری‌کردن بر روی محصولات تازه، و افزودن فاژ به محلول‌های شست‌وشو است. در این زمینه، فاژها به‌ویژه برای افزایش ایمنی، ماندگاری و کیفیت مواد غذایی مؤثر شناخته شده‌اند.

چرخه زندگی باکتریوفاژ

در طول عفونت، فاژ به یک باکتری متصل می شود و مواد ژنتیکی خود را وارد سلول می کند. پس از آن یک فاژ معمولاً یکی از دو چرخه زندگی را دنبال می کند، لیتیک یا لیزوژنیک. فاژهای لیتیک ماشین سلول را برای ساخت اجزای فاژ در اختیار می گیرند. سپس سلول را از بین می برند یا لیز می کنند و ذرات فاژ جدید آزاد می کنند. فاژهای لیزوژنیک اسید نوکلئیک خود را در کروموزوم سلول میزبان وارد می کنند و با آن به عنوان یک واحد بدون تخریب سلول همانند سازی (همانند سازی فاژها) می کنند. تحت شرایط خاصی می توان فاژهای لیزوژنیک را وادار کرد تا یک چرخه لیتیک را دنبال کنند.

کنترل باکتریوفاژها در صنایع غذایی

باکتری خوارها تقریبا در همه جا یافت می شوند. به طور کلی، راهبردهای پیشگیری مانند بهداشت خوب آزمایشگاه یا کارخانه، استریلیزاسیون، ضدعفونی و گندزدایی برای جلوگیری از آلودگی باکتریوفاژها ضروری است. شناسایی و غیر فعالسازی باکتریوفاژها در صنایع لبنی از بالاترین اهمیت برخوردار است. چراکه مصرف لبنیات بالاترین سرانه مصرف در هر کشور را دارد و مسمومیت های ناشی از باکتری لبنیات می تواند بسیار خطرساز باشد.

• کنترل زیستی فاژ در سطح مزرعه
• کنترل زیستی فاژ و بهداشت در مرحله قبل از برداشت تولید
• کنترل باکتریوفاژ در فارم طیور
• کنترل باکتریوفاژ در فارم گاوها
• کنترل باکتریوفاژ در کودها
• کنترل زیستی فاژ در مرحله فرآوری غذا
• کنترل زیستی فاژ در مرحله تولید پس از برداشت
• کنترل باکتریوفاژ در گوشت
• کنترل باکتریوفاژ در غذاهای میوه و سبزیجات
• کنترل باکتریوفاژ در آنزی بیوتیک ها

ضدعفونی کننده های موثر بر باکتریوفاژ کدامند؟

باکتریوفاژها یکی از چالش‌های جدی در صنایع لبنی به‌ویژه در تولید فرآورده‌های تخمیری مانند ماست و پنیر هستند. آلودگی فاژی می‌تواند باعث اختلال در تخمیر، کاهش عملکرد باکتری‌های استارتر و افت کیفیت محصول نهایی شود. از این‌رو، انتخاب و به‌کارگیری ضدعفونی‌کننده‌های مؤثر بر فاژها در خطوط تولید و تجهیزات فرآوری اهمیت حیاتی دارد.

انتخاب ضدعفونی‌کننده مناسب باید بر اساس چند عامل کلیدی صورت گیرد، از جمله نوع و شدت آلودگی فاژی، سازگاری شیمیایی محلول با تجهیزات و سطوح فلزی یا پلیمری، دمای کاربردی، زمان تماس مؤثر و ایمنی برای محیط زیست و کارکنان.

در گذشته، ضدعفونی‌کننده‌های متداولی همچون فرمالین، پراکسید هیدروژن و ترکیبات آمونیوم چهارتایی برای کنترل آلودگی‌های میکروبی، از جمله فاژها، مورد استفاده قرار می‌گرفتند. هرچند این ترکیبات در غلظت‌های بالا قادر به غیرفعال‌سازی فاژها هستند، اما نیاز به زمان اثر طولانی (حداقل ۱۰ دقیقه) دارند و در برخی موارد ممکن است موجب خوردگی سطوح فلزی تجهیزات یا باقی‌ماندن اثرات نامطلوب شیمیایی شوند.

در سال‌های اخیر، ضدعفونی‌کننده‌های بر پایه پراستیک اسید به عنوان یکی از مؤثرترین و ایمن‌ترین گزینه‌ها برای کنترل آلودگی فاژی در صنایع لبنی معرفی شده‌اند. پراستیک اسید در رده‌بندی جهانی به عنوان ضدعفونی‌کننده سطح بالا  شناخته می‌شود و توسط سازمان غذا و داروی آمریکا و سازمان حفاظت محیط زیست مورد تأیید است.

کلام آخر:

کنترل آلودگی ویروسی ناشی از باکتریوفاژها و موفقیت در این مهم، احتیاج به رعایت مدیریت جامع بهداشتی دارد. در این موارد، استفاده از ضدعفونی کننده سطح بالایی همچون فوداسیب، محصول برتر صنایع آرال شیمی توصیه می گردد. این محلول نه تنها یک محلول گندزدای صنعتی سطح بالا و بر پایه پراستیک اسید و فودگرید است، بلکه در زمینه ی باکتری کشی، ویروس کشی، کنترل اسپور قارچ ها، باکتری خوارها و از طرفی مسایل ایمنی زیستی، تا حدود زیادی نگرانی ها را برطرف می سازد. همچنین کنترل باکتریوفاژها را در کوتاهترین زمان، ممکن می سازد.