غربالگری و شناسایی مولکولی باکتری های بومی تولید کننده رنگدانه کارتنوئیدی و مقایسه اثرات زیستی آنها با رنگدانه‌های استخراج شده از گیاهان (انار، چغندر و زرشک)
محورهای موضوعی : زیست شناسی
ندا چیت ساز
1
,
مهرداد معماریان
2
*
,
علی جوادی
3
1 - گروه میکروبیولوژی، دانشکده علوم پایه، واحد قم، دانشگاه آزاد اسلامی، قم، ایران
2 - گروه میکروبیولوژی، واحد قم، دانشگاه آزاد اسلامی، قم، ایران
3 - گروه میکروبیولوژی،، واحد قم، دانشگاه آزاد اسلامی، قم، ایران
کلید واژه: رنگدانه, باکتری, اکتینومایست, جداسازی, شناسایی مولکولی,
چکیده مقاله :
استفاده از رنگدانه‌های طبیعی به عنوان جایگزین‌ها برای داروهای شیمیایی در کنترل رشد باکتری‌ها توجه زیادی را جلب کرده است. هدف از این پژوهش، شناسایی باکتری‌های بومی تولیدکننده رنگدانه‌های کارتنوئیدی و مقایسه اثرات این رنگدانه‌ها با انواع استخراج‌شده از گیاهان انار، چغندر و زرشک است. تعداد 50 نمونه خاک از مناطق مختلف مزارع شهر قم جمع آوری شد. با استفاده از محیط کشت اختصاصی SCA و روش‌های بیوشیمیایی جدایه‌های اکتینومیست انتخاب شدند. جدایه‌های مولد رنگدانه با استفاده از محیط کشت ISP2 شناسایی و عصاره متانولی رنگدانه‌های گیاهی و باکتریایی آنها استخراج شد. با استفاده از FT-IR نوع رنگدانه باکتریایی شناسایی شد. اثرات ضد باکتریایی و ضد اکسیدانی رنگدانه‌های باکتریایی و گیاهی ارزیابی شد. بهترین جدایه با استفاده از شناسایی ژن 16s rRNA شناسایی مولکولی شد. داده‌های بدست آمده مشخص کرد که رنگدانه‌های باکتریایی و گیاهی استخراج‌شده اثرات ضد اکسیدانی قابل توجه‌ای دارند و همچنین رنگدانه باکتریایی اثر مهاری رشد علیه پاتوژن‌های استافیلوکوکوس اورئوس و اشرشیا کلی با قطر هاله بیش از 30 میلی‌متر از خود نشان داد. تعیین توالی باکتری منتخب نشان داد که جدایه بدست آمده شباهت 100 درصدی به استرپتومایسس گرامینئوس دارد. این پژوهش نشان می‌دهد رنگدانه‌های کارتنوئیدی تولید شده توسط باکتری‌های بومی و گیاهان ارزیابی شده، دارای اثرات ضد اکسیدانی قوی هستند و می‌توانند در فرآیندهای درمانی و یا به عنوان افزودنی به مواد خوراکی استفاده شوند. پیشنهاد می‌شود که مطالعات بیشتری برای شناسایی ترکیبات فعال این رنگدانه‌ها و بررسی مکانیزم‌های دقیق اثر آنها صورت گیرد.
The use of natural pigments as alternatives to chemical drugs in controlling bacterial growth has attracted much attention. This study aimed to identify indigenous bacteria producing carotenoid pigments and compare the effects of these pigments with those extracted from pomegranate, beet, and barberry plants. Fifty soil samples were collected from different areas of Qom farms. Actinomycetes isolates were selected using SCA-specific culture medium and biochemical methods. Pigment-producing isolates were identified using ISP2 culture medium, and methanol extracts of their plant and bacterial pigments were extracted. The type of bacterial pigment was determined using Fourier Transform Infrared spectroscopy (FT-IR). The antibacterial and antioxidant effects of bacterial and plant pigments were evaluated. The best isolate was molecularly identified using the 16s rRNA gene identification. The obtained data revealed that the extracted bacterial and plant pigments have significant antioxidant effects, and the bacterial pigment also showed a growth inhibitory effect against pathogens Staphylococcus aureus and Escherichia coli, with a halo diameter of more than 30 mm Sequencing of the selected bacteria showed that the obtained isolate has 100% similarity to Streptomyces gramineus. This study shows that the carotenoid pigments produced by the native bacteria and evaluated plants have strong antioxidant effects and can be used in therapeutic processes or as food additives. It is suggested that further studies be conducted to identify the active compounds of these pigments and investigate the precise mechanisms of their action.
1. Carrillo C, Nieto G, Martinez-Zamora L, Ros G, Kamiloglu S, Munekata PE, et al. Novel approaches for the recovery of natural pigments with potential health effects. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2022;70(23):6864-83.
