میکروارگانیسم های موجود در ماست شما چقدر فعال هستند؟ ما ابزار جدیدی برای مطالعه فعالیت پروبیوتیک ایجاد کردیم – و آن را از مقوا ساختیم

بیش از 13000 سال است که انسان ها غذاها و نوشیدنی ها را تخمیر می کنند – از کیمچی و ماست گرفته تا آبجو و کامبوچا.

تخمیر – یک فرآیند طبیعی که از میکروارگانیسم‌ها برای ایجاد الکل و اسید از کربوهیدرات‌ها استفاده می‌کند – می‌تواند غذا را حفظ کند تا ماندگاری بیشتری داشته باشد و می‌تواند کیفیت غذا را با تبدیل برخی از اجزا به اشکال قابل هضم‌تر افزایش دهد.

برخی از غذاهای تخمیری که حاوی میکروارگانیسم‌های زنده هستند، پروبیوتیک نامیده می‌شوند که می‌توانند ماندگاری غذا را افزایش دهند و طیف وسیعی از مزایای اضافی مانند ترویج میکروبیوم سالم روده و کاهش سطح کلسترول را به همراه داشته باشند.

ما شیمیدان هستیم و تیم ما می‌خواست راهی برای درک اینکه کدام پروبیوتیک‌ها در بدن فعال‌تر هستند پیدا کنند. بنابراین ما یک حسگر مقوایی ساختیم که می تواند فعالیت متابولیک پروبیوتیک ها را کنترل کند.

مزایای سلامتی پروبیوتیک

از آنجایی که پروبیوتیک ها به طور کلی ایمن در نظر گرفته می شوند، همچنین یکی از محبوب ترین مکمل های غذایی در بازار امروز هستند که بیش از 50 میلیارد دلار در سال به خود اختصاص می دهند.

لاکتوباسیلوس، بیفیدوباکتریوم و ساکارومایسس رایج ترین پروبیوتیک ها هستند. به عنوان مثال، تولید کنندگان مواد غذایی از کشت های اولیه استفاده می کنند لاکتوباسیلوس بولگاریکوس و استرپتوکوک ترموفیلوس برای لخته شدن شیر و تهیه ماست.

https://www.youtube.com/watch?v=Z-DfrsyAMTw

مطالعات اخیر همچنین نشان داده اند که پروبیوتیک ها ممکن است از رشد باکتری های مضر در بدن جلوگیری کنند، سطح کلسترول را کاهش دهند، یبوست را کاهش دهند، فشار خون را کنترل کنند، تولید ویتامین ها را افزایش دهند، جذب کلسیم را بهبود بخشند و سیستم ایمنی را تقویت کنند.

با این حال، پروبیوتیک ها تنها زمانی می توانند اثرات سلامتی خود را ارائه دهند که میکروارگانیسم ها زنده باشند، به این معنی که از نظر متابولیکی فعال هستند و با بدن میزبان تعامل دارند. بنابراین، نوع پروبیوتیک، فرمولاسیون آن و نحوه پردازش آن بسیار مهم است.

آنالیز پروبیوتیک ها

پروبیوتیک ها از سلول های منفرد به کلونی ها رشد می کنند. دانشمندان علوم غذایی می‌توانند پروبیوتیک‌ها را با شمارش تعداد سلول‌های زنده – که واحدهای تشکیل کلنی نیز نامیده می‌شوند – در غذا مطالعه کنند تا بفهمند چقدر ممکن است رشد کنند و چقدر فعال خواهند بود. آنها همچنین می توانند نحوه واکنش پروبیوتیک ها به شیره معده ساخته شده در آزمایشگاه را مطالعه کنند تا نحوه عملکرد پروبیوتیک ها در روده شما را شبیه سازی کنند. شیره معده مایعی است که در طول هضم در معده شما ترشح می شود.

اما اکثر این تست ها کند هستند و شامل ابزارهای گران قیمت و پرسنل ماهر می شود. اینجاست که سنسورهای مقوایی ما وارد می شوند.

