Antagonistic activity of peptides produced by lactic acid bacteria and yeast: mechanisms of their action and possibilities of targeted application in the food industry
Authors: Каночкина М.С. , Тарасова В.В. , Коновалова А.Д. 
Published: June 2023

Интерес к антагонистической активности пептидов, продуцируемых молочнокислыми бактериями и дрожжами, не спадает, поскольку велик их потенциал с прикладной точки зрения. Действительно, с одной стороны, широко признано, что общее качество продукции сельскохозяйственной и пищевой промышленности негативно связано с развитием порчи, плесени и патогенных микроорганизмов. С другой стороны, возможность замены химических консервантов натуральными противомикробными препаратами соответствует возросшему потребительскому спросу и интересу к продуктам питания с минимальной обработкой и «более экологичным» добавкам к пище и напиткам. В результате число исследований, которые были сосредоточены на роли биоактивных молекул, продуцируемых микроорганизмами-антагонистами, продолжает увеличиваться, а применению естественных подходов для противодействия нежелательным микроорганизмам в пищевых матрицах уделяется значительное внимание. Кроме того, антагонистическое действие дрожжей и молочнокислых бактерий по отношению к другим микроорганизмам привлекает все большее внимание и стимулирует их применение в качестве средств общего биоконтроля для защиты сельскохозяйственных культур и в качестве терапевтических средств для использования в биопрепаратах для человека и в ветеринарии. Настоящее исследование направлено на обобщение информации о свойствах бактериоцинов лактобактерий и киллер-токсинов дрожжей, которые могут быть в дальнейшем использованы в пищевой промышленности. Был проведен отбор ста десяти научных работ, опубликованных в период с 2017 по 2023 гг., с помощью пяти поисковых систем и официальных баз данных. В общей сложности было выявлено 85 исследований, соответствующих критериям включения. Для понимания природы антибактериальных пептидов описаны их механизм действия и биосинтезирующие системы. Систематизированы данные об антибактериальных свойствах киллер-токсинов и бактериоцинов, возможности применения в пищевой промышленности в качестве биоконсервантов бактериоциногенных заквасочных культур, в том числе возможности создания многокомпонентных заквасочных культур. С целью установления лучшего контроля над получаемыми функциональными продуктами целесообразно выяснить природу, механизмы синтеза и взаимодействия описываемых антимикробных веществ. Обозначены примеры и основные направления применения описанных пептидов с антагонистической активностью. Выявленные серьезные преимущества наличия киллерного эффекта у некоторых штаммов дрожжей и продуцирование бактериоцинов у молочнокислых бактерий делает целесообразным многокритериальный скрининг и выделение новых штаммов с антагонистическими свойствами. Подобный подход способен преобразовать функциональный потенциал биологических продуцентов в реальные технологии разработки пищевых продуктов с заданными свойствами и характеристиками.

Interest in the antagonistic activity of peptides produced by lactic acid bacteria and yeast does not subside, since their potential is great from an applied point of view. Indeed, on the one hand, it is widely recognized that the overall quality of agricultural and food products is negatively associated with the development of spoilage, mold and pathogenic microorganisms. On the other hand, the possibility of replacing chemical preservatives with natural antimicrobials corresponds to increased consumer demand and interest in food with minimal processing and «more environmentally friendly» additives to food and beverages. As a result, the number of studies that have focused on the role of bioactive molecules produced by antagonistic microorganisms continues to increase, and significant attention is paid to the use of natural approaches to counteract undesirable microorganisms in food matrices. In addition, the antagonistic effect of yeast and lactic acid bacteria in relation to other microorganisms attracts increasing attention and stimulates their use as means of general biocontrol to protect crops and as therapeutic agents for use in biological products for humans and veterinary medicine. The present study is aimed at generalizing information about the properties of lactobacillus bacteriocins and yeast killer toxins, which can be further used in the food industry. One hundred and ten scientific papers published in the period from 2017 to 2023 were selected using five search engines and official databases. A total of eighty-five studies were identified that met the inclusion criteria. To understand the nature of antibacterial peptides, their mechanism of action and biosynthetic systems are described. The data on the antibacterial properties of killer toxins and bacteriocins, the possibility of application in the food industry as bioconservants, bacteriocinogenic starter cultures, including the possibility of creating multicomponent starter cultures, are systematized. In order to establish better control over the obtained functional products, it is advisable to find out the nature, mechanisms of synthesis and interaction of the antimicrobial substances described. Examples and main directions of application of the described peptides with antagonistic activity are indicated. The revealed serious advantages of the presence of a killer effect in some yeast strains and the production of bacteriocins in lactic acid bacteria make it advisable to multi-criteria screening and isolation of new strains with antagonistic properties. Such an approach is able to transform the functional potential of biological producers into real technologies for the development of food products with specified properties and characteristics.