CC BY
17
УДК 004.65:663
Батыргазиева Д.Р., Гусева Е.В., Кареткин Б.А., Меньшутина Н.В.
ИНФОРМАЦИОННАЯ БАЗА ДАННЫХ ДЛЯ СОПРОВОЖДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ И РАЗРАБОТОК В ОБЛАСТИ БИОТЕХНОЛОГИИ И КАЧЕСТВА ПИЩИ: ПРЕБИОТИКИ, ПРОБИОТИКИ И СИНБИОТИКИ
Батыргазиева Диана Рафаэльевна, аспирант факультета информационных технологий и управления, ведущий инженер международного учебно-научного центра трансфера фармацевтических и биотехнологий, e-mail: diana.b1994@mail.ru;
Гусева Елена Владимировна, к.т.н., доцент, доцент кафедры кибернетики химико-технологических процессов; Кареткин Борис Алексеевич, к.т.н., м.н.с. кафедры биотехнологии;
Меньшутина Наталья Васильевна, д.т.н., профессор, руководитель международного учебно-научного центра трансфера фармацевтических и биотехнологий, профессор кафедры кибернетики химико-технологических процессов;
Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125047, Москва, Миусская пл., д. 9
База данных содержит информацию об основных физиологических и биологических особенностях пробиотических микроорганизмов. Выделены такие параметры как: pH на заключительной стадии, показатель количества жизнеспособных микроорганизмов в единице объема, оптическая плотность; указана информация о скорости протока, скорости роста и методах расчета. В качестве результатов работы представлены данные о пребиотиках и об их особенностях. Рассматриваются различные типы микроорганизмов, их род, вид, штамм. Внесены сведения о статьях, из которых была взята информация о научных исследованиях, проводимых по всему миру за последние 15 лет.
Ключевые слова: база данных, биотехнология, пребиотические культуры, пробиотические культуры.
INFORMATION DATABASE FOR RESEARCH AND DEVELOPMENT IN THE FIELD OF BIOTECHNOLOGY AND FOOD QUALITY: PREBIOTICS, PROBIOTICS AND SINBIOTICS
Batyrgazieva D.R., Guseva E.V., Karetkin B.A., Menshutina N.V. D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
The database contains information on the basic physiological and biological characteristics of probiotics. The following parameters are identified: pH final, count of viable microorganisms per unit volume, optical density, information on flow rate, growth rate, calculation methods. As the results of work, data on prebiotics and their features are presented. Various types of microorganisms, their genus, species, strain are considered. Information was provided on articles from which information was received on scientific research conducted throughout the world over the past 15 years.
Keywords: database, biotechnology, prebiotic cultures, probiotic cultures.
Область биотехнологии обеспечивает управляемое получение полезных продуктов для различных сфер человеческой деятельности, базируясь на использовании потенциала биологических агентов и систем различной степени организации и сложности - микроорганизмов, вирусов, растительных и животных клеток и тканей, а также внеклеточных веществ и компонентов клеток. Развитие и преобразование биотехнологии обусловлено активными исследованиями и постоянным применением новых технологий. Многочисленные исследования последних десятилетий убедительно показали, что актуальной задачей является создание информационной базы данных, в которой будут содержаться сведения о пребиотиках, пробиотиках, а также сведения о синбиотиках.
Информационная база данных (БД) включает в себя 11 таблиц. Структурная схема базы данных представлена на рисунке 1 [1,2].
Таблица «Activity» содержит информацию об основных физиологических и биологических
особенностях роста пробиотических
микроорганизмов. Выделены такие параметры как: pH на заключительной стадии, показатель количества жизнеспособных микроорганизмов в единице объема, оптическая плотность; указана информация о скорости протока, скорости роста и методах расчета.
Данные о микробиологических культурах и об их особенностях сосредоточены в таблице «NameCult» (рис. 2). В данной части БД рассматриваются различные типы микроорганизмов, их род, вид, штамм. Рассмотрены такие микроорганизмы как: Bifidobacterium bifidum, Escherichia coli, Lactobacillus plantarum и др. При заполнении данных учитывались не только популярные коммерческие типы микроорганизмов, но и варианты смешанных типов, разработанных различными исследователями.
В таблице «Prebio» (рис. 3) отражены ключевые данные о пребиотиках: вещество, источник их получения, производитель и информация о нем.
