محمد مهدی عرب نژاد
مقدمه
نیترات و نیتریت از ترکیباتی هستند که به طور طبیعی در مواد غذایی یافت شده یا به عنوان افزودنی استفاده میشوند. در حالی که نیترات نسبتاً بیضرر است، نیتریت میتواند به نیتروزامینهای سرطانزا تبدیل شود. این مقاله به بررسی مکانیسمهای مولکولی میپردازد که طی آن باکتریهای پروبیوتیک با مهار تبدیل نیترات به نیتریت، خطر تشکیل نیتروزامینها را کاهش میدهند. پروبیوتیکها از طریق رقابت برای سوبسترای نیترات، تغییر مسیر متابولیک به سمت تولید آمونیاک، اسیدی کردن محیط روده و ترشح باکتریوسینها، این اثر محافظتی را اعمال میکنند. درک این مکانیسمها میتواند به توسعه راهکارهای جدید برای کاهش خطرات مرتبط با نیتریت در مواد غذایی منجر شود.
نیترات (NO₃⁻) و نیتریت (NO₂⁻) از ترکیبات نیتروژنداری هستند که در چرخه نیتروژن طبیعت حضور دارند. نیترات به طور طبیعی در بسیاری از سبزیجات مانند اسفناج، کاهو و چغندر یافت میشود و نقش مهمی در تولید اکسید نیتریک (NO) و تنظیم فشار خون ایفا میکند. در مقابل، نیتریت عمدتاً به عنوان افزودنی در گوشتهای فرآوری شده برای جلوگیری از رشد باکتری کلستریدیوم بوتولینوم و ایجاد رنگ مطلوب استفاده میشود.
خطر اصلی نیتریت، توانایی آن در واکنش با آمینهای ثانویه و سومیه تحت شرایط اسیدی معده و تشکیل نیتروزامینها است که ترکیباتی قویاً سرطانزا میباشند. مطالعات اپیدمیولوژیک ارتباط معنیداری بین مصرف گوشتهای فرآوری شده حاوی نیتریت و افزایش خطر سرطانهای گوارشی به ویژه سرطان معده نشان دادهاند.
تبدیل نیترات به نیتریت در بدن انسان
تبدیل نیترات به نیتریت عمدتاً از دو طریق صورت میپذیرد:
- تبدیل باکتریایی در دهان: حدود 25% از نیترات مصرفی توسط باکتریهای کمهوایی موجود در حفره دهان، به ویژه روی سطح زبان، به نیتریت تبدیل میشود. این نیتریت بلعیده شده و وارد محیط اسیدی معده میگردد.
- تبدیل در سیستم گوارش: بخشی از نیترات جذب نشده در روده کوچک، توسط میکروفلورای روده بزرگ به نیتریت تبدیل میشود.
مکانیسمهای عمل پروبیوتیکها در کاهش تشکیل نیتریت
- رقابت برای سوبسترای نیترات
بسیاری از سویههای پروبیوتیک از جمله لاکتوباسیلوس اسیدوفیلوس و بیفیدوباکتریوم لانگوم دارای سیستم نیترات ردوکتاز بوده و از نیترات به عنوان پذیرنده نهایی الکترون در شرایط بیهوازی استفاده میکنند. اما بر خلاف باکتریهای مضر، مسیر متابولیک این باکتریها به سمت تولید آمونیاک (NH₃) جهت مییابد نه نیتریت:
NO₃⁻ → NO₂⁻ → NO → N₂O → N₂ → NH₃
این مسیر متابولیک جایگزین، نیترات را از دسترس باکتریهای مضر خارج کرده و از تشکیل نیتریت جلوگیری میکند.
- اسیدی کردن محیط روده
پروبیوتیکها با تولید اسیدهای چرب کوتاه زنجیره (SCFAs) مانند استات، پروپیونات و بوتیرات، pH محیط روده را کاهش میدهند. بسیاری از آنزیمهای نیترات ردوکتاز باکتریهای مضر در pH اسیدی فعالیت بهینه خود را از دست میدهند. همچنین شرایط اسیدی، رشد و تکثیر باکتریهای مضر تبدیل کننده نیترات به نیتریت را مهار میکند.
