Evaluation of the probiotic properties of lactic acid bacteria isolated from fermented plant-based beverages

في الزوايا الهادئة لعلوم الأغذية، غالبًا ما يتطلع الباحثون إلى الماضي للعثور على المستقبل. فلقرون مضت، اعتمد الناس على التخمير لحفظ الطعام وابتكار نكهات جديدة، وهي عملية تقودها عمال صغار غير مرئيين يُعرفون باسم بكتيريا حمض اللاكتيك. هذه الكائنات الدقيقة هي المحرك وراء الزبادي، والكرنب المخلل (ساوركراوت)، وعجينة الساوردو، حيث تحول المكونات البسيطة إلى منتجات معقدة ومستقرة. وفضلاً عن جعل الطعام مذاقه جيداً، تُعتبر بعض هذه البكتيريا "بروبيوتيك" (معززات حيوية)، مما يعني أنها تستطيع النجاة في رحلتها عبر الجهاز الهضمي البشري وتقديم فوائد صحية من خلال المساعدة في موازنة المجتمع الطبيعي للميكروبات في الأمعاء. وبينما درس العلماء هذه البكتيريا لفترة طويلة في منتجات الألبان مثل الحليب والجبن، هناك فضول متزايد حول ما إذا كان يمكن العثور عليها وهي تزدهر في المشروبات النباتية. وهذه المخمرات النباتية، المصنوعة من الخضروات والحبوب والفواكه، قد تحتوي على سلالات فريدة من البكتيريا المتكيفة طبيعياً مع البيئات القاسية، مما يوفر أدوات جديدة لإنشاء أطعمة صحية ووظيفية.

لقد شرع فريق من الباحثين في أوكرانيا في استكشاف هذه الإمكانات من خلال توجيه اهتمامهم إلى ثلاثة مشروبات مخمرة تقليدية: كفاس الشمندر (beet kvass)، وكفاس الشوفان (oat kvass)، وكفاس "رهباني" (monastic) معقد مصنوع من الجاودر (الراي) والمالت والفواكه. لم يكن هدفهم مجرد العثور على بكتيريا، بل معرفة ما إذا كانت السلالات المحددة التي تعيش في هذه المشروبات يمكنها النجاة في الظروف الصعبة للجسم البشري ومحاربة الجراثيم الضارة. بدأوا بجمع عينات من هذه المشروبات وزراعة البكتيريا في بيئة مختبرية. ومن كفاس الشمندر، عزلوا ثلاث عشرة مستعمرة بكتيرية متميزة؛ بينما أسفر كفاس الشوفان عن خمس عشرة؛ وقدم الكفاس الرهباني ثماني مستعمرات. وفي المجمل، جمعوا ست وثلاثين عزلة بكتيرية فريدة لدراستها. وتحت المجهر، ظهرت هذه البكتيريا كخلايا قصيرة تشبه العصيات، بعضها يقف بمفرده والبعض الآخر مرتبط في سلاسل قصيرة، وهو شكل نموذجي لعائلة حمض اللاكتيك.

لفهم ماهية هذه البكتيريا، اختبر الباحثون كيفية سلوكها تحت ظروف مختلفة. فقد تحققوا مما إذا كانت البكتيريا قادرة على النمو في الماء المالح، أو في درجات حرارة عالية، أو في البيئات الحمضية. كما راقبوا ما إذا كانت البكتيريا تستطيع تحويل السكريات إلى غاز أو تكسير بروتينات معينة. وباستخدام هذه القرائن السلوكية، حددوا السلالات. البكتيريا المستخرجة من كفاس الشمندر، والتي أطلقوا عليها اسم السلالة BK، تنتمي إلى مجموعة تُعرف باسم Lactiplantibacillus plantarum. أما البكتيريا من كفاسي الشوفان والرهباني، السلالتان OK وMK، فقد تم تحديدهما كـ Limosilactobacillus fermentum. كان هذا التمييز مهماً لأن أنواعاً مختلفة من البكتيريا تمتلك نقاط قوة مختلفة؛ فعلى سبيل المثال، كانت السلالة المشتقة من الشمندر غير قادرة على النمو في درجات الحرارة العالية جداً ولم تنتج غازاً من السكر، بينما استطاعت السلالات من المشروبات القائمة على الحبوب القيام بكليهما.

