آنتی بیوتیک ناتامایسین

آنتی بیوتیک ناتامایسین

پادزیست یا آنتی‌بیوتیک (به فرانسوی: Antibiotique) به‌صورت کلی فرآورده یا ماده‌ای است که از یک میکروارگانیسم تولید یا از آن گرفته می‌شود و میکروارگانیسم‌های دیگر را از میان می‌برد یا مانع رشد آن‌ها می‌شود. آنتی‌بیوتیک یک زیست‌کش است. اما در کاربرد معمول‌تر این تعریف شامل گونه‌های صناعی آنتی‌بیوتیک‌ها همچون سولفونامیدها و کینولون‌ها می‌شود. گونه‌های مختلف آنتی‌بیوتیک‌ها از لحاظ ویژگی‌های شیمیایی، فیزیکی، داروشناسی، دامنه ی ضد میکروبی و سازوکار کارکرد با هم متفاوت هستند.

آنتی‌بیوتیک‌های گسترده‌اثر، آن‌هایی هستند که در برابر گونه‌های مختلف میکروارگانیسم‌ها فعال هستند. مانند تتراسایکلین که در برابر بسیاری از باکتری‌های گرم مثبت، کلامیدیا، مایکوپلاسما و ریکتزیاها مؤثر است. آنتی‌بیوتیک‌های با دامنه ی محدود، آن‌هایی هستند که تنها در برابر یک میکروب یا دامنه ی بسیار محدودی از میکروب‌ها فعال هستند؛ مانند وانکومایسین که بیشتر دربرابر کوکسی‌های گرم-مثبت مانند استافیلوکوک‌ها و انتروکوک‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد.

آنتی‌بیوتیک‌ها، ترکیباتی شیمیایی هستند که از دو راه طبیعی و ساختگی به‌دست می‌آیند. آنتی‌بیوتیک‌های طبیعی از میکروارگانیسم‌هایی مانند قارچ‌ها و باکتری‌ها گرفته می‌شوند و گروه دیگر، با طی فرآیندهای شیمیایی و آزمایشگاهی تولید می‌شوند.

آنتی‌بیوتیک‌ها به دو گروه عمده تقسیم می‌شوند:

آنتی‌بیوتیک‌های باکتری‌کش، که باعث کشتن سلول بیماری‌زا می‌شوند و آنتی‌بیوتیک‌های مهارگر باکتری، که باعث توقف رشد باکتری‌های بیماری‌زا می‌شوند.

مقاومت علیه آنتی‌بیوتیک‌ها

مقاومت به آنتی‌بیوتیک یعنی میکروب‌های بیماری‌زا که برای مبارزه با آنان آنتی‌بیوتیک استفاده می‌شوند، با جهش ژنی نسبت به این داروها مقاومت پیدا کنند و نسل‌های جدیدی به وجود بیایند که نتوان با آن‌ها مبارزه کرد. از مهم‌ترین عوامل این پدیده، مصرف خودسرانه یا بیش از حد آنتی‌بیوتیک‌ها است. این پدیده کل جامعه انسانی را به خطر می‌اندازد به‌طوری‌که خطر آن را به تروریسم تشبیه کرده‌اند.

در هر یک میلیون تقسیم سلولی یک جهش‌یافته را می‌توان یافت که به یک آنتی‌بیوتیک مقاوم باشد. هر گاه این جهش در بیمار تحت درمان با آنتی‌بیوتیک رخ دهد، سلول جهش‌یافته، قدرت زنده ماندن بیشتری از سایر میکروارگانیسم‌های میزبان را دارا بوده و در مدت کوتاهی تعداد آن‌ها افزایش می‌یابد و از این رو، درمان با همان آنتی‌بیوتیک نتیجه مطلوبی به دست نمی‌دهد؛ و باید آنتی‌بیوتیک دیگری جایگزین آن شود.