- ترشح مواد ضد میکروبی
پروبیوتیکها قادر به ترشح باکتریوسینها (مانند نایسین تولید شده توسط لاکتوکوکوس لاکتیس) و سایر ترکیبات ضد میکروبی هستند که به طور انتخابی باکتریهای مضر روده را بدون تأثیر بر باکتریهای مفید هدف قرار میدهند. این امر منجر به کاهش جمعیت باکتریهای دارای پتانسیل تبدیل نیترات به نیتریت میشود.
- تعدیل ترکیب میکروبیوم روده
مصرف طولانی مدت پروبیوتیکها میتواند ترکیب کلی میکروبیوم روده را تعدیل نموده و نسبت باکتریهای مفید به مضر را افزایش دهد. این تغییر در اکوسیستم میکروبی روده، به کاهش کلی توانایی تبدیل نیترات به نیتریت در سیستم گوارش منجر میشود.
کاربردهای عملی و چشمانداز آینده
استفاده از پروبیوتیکها در مواد غذایی حاوی نیترات بالا مانند آبمیوههای سبزیجات میتواند راهکار مؤثری برای کاهش خطرات مرتبط با نیتریت باشد. به عنوان مثال، افزودن پروبیوتیکها به آب چغندر نه تنها از تبدیل نیترات به نیتریت در طول نگهداری جلوگیری میکند، بلکه فواید سلامتی محصول را نیز افزایش میدهد.
نتیجهگیری
پروبیوتیکها از طریق مکانیسمهای متعددی شامل رقابت برای سوبسترا، تغییر مسیر متابولیک، اسیدی کردن محیط و ترشح مواد ضد میکروبی، تبدیل نیترات به نیتریت و در نهایت تشکیل نیتروزامینهای سرطانزا را مهار میکنند. استفاده از این باکتریهای مفید در ترکیب با مواد غذایی حاوی نیترات میتواند راهکار امیدوارکنندهای برای بهرهمندی از فواید نیترات (مانند تولید اکسید نیتریک) و همزمان کاهش خطرات مرتبط با نیتریت باشد.
منابع:
Lundberg, J. O., et al. (2008). “Nitrate and nitrite in biology, nutrition and therapeutics.” Nature Chemical Biology.
Sindelar, J. J., & Milkowski, A. L. (2012). “Human safety controversies surrounding nitrate and nitrite in the diet.” Nitric Oxide.
Tricker, A. R., & Preussmann, R. (1991). “Carcinogenic N-nitrosamines in the diet: occurrence, formation, mechanisms and carcinogenic potential.” Mutation Research.
Song, P., et al. (2015). “Nitrate, nitrite and nitrosamines in processed meats: a systematic review.” Food Chemistry.
Doel, J. J., et al. (2005). “Evaluation of bacterial nitrate reduction in the human oral cavity.” European Journal of Oral Sciences.
Sobko, T., et al. (2006). “Gastrointestinal bacteria generate nitric oxide from nitrate and nitrite.” Nitric Oxide.
Li, H., et al. (2019). “Nitrate reduction by probiotic bacteria: a new mechanism of action.” Frontiers in Microbiology.
Tiso, M., & Schechter, A. N. (2015). “Nitrate reduction to nitrite, nitric oxide and ammonia by gut bacteria under physiological conditions.” PLOS ONE.
Ríos-Covián, D., et al. (2016). “Intestinal short chain fatty acids and their link with diet and human health.” Frontiers in Microbiology.
Cotter, P. D., et al. (2013). “Bacteriocins: developing innate immunity for food.” Nature Reviews Microbiology.
Hemarajata, P., & Versalovic, J. (2013). “Effects of probiotics on gut microbiota: mechanisms of intestinal immunomodulation and neuromodulation.” Therapeutic Advances in Gastroenterology.
Ahuja, K., et al. (2020). “Probiotic beetroot juice: a novel functional food with improved safety profile.” Food Research International.