كانت الخطوة التالية هي معرفة ما إذا كانت هذه البكتيريا تستطيع النجاة في رحلتها عبر المعدة والأمعاء البشرية، وهو الاختبار الأول لأي بروبيوتيك محتمل. قام الباحثون بمحاكاة البيئة القاسية للمعدة عن طريق تعريض البكتيريا لسائل شديد الحموضة بدرجة حموضة (pH) تبلغ 2.0، وهو ما يشبه عصارة المعدة القوية. ووجدوا أن جميع البكتيريا عانت، لكن السلالة من كفاس الشمندر كانت الناجية الأكثر صلابة. فبعد ثلاث ساعات في هذا الحمام الحمضي، كانت لا تزال تمتلك تعداداً صحياً من الخلايا الحية، في حين شهدت السلالات من كفاس الشوفان والرهباني انخفاضاً كبيراً في أعدادها. ثم اختبر الباحثون قدرتها على النجاة في وجود أملاح الصفراء، وهو سائل هضمي يكسر الدهون ويمكن أن يكون ساماً للعديد من البكتيريا. ومرة أخرى، أظهرت السلالة المشتقة من الشماندر أعلى قدر من المرونة، رغم أن الأنواع الثلاثة تمكنت من البقاء على قيد الحياة. كما اختبروا قدرتها على التعامل مع الإيثانول، وهو الكحول الموجود في المشروبات المخمرة. وبينما أدى تركيز الكحول العالي إلى إبطاء نمو جميع البكتيريا، صمدت سلالة الشمندر بشكل أفضل من غيرها، مما يشير إلى أنها متكيفة جيداً مع بيئة المشروبات المخمرة.

بعيداً عن البقاء، أراد الباحثون معرفة ما إذا كانت هذه البكتيريا قادرة على حماية الجسم بنشاط من خلال محاربة الغزاة الضارين. وضعوا البكتيريا النافعة بجانب العديد من المسببات المرضية المعروفة، بما في ذلك Staphylococcus aureus (المكورات العنقودية الذهبية)، وهي مسبب شائع لعدوى الجلد والجروح، و Pseudomonas aeruginosa (الزائفة الزنجارية)، وهي بكتيريا توجد غالباً في المستشفيات. وأظهرت النتائج أن البكتيريا كانت قادرة بالفعل على الدفاع. كانت السلالة من كفاس الشمندر فعالة بشكل خاص، حيث خلقت منطقة واضحة حول نفسها لا تستطيع فيها بكتيريا Staphylococcus الضارة النمو، بقطر يزيد قليلاً عن عشرة مليمترات. وأظهرت السلالات الأخرى أيضاً بعض القدرة على تثبيط البكتيريا الضارة، وإن كان تأثيرها أقل وضوحاً. ومن المثير للاهتمام أن أيّاً من البكتيريا لم تظهر أي قدرة على تكسير البروتينات أو النشا، كما أنها لم تمتلك القدرة على تكسير أملاح الصفراء، وهي سمة تُستخدم أحياناً لخفض الكوليسترول. هذا النقص في بعض الأنشطة الإنزيمية يشير إلى أنها متخصصة لأدوار أخرى.

أخيراً، تحقق الفريق من سلامة هذه البكتيريا من خلال اختبار تفاعلها مع المضادات الحيوية الشائعة. يجب ألا تحمل البروبيوتيك الآمنة مقاومة للمضادات الحيوية التي يستخدمها الأطباء لعلاج العدوى الخطيرة، لأن ذلك قد ينقل تلك المقاومة إلى البكتيريا الضارة في الأمعاء. ووجدت الدراسة أن البكتيريا مقاومة طبيعياً لبعض أنواع المضادات الحيوية المحددة، مثل البنسلين والفانكومايسين، وهي سمة طبيعية لهذه العائلة من البكتيريا بسبب هيكلها الخلوي. ومع ذلك، ظلت حساسة لمعظم المضادات الحيوية الأخرى، بما في ذلك تلك المستخدمة لعلاج مجموعة واسعة من العدوى. يشير هذا الملف إلى أنها آمنة للاستخدام في الغذاء. كما لاحظ الباحثون كيف تتصرف البكتيريا عند تركها في سائل؛ حيث تتكتل معاً، وهي عملية تسمى "التجمع الذاتي" (autoaggregation). وهذه القدرة على الالتصاق ببعضها البعض هي غالباً علامة على أنها تستطيع أيضاً الالتصاق بجدران الأمعاء البشرية، وهي خطوة رئيسية لتأسيس وجود صحي في الأمعاء. وقد أظهرت السلالة من الكفاس الرهباني أقوى ميل للتكتل معاً.

تخلص الدراسة إلى أن هذه المشروبات التقليدية القائمة على النباتات هي مصدر غني بالبكتيريا النافعة والقوية. وبينما ظهرت السلالة من كفاس الشمندر كأكثر الناجين قوة ضد الحموضة والكحول، فإن جميع السلالات أظهرت وعوداً للاستخدام المستقبلي في الأغذية الوظيفية. فهي تستطيع النجاة في الجهاز الهضمي، ومحاربة الجراثيم الضارة، والالتصاق ببعضها البعض بفعالية. ويقترح الباحثون أن هذه البكتيريا الطبيعية، المتكيفة بمرور الوقت مع بيئاتها النباتية الخاصة، يمكن أن تكون أدوات قيمة لتطوير أطعمة جديدة تدعم صحة الإنسان، مما يسد الفجوة بين تقاليد التخمير القديمة وعلوم التغذية الحديثة.