Functional and Probiotic Characterization of White Cheese-Derived Lentilactobacillus kefiri with Cholesterol-Lowering and Conjugated Linoleic Acid Producing Potential

Abstract

This study aimed to molecularly characterize the MA3 strain isolated from traditional white cheese samples obtained from Erzurum province and to evaluate its multifaceted probiotic properties. Based on 16S rRNA analysis, the isolate was identified as Lentilactobacillus kefiri. The strain was assessed for safety, resistance to gastrointestinal conditions, antibiotic susceptibility, antimicrobial activity, bacteriocin production potential, vitamin B12 production, cholesterol-lowering capacity, and conjugated linoleic acid (CLA)-related genetic potential. Safety analyses demonstrated that MA3 exhibited γ-hemolytic properties and did not form biofilms. The strain maintained viability following pepsin and pancreatin–bile salt treatment. Antibiotic susceptibility testing indicated sensitivity to ampicillin, amoxicillin, and chloramphenicol. Antimicrobial assays revealed inhibitory activity against several pathogens, with the highest inhibition observed against Yersinia enterocolitica. Molecular screening detected amplification only in the plnEF gene region, indicating bacteriocin-associated potential. The MA3 strain also demonstrated vitamin B12 production and achieved an 80.3% cholesterol reduction rate, supported by molecular findings related to the CHO gene. In addition, detection of the CLA-associated gene region further supported the functional characteristics of the isolate. Overall, L. kefiri MA3 was identified as a promising candidate for application as a starter or probiotic culture in functional dairy products.

Keywords

• Lentilactobacillus kefiri
• white cheese
• probiotic potential
• cholesterol reduction
• conjugated linoleic acid (CLA)
• bacteriocin

Kolesterol Düşürücü ve Konjuge Linoleik Asit Üretim Potansiyeline Sahip Beyaz Peynir Kaynaklı Lentilactobacillus kefiri’nin Fonksiyonel ve Probiyotik Karakterizasyonu

Abstract

Bu çalışmada, Erzurum ilinden temin edilen geleneksel beyaz peynir örneklerinden izole edilen MA3 suşunun moleküler olarak tanımlanması ve çok yönlü probiyotik özelliklerinin değerlendirilmesi amaçlanmıştır. 16S rRNA analizine göre izolat Lentilactobacillus kefiri olarak tanımlanmıştır. Suş; güvenlik, gastrointestinal sistem koşullarına dayanıklılık, antibiyotik duyarlılığı, antimikrobiyal aktivite, bakteriyosin üretim potansiyeli, vitamin B12 üretimi, kolesterol düşürme kapasitesi ve konjuge linoleik asit (CLA) ile ilişkili genetik potansiyel açısından değerlendirilmiştir. Güvenlik analizlerinde MA3 suşunun γ-hemolitik özellik gösterdiği ve biyofilm oluşturmadığı belirlenmiştir. Suşun pepsin ve pankreatin–safra tuzu uygulamaları sonrasında canlılığını koruduğu saptanmıştır. Antibiyotik duyarlılık testleri, suşun ampisilin, amoksisilin ve kloramfenikole duyarlı olduğunu göstermiştir. Antimikrobiyal aktivite analizlerinde çeşitli patojenlere karşı inhibitör etki belirlenmiş, en yüksek inhibisyonun Yersinia enterocolitica üzerinde olduğu gözlenmiştir. Moleküler analizlerde yalnızca plnEF gen bölgesinde amplifikasyon tespit edilmiş ve bu durum bakteriyosin üretim potansiyeli ile ilişkilendirilmiştir. Ayrıca MA3 suşunun vitamin B12 ürettiği ve %80.3 kolesterol düşürme kapasitesine sahip olduğu, bu sonucun CHO geni ile ilişkili moleküler bulgularla desteklendiği belirlenmiştir. Bunun yanında CLA ile ilişkili gen bölgesinin tespit edilmesi izolatın fonksiyonel özelliklerini desteklemiştir. Sonuç olarak MA3 kodlu L. kefiri suşunun fonksiyonel süt ürünlerinde starter veya probiyotik kültür olarak kullanılabilecek güçlü bir aday olduğu ortaya konulmuştur.

Keywords

• Lentilactobacillus kefiri
• beyaz peynir
• probiyotik potansiyel
• kolesterol düşürme
• konjuge linoleik asit (CLA)
• bakteriyosin

References

1. Slattery C, Cotter PD, O'Toole PW. Analysis of health benefits conferred by Lactobacillus species from kefir. Nutrients. 2019;11(6):1252. doi:10.3390/nu11061252.
2. Aydın BD, Vural A, Güran HŞ, Erkan ME, Uçar U, Sezer E. Effect of kefir addition on the microbiological, chemical and sensory properties of buffalo milk mozzarella cheese. Med Wet. 2026;82(5):233–240.
3. Güneş M, Gökgöz M. Antioksidan özelliği zenginleştirilmiş kefir örneklerine güncel yaklaşım. Cumhuriyet Üniversitesi Sağlık Bilimleri Enstitüsü Dergisi. 2024.
4. Fırıncıoğulları B, Öner Z. Kolesterol düşürücü etkilere sahip Lactobacillus spp. suşlarının peynirde başlatıcı kültür olarak kullanımı. Gıda. 2022;47(2):266–276. doi:10.15237/gida.GD21141.
5. Yusuf D, Nuraida L, Dewanti-Hariyadi R, Hunaefi D. In vitro characterization of lactic acid bacteria from Indonesian kefir grains as probiotics with cholesterol-lowering effect. J Microbiol Biotechnol. 2020;30(5):726–732. doi:10.4014/jmb.1910.10028.
6. Erinç Ö. Kefirlerin konjüge linoleik asit içeriği üzerine ayçiçek yağı ilavesinin etkisi [Yüksek lisans tezi]. Niğde: Niğde Ömer Halisdemir Üniversitesi; 2017.
7. Kim HJ, Youn HY, Moon JS, Kim H, Seo KH. Comparative anti-microbial and anti-biofilm activities of postbiotics derived from kefir and normal raw milk lactic acid bacteria against bovine mastitis pathogens. LWT. 2024;191:115699.
8. Ağagündüz D, Yılmaz B, Şahin TÖ, Güneşliol BE, Ayten Ş, Russo P, et al. Dairy lactic acid bacteria and their potential function in dietetics: The food–gut–health axis. Foods. 2021;10(12):3099. doi:10.3390/foods10123099.