تیم تحقیقاتی ما با یک تیم تحقیقاتی از برزیل برای توسعه یک حسگر ساده که می تواند فعالیت متابولیک غذاهای پروبیوتیک را اندازه گیری کند، همکاری کرده است.

ما حسگرها را با استفاده از مقوای استاندارد و فرآیندی به نام خط‌نویسی لیزری ساختیم. ما از لیزر برای تبدیل مقدار کمی از مقوا به کربن استفاده می کنیم و آن را رسانای الکتریکی می کنیم. ما همچنین از نانوذرات طلا استفاده کردیم که با کاهش مقاومت ماده، پاسخ سنسور را بیشتر بهبود می‌بخشد.

کاهش مقاومت ماده مهم است زیرا حسگر فعالیت متابولیک باکتری ها را از طریق نوعی واکنش شیمیایی به نام واکنش ردوکس تشخیص می دهد. می تواند اکسیداسیون مولکولی را که توسط یکی از پروبیوتیک ها تولید می شود را تشخیص دهد.

یافته های حسگر

قبل از آزمایش، این تیم ابتدا حسگر را با استفاده از یک ماست پروبیوتیک محبوب که به طور گسترده در فروشگاه های ایالات متحده به عنوان مدل موجود است، کالیبره کردند. برای هر آزمایش، ما فقط باید 100 میکرولیتر نمونه – حدود 1/50 قاشق چایخوری – را به مدت 10 دقیقه در دمای اتاق انکوبه کنیم.

هنگامی که ما سنسورها را کالیبره کردیم، بررسی کردیم که میکروارگانیسم‌های موجود در نمونه چقدر از نظر متابولیکی فعال هستند. ما آبجو و ماست را آزمایش کردیم و متوجه شدیم که حسگرها می‌توانند فعالیت متابولیک را با دقت بیشتری نسبت به سایر آزمایش‌هایی که دانشمندان معمولاً استفاده می‌کنند، تعیین کنند.

ما همچنین دریافتیم که باکتری‌های موجود در آبجوی که آزمایش کردیم، یک IPA فیلتر نشده، نسبت به ماست‌هایی که برندهای معروف Siggi’s، Yakult و Activia بودند، فعالیت متابولیکی بیشتری داشتند.

اما، قبل از اینکه به آبجوسازی محلی خود بدوید، مهم است که توجه داشته باشید که حسگر فقط کل فعالیت متابولیک میکروارگانیسم‌های موجود در نمونه را اندازه‌گیری می‌کند. هیچ چیزی در مورد نوع فعالیت یا اثرات بالقوه سلامتی تشخیص نمی دهد.

در حالی که چندین گروه در مورد مزایای بالقوه آبجو برای سلامتی گزارش داده اند، همه آبجوها این فواید را ارائه نمی دهند. و به خاطر داشته باشید که یک پیمانه IPA حاوی باکتری های مفید است، اما همچنین محتوای الکل معمولی بین 6 تا 8 درصد و 180 تا 200 کالری دارد.

بسیاری از محققان مطالعاتی در این زمینه با استفاده از غذاهای سنتی پروبیوتیک انجام داده اند که حاوی بسیاری از میکروارگانیسم های موجود در روده شما هستند. حتی در این موارد، آنها دریافته‌اند که توانایی پروبیوتیک‌ها برای اصلاح مسائل سلامتی خاص احتمالاً محدود است.

همچنین، با توجه به نحوه تنظیم مکمل‌های حاوی پروبیوتیک‌ها، نمی‌توان گفت که آیا این محصولات واقعاً حاوی نوع و مقدار باکتری‌های زنده‌ای هستند که روی برچسب تبلیغ می‌شوند یا خیر.

با در نظر گرفتن همه موارد، هدف حسگر پیشنهادی ارائه یک روش ساده، قابل حمل و کم هزینه برای تشخیص فعالیت باکتری های زنده است. این حسگرها روزی می توانند در زمینه هایی مانند مراقبت های بهداشتی کمک کنند.