آنتی‌بیوتیک‌ها از شایع‌ترین داروهای مورد استفاده نابه‌جا هستند. نتیجه کاربرد وسیع آنتی‌بیوتیک‌ها به وجود آمدن عوامل بیماری‌زای مقاوم بوده که خود نیاز به تولید همیشگی گونه‌های جدیدتر آنتی‌بیوتیک‌ها را ایجاد کرده است. سرعت توسعه داروهای جدیدتر، کاهش قابل‌توجهی یافته‌است؛ لذا لازم است در آینده از تجویز غیرضروری این داروها توسط پزشکان پرهیز شود. این تجویزها که به‌طور گسترده و معمولاً توسط درخواست شدید بیماران و کمبود وقت پزشکان در اقدامات تشخیصی صورت می‌گیرد لازم است به سمت تجویز محتاطانه و دقیق آنتی‌بیوتیک‌ها پیش برود. مطابق آمارهای وزارت بهداشت ایران، مصرف آنتی‌بیوتیک در کشور روند بالایی یافته به‌طوری‌که در بیش از نیمی از نسخه‌های پزشکی که تجویز می‌شود حداقل یک آنتی‌بیوتیک وجود دارد.

برخی متخصصان، عوارض دیگری را نیز برای استفاده بیش از حد آنتی‌بیوتیک‌ها بر می‌شمرند. آن‌ها اعتقاد دارند که مصرف آنتی‌بیوتیک‌ها به عنوان یکی از دلایل معضل چاقی بشر است

ناتامایسین

ناتامایسین (Natamycin) یک ترکیب ضد میکروبی طبیعی است که  توسط باکتری های Streptomycetes تولید می شود. این باکتری ها تقریبا در خاک همه نقاط دنیا یافت می شوند. نوع خاص استرپتومایسس تولید کننده این ترکیب Streptomycetes natalensis است که در سال 1955 در منطقه ناتال در آفریقای جنوبی شناسایی و ایزوله شده است. تولید صنعتی این ماده که به نام های دیگر ناتاسین (Natacin) و پیمارسین (Pimarcin) نیز خوانده می شود با تخمیر محیط هایی بر پایه دکستروز توسط استرپتومایسس انجام می شود. ناتامایسین خشک بدست آمده از مایع تخمیر به رنگ سفید تا کرم با بو و مزه بسیار ضعیف یا فاقد بو و مزه بوده و در شکل کریستال بسیار پایدار است. حلالیت آن در آب و اکثر حلال های آلی کم است.

ناتامایسین بعنوان یک نگهدارنده در مواد غذایی به کارمی رود و تاثیرات قابل ملاحضه ای در ممانعت از رشد کپک ها و مخمر ها دارد ولی اثری بر روی باکتری ها و ویروس ها نخواهد داشت. بنابراین اثر غالب آن Fungicidal است.

آنالیز در صنایع غذایی برای دهه های متمادی ناتامایسین به عنوان یک نگهدارنده، معمولا به شکل سطحی و یا فرم سوسپانسیون برای ممانعت از رشد کپک ها و باکتری ها مورد استفاده قرار می گیرد. قابلیت انحلال بسیار کم این ترکیب آن را برای استفاده در سطح مواد غذایی مناسب می سازد. ناتامایسین با سایر ترکیبات مواد غذایی وارد واکنش نشده و تاثیری بر روی بو و مزه مواد غذایی ندارد. ناتامایسین جذب بسیار ناچیزی از طریق مجاری گوارش دارد و از آنجایی که در آب و چربی نامحلول می باشد، قسمت اعظم ناتامایسین  مصرف شده از طریق مدفوع از بدن خارج می گردد. واکنش آلرژیکی از مصرف ناتامایسین گزارش نشده و این محصول در فهرست محصولات عموما بی خطر ( GRAS)  در ایالات متحده آمریکا قرار گرفته است.

میزان دریافت مجاز روزانه (ADI)  این ترکیب 0/25 تا 0/30  mg/kg of body weight/day می باشد.میزان رایج مورد استفاده از آن در مواد غذایی، تا 2/58 mg/kg of body weight/day و در غالب موارد بعنوان یک عامل با کاربری سطحی در حدودی کمتر از 10 میکرو گرم در هر سانتی متر مربع می باشد.