NameCutt S IdNameCuit Genus Species Strain
MicroorganismType
Medium
Я IdMedium NameMediurn
Metabolits 'S IdMetabolits NameMetabolltsJ Concentration^ NameMetabolitsJI Concentration_2 NarneMetabollts_3 Concentration^ NameMetabolits_4 Concentration_4 NarneMetat)olits_5 Concentrations
Method GfCu It 9 IdMethod MethodOfCuft
Рис. 1. Структурная схема базы данных
Ш Nametult 1 Ц Preblo (H Publication
IdNameCult - Genus Species Strain Microorgani 1
+ 1 Bifidobacterium bifidum NCI Probioiic
Ш 2 Escherichia coli No probiotic
+ 3 Bifidobacterium adolescentis ATCC 1570S Probiotic
ш 4 Bifidobacterium + Lactobacillus Probiotic
+ 5 Bacteroides + Clostridium
6 Bifidobacterium faecal Probiotic
+ 7 Bifidobacterium longum 15 70S Probiotic
ш S Bifidobacterium adolescentis 15706 Probiotic
+ 9 Bifidobacterium infantis 17930 Probiotic
ш 10 Bifidobacterium breve 15698 Probiotic
+ 11 Lactobacillus acidophilus 33200 Probiotic
ш 12 Lactobacillus acidophilus NCFM Probiotic
+ 13 Lactobacillus plantarum 12006 Probiotic
14 Lactobacillus plantarum 400S Probiotic
+ 15 Lactobacillus paracasei 1195 Probiotic
Рис. 2. Таблица «NameCult»
;Éi PreMo^EQ Publication
IdPrebio - Substances Source Commercial - CommercialName Company Country -
в i fructooligosacctiarides chicory Yes Raftilose P95 Orafti Belgium
В 2 fructooligosaccEiarides Agava No
в 3 fructooligosaccharides cane sugar Yes NutraFlora P-95 Golden USA
в 4 xylooligosaccharide Yes XOS Longlive 95 P Shandong Biotechnology China
в 5 inulin chicory Yes Inulin-S Sigma-Aldrich USA
и 6 glucose No
в 9 inu 1 in chicory Yes Raftiline HP Orafti Belgium
в 10 galactooligosaccharide Yes Purified GOS Yakult Pharmaceutical Ind. C Japan
Рис. 3. Таблица «Prebio»
Activity
* Id Activity pKFinal
CFU/I o g CFU/Delta CFU OD
FlowRate Growth rate, 1/h MethcdOfCalc Valuelndex Reference Cult
Prebio
? IdPrebio Substances Source Commercial CommercialName Company Country
Author
$ Id Author NameAuthor Country
Condition
$ IdCondition pH
Temperature Atmosphere Time
Publication
$ IdPublication Topic
PublishingHouse YearPublication
In Vitro
të Id Vitro IdPrebio IdNameCult Culture IdMedium IdCondition Id Method Of Cult Id Activity IdMetabolits IdPublication
Author-Publication IdAuthor-Publication ld_Author Id Publication
ooЯ
SS
С помощью таблицы «Author-Publication» осуществляется связь между таблицами «Author» и «Publication» [3]. В данные таблицы внесены сведения о статьях, из которых была взята информация о научных исследованиях, проводимых по всему миру за последние 15 лет.
Ключевой таблицей, включающей в себя основную информацию, является таблица «InVitro». Она связывает информацию из таблиц: «Prebio», «Activity», «Condition», «Medium», «Metabolits» и др.
Данная БД является основой для информационной поддержки пользователей, связанных с научными исследованиями в области биотехнологии, которая, в свою очередь, позволит получить информацию о процессе культивирования микроорганизмов при планировании и проведении научно-исследовательских работ. Аналоги информационных баз уже существуют, но они не содержат в себе полной информации о пребиотиках и пробиотиках, также неизвестны их литературные источники (научные статьи о проведении исследований) [4].
В данной работе проведен анализ предметной области, рассмотрены основные пребиотические и пробиотические виды культур, как коммерческие, так и виды, выведенные исследователями. Описаны ключевые этапы проектирования базы данных (БД). Приведено обоснование выбора программного продукта, представлена инфологическая модель БД, приведены результаты реализации базы данных. Новизна работы заключается в структуризации и объединении большого объема научно-исследовательской информации со всего мира. Научная и практическая значимость работы заключается в том, что разработан эффективный инструмент представления знаний и данных для поиска по конкретным параметрам. Удобство системы состоит в том, что пользователю не нужно обращаться в различные источники для получения
информации по различным типам, способам и условиям культивирования пребиотических и пробиотических культур, она уже собрана и структурирована по параметрам. База данных позволяет систиматезировать рекомендуемые технологические решения, позволяющие выпускать продукцию с заданными характеристиками и отвечающую современным требованиям качества.
Разработанная информационная база данных является эффективным инструментом представления знаний и данных, поиска по конкретным параметрам. Может широко использоваться в учебном процессе при подготовке курсовых, дипломных, а также диссертационных работ для бакалавров, магистров и аспирантов. Следует отметить, что создание информационной база данных позволит накапливать опыт существующих технологий культивирования микроорганизмов и применять его в процессе разработки новых технологий.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (грант № РНФ 17-7920365).
Список литературы
1. Меньшутина Н.В., Матасов А.В. Современные информационные системы хранения, обработки и анализа данных предприятий химической и смежных отраслей: учеб. пособие. М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2011. 308 с.
2. Голицына О.Л., Партыка Т.Л., Попов И.И. Основы проектирования баз данных: учеб. пособие. М.: Форум, 2012. 416 с.
3. Советов Б.Я., Цехановский В.В., Чертовской В.Д. Базы данных. Теория и практика. М.: Юрайт, 2013. 464 с.
4. Database and Bioinformatics Studies of Probiotics / Tao L. [et al.]. J. Agric. Food Chem. 2017. V. 65, № 35. Р. 7599-7606.