2. Di Salvo E, Lo Vecchio G, De Pasquale R, De Maria L, Tardugno R, Vadalà R, et al. Natural pigments production and their application in food, health and other industries. Nutrients. 2023;15(8):1923.
3. Tuli HS, Chaudhary P, Beniwal V, Sharma AK. Microbial pigments as natural color sources: current trends and future perspectives. Journal of food science and technology. 2015;52:4669-78.
4. Rasouli A, Aghaei SS, Zargar M. Bio-production of Single-cell Oil by Rhodococcus Erythropolis PTCC 1767 Bacterial using Low-cost Carbon Sources. Journal of Microbial Biology. 2020;9(35):71-85.
5. Rasouli A, Aghaei SS, Zargar M. Single-cell oil production using low-cost carbon sources by newly isolated Kocuria Y205. Archives of Hygiene Sciences. 2021;10(2):143-54.
6. Ahmad WA, Wan Ahmad WY, Zakaria ZA, Yusof NZ, Ahmad WA, Ahmad WYW, et al. Isolation of pigment-producing bacteria and characterization of the extracted pigments. Application of Bacterial Pigments as Colorant: The Malaysian Perspective. 2012:25-44.
7. Ghorbani M, Sedaghat N, Milani E, Koocheki A. Evaluation of color and texture characteristics of "ready to eat" pomegranate arils during storage and optimization of packaging conditions using response surface methodology (RSM). Journal of food science and technology. 2017;14(66):16-1.
8. Zohouri A, Tabatabaee Yazdi F, Mortazavi SA, Shahidi F. Comparison of efficiency and extraction of color and natural compounds from red beet by maceration and ultrasonic extraction methods. Journal of Food Science & Technology (2008-8787). 2016;13(52).
9. Chaturwedi SB, Mainali S, Chaudhary R. Antibacterial activity of pigment extracted from bacteria isolated from soil samples. BMC Research Notes. 2024;17(1):169.
10. Agarwal H, Bajpai S, Mishra A, Kohli I, Varma A, Fouillaud M, et al. Bacterial pigments and their multifaceted roles in contemporary biotechnology and pharmacological applications. Microorganisms. 2023;11(3):614.
11. Maoka T. Carotenoids as natural functional pigments. Journal of natural medicines. 2020;74(1):1-16.
12. Kasiri MB, Safapour S. Exploring and exploiting plants extracts as the natural dyes/antimicrobials in textiles processing. 2015.
13. Metwally RA, El Sikaily A, El-Sersy NA, Ghozlan HA, Sabry SA. Antimicrobial activity of textile fabrics dyed with prodigiosin pigment extracted from marine Serratia rubidaea RAM_Alex bacteria. The Egyptian Journal of Aquatic Research. 2021;47(3):301-5.
14. Parte A, Whitman WB, Goodfellow M, Kämpfer P, Busse H-J, Trujillo ME, et al. Bergey's manual of systematic bacteriology: volume 5: the Actinobacteria: Springer Science & Business Media; 2012.
15. Fakhari A, Baghipour S. Extraction of a food colorant from red beet and evaluation of its stability. Journal of color science and technology. 2009;3(4):243-50.
16. Nuanjohn T, Suphrom N, Nakaew N, Pathom-Aree W, Pensupa N, Siangsuepchart A, et al. Actinomycins from Soil-Inhabiting Streptomyces as Sources of Antibacterial Pigments for Silk Dyeing. Molecules. 2023;28(16):5949.
17. Nabi BG, Mukhtar K, Ahmed W, Manzoor MF, Ranjha MMAN, Kieliszek M, et al. Natural pigments: Anthocyanins, carotenoids, chlorophylls, and betalains as colorants in food products. Food Bioscience. 2023;52:102403.
18. Kazi Z, Hungund BS, Yaradoddi JS, Banapurmath N, Yusuf AA, Kishore KL, et al. Production, characterization, and antimicrobial activity of pigment from Streptomyces species. Journal of Nanomaterials. 2022;2022(1):3962301.
19. Padhan B, Poddar K, Sarkar D, Sarkar A. Production, purification, and process optimization of intracellular pigment from novel psychrotolerant Paenibacillus sp. BPW19. Biotechnology Reports. 2021;29:e00592.
20. Siddharthan N, Sandhiya R, Hemalatha N. Extraction and Characterization of Antibacterial Pigment from Roseomonas Gilardii YP1 Strain in Yercaud Soil. EXTRACTION. 2020;13(3).
21. Tiwari BK, Cullen PJ. Extraction of red beet pigments. Red beet biotechnology: Food and pharmaceutical applications: Springer; 2012. p. 373-91.
22. Sharifi A, Hassani B. Extraction methods and stability of color extracted from barberry pigments. International Journal of AgriScience. 2012;2(4):327-0.