ناتامایسین نگهدارنده ای است که جهت کنترل کپک و مخمر در محصولات لبنی استفاده می شود در حالی که براساس قوانین سازمان غذا وداروی ایران استفاده از هرگونه نگهدارنده در دوغ ممنوع است. ناتامایسین پودری کریستالی با رنگ سفید متمایل به زرد، بدون طعم و بو می باشد. این ماده در حالت کریستالی بسیار پایدار میباشد. انحلال ناتامایسین در آب و اکثر حلال های آلی بسیار کم می باشد. حلالیت کم این ماده استفاده از آن در سطوح غذا، که امکان رشد اکثر کپک ها و مخمر ها وجود دارد، را میسر میسازد. ناتامایسین در سطح غذا باقی میماند، اما بر تخمیر درونی تاثیری نخواهد گذاشت. رایج ترین کاربرد این ماده در تولید پنیر، ماست و دوغ میباشد. مقدار ناتامایسین مجاز در محصول غذایی نهایی نباید بیشتر از 20 میلی گرم در کیلوگرم باشد. بنابراین اندازه گیری غلظت این ماده افزودنی در محصول غذایی حائز اهمیت می باشد. در یک تحقیق از روش جدیدی به نام اسپکترومتری تحرک یونی(IMS)  جهت اندازه گیری غلظت ناتامایسین در نمونه دوغ استفاده شده است.

از آنجائیکه ناتامایسین تاثیر بازدارندگی بر روی باکتری ها ندارد، برای استفاده در محصولاتی که مستلزم فرآیند رسیدگی طبیعی هستند، بسیار مفید می باشد و در این زمینه ناتامایسین در صنایع غذایی کاربرد دارد. از نظر ساختاری ناتامایسین یک پلی پپتید با 34 اسید آمینه است.  

استفاده از نگهدارنده ها برای افزایش طول عمر ماده غذایی  از گذشته در صنعت غذا کاربرد داشته است. ناتامایسین یکی از نگهدارنده های مجازی است که در تولید پنیر ها و سوسیس هایی که باید دوره رسیدگی را طی کنند، به منظور جلوگیری از رشد کپک و مخمر در سطح ماده غذایی استفاده می شود. اگرچه خاصیت ضد میکروبی ناتامایسین طی تحقیقات گسترده ای مشخص شده است، اما از آنجائیکه این ترکیب آنتی بیوتیکی است که در درمان برخی بیماری های انسان نیز استفاده می گردد، محدود کردن میزان مصرف آن در مواد غذایی در دستور کار سازمان های ذیصلاح قرار گرفت.طبق قوانین اتحادیه اروپا استفاده از این نگهدارنده در مواد غذایی مذکور  به میزان 1 میلی گرم بر دسی متر مربع در سطح ماده مجاز می باشد به شرط اینکه عمق نفوذ آن بیشتر از 5 میلی متر از سطح نباشد. استاندارد ایران حداکثر میزان ناتامایسین را در پنیر 5 میلی گرم بر دسی متر مربع تعیین کرده است و برای اندازه گیری آن روش های اسپکتروفوتومتری و HPLC را برگزیده است. امروزه به منظور تشخیص و اندازه گیری میزان این نگهدارنده از روش ها و دستورالعمل های مختلف شیمیایی و بیولوژیکی استفاده می شود که شاید بتوان از دقیق ترین آنها HPLC  و  ELISA را نام برد. علی رغم اینکه بر طبق قوانین بین المللی استفاده از ناتامایسین تنها در انواعی از پنیر و سوسیس محدود شده است، امروزه از این ترکیب در مواد غذایی دیگری مانند ماست و دوغ و در برخی از کشور ها در نوشیدنی های الکلی نیز استفاده می گردد.