9. Arslan S. Türkiye'nin farklı yörelerinden toplanan beyaz peynir örneklerinden laktik asit bakterilerinin izolasyonu, identifikasyonu ve moleküler karakterizasyonu [Yüksek lisans tezi]. Erzurum: Atatürk Üniversitesi; 2017.
10. Federici F, Manna L, Rizzi E, Galantini E, Marini U. Draft genome sequence of Lentilactobacillus kefiri SGL 13, a potential probiotic strain isolated from kefir grains. Microbiol Resour Announc. 2018;7(4):e00937-18. doi:10.1128/MRA.00937-18.
11. Meral Aktaş H, Erdoğan A. Characterization of technological properties of lactic acid bacteria isolated from Turkish Beyaz (white) cheese. J Food Process Preserv. 2022;46(11):e16837. doi:10.1111/jfpp.16837.
12. Ehsani A, Hashemi M, Afshari A, Aminzare M. Probiotic white cheese production using coculture with Lactobacillus species isolated from traditional cheeses. Vet World. 2018;11(5):726–730. doi:10.14202/vetworld.2018.726-730.
13. Demirel YN, Gürler Z. Antibiotic resistance profile of lactic acid bacteria origine from animal foods. Kocatepe Vet J. 2016;9(4):372–378.
14. Maldonado-Barragán A, West SA. The cost and benefit of quorum sensing-controlled bacteriocin production in Lactobacillus plantarum. J Evol Biol. 2020;33(1):101–111. doi:10.1111/jeb.13551.
15. Lashkarian H, Raheb J, Shahzamani K, Shahbani H, Shamsara M. Extracellular cholesterol oxidase from Rhodococcus sp.: Isolation and molecular characterization. Iran Biomed J. 2010;14(1–2):49–57.
16. Gursoy O, Seckin AK, Kinik O, Karaman AD. The effect of using different probiotic cultures on conjugated linoleic acid concentration and fatty acid composition of white pickle cheese. Int J Food Sci Nutr. 2012;63(5):610–615. doi:10.3109/09637486.2011.643295.
17. Carasi P, Diaz M, Racedo SM, De Antoni G, Urdaci MC, Serradell ML. Safety characterization and antimicrobial properties of kefir-isolated Lentilactobacillus kefiri. Biomed Res Int. 2014;2014:208974. doi:10.1155/2014/208974.
18. Jamwal A, Sharma K, Chauhan R, Bansal S, Goel G. Evaluation of commercial probiotic lactic cultures against biofilm formation by Cronobacter sakazakii. Intest Res. 2019;17(2):192–201. doi:10.5217/ir.2018.00106.
19. Zheng Y, Lu Y, Wang J, Yang L, Pan C, Huang Y. Probiotic properties of Lactobacillus strains isolated from Tibetan kefir grains. PLoS One. 2013;8(7):e69868. doi:10.1371/journal.pone.0069868.
20. Carasi P, Racedo SM, Jacquot C, Romanin DE, Serradell MA, Urdaci MC. Impact of kefir-derived Lentilactobacillus kefiri on the mucosal immune response and gut microbiota. J Immunol Res. 2015;2015:361604. doi:10.1155/2015/361604.
21. Campedelli I, Mathur H, Salvetti E, Clarke S, Rea MC, Torriani S, et al. Genus-wide assessment of antibiotic resistance in Lactobacillus spp. Appl Environ Microbiol. 2018;85(1):e01738-18. doi:10.1128/AEM.01738-18.
22. Drago L, De Grandi R, De Vecchi E, Toscano M. Antibiotic susceptibility profile of a new Lentilactobacillus kefiri strain. J Glob Antimicrob Resist. 2016;4:74–75. doi:10.1016/j.jgar.2015.10.003.
23. Kim DH, Jeong D, Kang IB, Kim H, Song KY, Seo KH. Dual function of Lentilactobacillus kefiri DH5 in preventing high-fat-diet-induced obesity: Direct reduction of cholesterol and upregulation of PPAR-α in adipose tissue. Mol Nutr Food Res. 2017;61(11):1700252.
24. Anila K, Kunzes A, Bhalla TC. In vitro cholesterol assimilation and functional enzymatic activities of putative probiotic Lactobacillus sp. isolated from fermented foods/beverages of North West India. J Nutr Food Sci. 2016;6(2):467. doi:10.4172/2155-9600. 1000467.
25. Dinç SÖ, Özbey A, Erinç Ö. İnülin ve maltodekstrin ilavesinin kefirlerin konjüge linoleik asit içeriği üzerine etkisi. Gıda. 2018;43(3):413–421. doi:10.15237/gida.GD18025.
26. Iorizzo M, Di Martino C, Letizia F, Crawford TW Jr, Paventi G. Production of conjugated linoleic acid (CLA) by Lactiplantibacillus plantarum: A review with emphasis on fermented foods. Foods. 2024;13(7):975. doi:10.3390/foods13070975.