ناتامایسین نوعی آنتی بیوتیک است که به عنوان پیماریسین و تنسین و میپروزین نیز شناخته می شود. ناتامایسین و نایسین آنتی بیوتیک هایی هستند که استفاده از آنها به عنوان نگهدارنده در مواد غذایی مجاز می باشد. این نگهدارنده بر روی کپک ها و مخمر ها کاملا اثر بازدارندگی دارد ولی بر روی باکتری ها موثر نیست. این ترکیب از باکتری استرپتومایسس ناتالنسیس بدست می آید و نام ناتامایسینیک نام غیر اختصاصی برگرفته از این میکرو ارگانیسم می باشد. ناتامایسین یک ترکیب پلی ان از گروه آنتی بیوتیک ها است که وزن مولکولی ترکیب665/725g/mol و فرمول شیمیایی آن C33H47NO13 می باشد. ناتامایسین به دلیل دارا بودن چهار پیوند دوگانه کونژوگه جزء آنتی بیوتیک های تتران طبقه بندی می گردد. شکل فضایی ناتامایسین بصورت استوانه ای است و در این حالت قطبی نیست. این ترکیب در pH بین 5 تا 9 بسیار پایدار است ولی در خارج از این محدوده از پایداری خوبی برخوردار نیست و ممکن است تجزیه گردد. مایکوزامین مهمترین ترکیبی است که از هیدرولیز ناتامایسین بدست می آید. تحقیقات نشان می دهد که محلول 5%(وزنی-حجمی) ناتامایسین باpH=1/5 در مدت 2 ماه در تاریکی و در دمای اتاق فعالیت بیولوژیکی خود را ازدست خواهد دادو همچنین این ماده نسبت به ترکیبات اکسید کننده ای مانند پراکسید ها و کلرید و فلزات سنگین حساسیت نشان می دهد. حلالیت ناتامایسین در آب20 تا 50 میلی گرم بر لیتر است. این ترکیب در اسید استیک گلایسیال و متیل پیرولیدین، دی متیل فرمامید، دی متیل سولفوکسید، گلیسیرول و پروپیلن گلایکول محلول است ولی در الکل های بلند زنجیره ، هیدروکربن های آلیفاتیک و آروماتیک، استرها، هیدروکربن های کلر، کتون ها، دی اکسان، سیکلوهگزان و انواع روغن محلول نیست. این ماده برای جلوگیری از رشد کپک و مخمر در طی دوره رسیدن در پنیر های سخت و نیمه سخت و همچنین در پنیر های تازه مورد استفاده قرار می گیرد. علاوه بر این در زمان رسیدن برخی از سوسیس ها نیز از آن استفاده می شود. این ترکیب بر روی سطح ماده غذایی مورد نظر استفاده می شود و حداکثرمیزان مجاز مصرف آن طبق قوانین اتحادیه اروپا در حدود 1 میلی گرم بر دسی متر مربع است و نباید در بیشتر از عمق 5 میلی متر محصول وجود داشته باشد. ناتامایسین علاوه بر اینکه در صنعت غذا کاربرد دارد در موارد پزشکی و برای درمان ناراحتی های پوست قارچی و درمان قرنیه به کار می رود.

مکانیسم اثر

ناتامایسین از دسته ماکرولیدهای پلی‌ان (macrolide polyene) می‌باشد. این دارو با اتصال به ارگوسترول (Ergosterol) در دیواره قارچ، پروتئین‌های ناقل غشایی (membrane transport proteins) را مهار نموده و مانع انتقال اسید آمینه و گلوکز از ورای غشای سیتوپلاسمایی قارچ شده و موجبات مرگ قارچ را فراهم می‌سازد.

نحوه عملکرد ضد میکروبی ناتامایسین

به نظر می رسد که عملکرد ضد میکروبی این ترکیب مانند سایر آنتی بیوتیک های پلی ان، از طریق اتصال به استرول های غشایی مانند استرول و ارگواسترول، موجب اختلال در قابلیت نفـوذ انتخابی غشاء در میکرو ارگانیسم هدف می گردد. ناتامایسین از قسمت هیدروفوبیک خود به ارگواسترول غشاء متصل شده و باعث بوجود آمدن ناحیه قطبی می گردد. در نتیجه یون های کوچکی مانند H ،+K+، آمینواسید ها و متابولیت های دیگر می توانند به راحتی از این منطقه عبور کنند. این امر کنترل یونی سلول را برهم زده و باعث مرگ سلول می گردد. با توجه به اینکه باکتری ها فاقد استرول های غشایی هستند، عدم حساسیت این میکرو ارگانیسم ها به این ماده توجیه می گردد. طبق تحقیقات صورت گرفته در زمینه تاثیر این ترکیب بر روی باکتری ها حداقل میزان موثر بر روی باکتری ها 250 میلی گرم بر لیتر می باشد که در مقایسه با مقدار مصرفی نسبت به کپک و مخمر بسیار بیشتر است.

طرز تولید ناتامایسین در صنعت

ناتامایسین در صنعت با استفاده از یک فرآیند تخمیری هوازی به روش غوطه وری و با استفاده از میکرو ارگانیسم استرپتومایسس ناتالسیس و گونه های مشابه آن بدست می آید. فرآیند تخمیر در طی چند روز متوالی صورت می گیرد و این ترکیب در نهایت به صورت محلول از میسلیوم کپک جدا می شود و پس از خالص سازی به صورت کریستال ته نشین می گردد. ناتامایسین بدست آمده از این روش رنگ سفید یا کرم دارد و دارای بو و مزه خاصی نیست و به شکل کریستال پودری به فروش می رسد و در این حالت از پایداری خوبی برخوردار است. این ماده سازگاری خوبی با محیط زیست دارد. محلول آن نسبت به نگهدارنده های قدیمی تر مانند پتاسیم سوربات دارای تاثیر گذاری و کیفیت بیشتری می باشد. یکی از دلایلی که ناتامایسین در مقابل دیگر نگهدارنده ها مورد استقبال قرار می گیرد، سازگاری آن با محیط زیست می باشد. پس می توان گفت ناتامایسین جایگزین بسیار مناسبی برای سوربات پتاسیم می تواند باشد.

فواید استفاده از ناتامایسین

1. جلوگیری از رشد کپک ها و مخمرها

2. طولانی شدن زمان ماندگاری محصول

3. انحلال یکنواخت

4. تشکیل سوسپانسیونی مقاوم

5. عدم تاثیر گذاری بر روی عطر،طعم، رنگ و بافت

6. سازگاری با محیط زیست

7. مقرون به صرفه

8. بدون اثر گذاری بر باکتری ها و کشت آغازگر در پروسه تخمیر

9. وابستگی کم به pH و به عبارت دیگر ناتامایسین مورد استفاده در مواد غذایی در دامنه وسـیعی از pH پایدار می ماند و چون اکثر مواد غذایی در pH بین 5 تا 7 قرار دارند، همین باعث شده است تا ناتامایسین از جمله نگهدارنده های مناسب برای مواد غذایی باشد.

10. به دو شکل پودری و مایع تولید می شود.

11. نگهدارنده ناتامایسین بر روی مخمرها و کپک ها به طور کامل اثر بازدارندگی دارد ، اما بر روی باکتری ها اثری ندارد. چون اثر بازدارندگی بر روی باکتری ها ندارد، برای استفاده در آن دسته از محصولاتی که برای فرایند رسیدگی مستلزم فرایندی طبیعی می باشند بسیار مناسب و مفید است.

میکروارگانیسم های هدف ناتامایسین

مخمرها: کاندیداها، برنتامایسیس، هنسنولا و ساکاروماسیس ها

کپک ها: آسپرژیلوس ها، بوتریتیس، فوزاریوم ها، موکور، پنی سیلیوم و رایزوپوس

روش های آنالیز ناتامایسین در مواد غذایی

اساس روش های آنالیز ناتامایسین در مواد غذایی استخراج بوسیله حلال و درادامه تشخیص توسط نور فرابنفش و یا جداسازی بوسیله HPLC و تشخیص توسط نور فرابنفش می باشدو محدوده تشخیص می تواند به 0/05 تا 0/25 میلی گرم بر کیلو گرم برسد. (رویگ و همکاران، 1987- ریدل و همکاران، 1984). روش های آنزیمی سنجش ایمنی با استفاده از آنتی بادی ضد ناتامایسین حاصل از خرگوش نیز توسعه یافته است.(میرتلبایر و همکاران، 1990).

مقایسه بین ناتامایسین و سوربیک اسید

تعداد نگهدارنده های ضد میکروبی تصویب شده برای کاربرد در صنعت غذا فوق العاده معدود می باشد. سوربیک اسید و ناتامایسین متداول ترین عوامل ضد قارچی مورد استفاده در تیمار انواع پنیر می باشند. سوربیک اسید همچنین در فرم نمک های خود شامل پتاسیم سوربات، کلسیم سوربات و سدیم سوربات نیز عرضه می شود. پتاسیم سوربات علیه قارچ های سمی در غلظت 0/10 تا 0/15 درصد موثر می باشد. ناتامایسین درجلوگیری از رشد قارچ ها و تولید سم در سطوح بسیار پایین 0/001 تا 0/005 درصد بسیار موثر تر است. مشاهده شده که ناتامایسین اثر ممانعت کنندگی بالاتری در تولید سم نسبت به رشد قارچ در مورد همه انواع قارچ های سمی دارد (رای و بولرمن، 1982). گونه های آسپرژیلوس و پنیسیلیوم می تواند غلظت های مساوی و یا حتی بالاتر مایکوتوکسین را در حضور غلظت های کمتر از غلظت ممانعت کننده از پتاسیم سوربات تولید کنند (گوراما و بولرمن، 1988).

مطالعات نشان داده اند که غلظت سوربات به کار رفته برای سطح پنیر باید حدود 200 برابر غلظت ناتامایسین باشد(دیرویگ و وندنبرگ، 1985). معمولا سوربیک اسید در غلظت 0/2-0/3% در انواع پنیر استفاده می شود(فینول و همکاران، 1982).

استفاده از سوربات ها در زمان استفاده در سطح قطعات پنیر موجب ایجاد کیفیت حسی منفی می شود. طعم بد شیمیایی و تغییر رنگ پوشش پنیر در پنیر های تیمار شده با سوربات ها گزارش شده است(دیرویگ و وندنبرگ، 1985). این طعم بد تا حدی به دلیل عملکرد غلظت بسیار بالا تر سوربات لازم برای رسیدن به اثر ضد قارچی یکسان با ناتامایسین می باشد. ناتامایسین هیچ گونه رنگ و بویی به محصول غذایی نمی دهد.

پتاسیم سوربات و کلسیم سوربات تا حدی غیر محلول در طول دوره نگهداری 10 هفته ای به مرکز قطعات پنیر انتشار یافتند(حدود 50 میلی متر مهاجرت). این چنین انتشاری به درون پنیر باعث  کاهش غلظت در سطح می شود که در نتیجه محافظت پنیر از رشد کپک ها محدود می شود. ناتامایسین در پوسته پنیر (حدود 1 میلی متر) تشخیص داده شد اما پس از گذشت 12 هفته از زمان نگهداری هیچ اثری ازآن در زیر لایه رویی دیده نشد. به دلیل اینکه انتشار ناتامایسین بسیار کم می باشد، غلظت های کم برای دوره طولانی در سطح پنیر فعال باقی می مانند.

تاثیر سوربات ها به فاکتور های زیادی مثل pH، غلظت، دما، گونه کپک و دیگر فاکتور های محیطی بستگی دارد. (فینول و همکاران، 1982) گزارش کردند که شماری از گونه های پنیسیلیوم ایزوله شده از پنیر های فاسد توانایی رشد در حضور 0/9% سوربات در دمای 4 درجه سانتی گراد را دارند. در نتیجه، پنیر های حاوی پتاسیم سوربات به عنوان نگهدارنده در برخی مواقع بوسیله کپک ها، حتی درصورت نگهداری پنیر در یخچال، فاسد می شوند.

پایداری و تاثیر ناتامایسین بوسیله نور، مقادیر بحرانیpH، اکسیدان ها، سوبسترا و گونه ی قارچی تحت تاثیر قرار می گیرد. ناتامایسین دارای محدوده گسترده تری از فعالیت علیه مخمر و کپک ها نسبت به سایر قارچ کش های مورد استفاده در کاربرد های غذایی می باشد. ناتامایسین در غلظت های بسیار پایین تقریبا علیه تمامی مخمر و کپک های موجود در محصولات غذایی فعال است. حساسیت اکثر کپک ها به ناتامایسین کمتر از 10ppm می باشد و مخمر ها حساسیت بالاتری دارند. اگرچه اکثر نگهدارنده ها، از قبیل سوربیک اسید، باعث ایجاد مقاومت می شوند، کپک ها و مخمر ها نمی توانند مقاومت قابل ملاحضه ای نسبت به ناتامایسین ایجاد کنند. این به مکانیسم عمل ناتامایسین، که با ترکیبات ضروری غشای سلول های قارچی مداخله میکنند، نسبت داده می شود. 

در صنایع غذایی هیچ مقاومتی به ناتامایسین در طی دهه های استفاده از آن مشاهده نشده است(استارک، 2000).