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Lactococo lactis

Lactococcus lactis es una bacteria grampositiva que se utiliza ampliamente en la producción de suero de leche y queso , [1] pero también se ha hecho famosa por ser el primer organismo modificado genéticamente que se utilizó vivo para el tratamiento de enfermedades humanas. [2] Las células de L. lactis son cocos que se agrupan en pares y cadenas cortas y, dependiendo de las condiciones de crecimiento, parecen ovoides con una longitud típica de 0,5 - 1,5  μm . L. lactis no produce esporas ( no esporulante ) y no es móvil ( no móvil ). Tienen un metabolismo homofermentativo, lo que significa que producen ácido láctico a partir de azúcares. También se ha informado que producen exclusivamente ácido láctico L -(+)-. [3] Sin embargo, [4] informó que se puede producir ácido D -(−)-láctico cuando se cultiva a un pH bajo. La capacidad de producir ácido láctico es una de las razones por las que L. lactis es uno de los microorganismos más importantes en la industria láctea. [5] Basándose en su historia en la fermentación de alimentos, L. lactis tiene un estatus generalmente reconocido como seguro (GRAS), [6] [7] con pocos informes de casos de que sea un patógeno oportunista. [8] [9] [10]

Lactococcus lactis es de importancia crucial para la fabricación de productos lácteos, como suero de leche y quesos. Cuando L. lactis ssp. lactis se agrega a la leche, la bacteria utiliza enzimas para producir moléculas de energía ( ATP ), a partir de la lactosa . El subproducto de la producción de energía ATP es ácido láctico. El ácido láctico producido por la bacteria cuaja la leche, que luego se separa para formar cuajadas que se utilizan para producir queso. [11] Otros usos que se han reportado para esta bacteria incluyen la producción de verduras encurtidas , cerveza o vino, algunos panes y otros alimentos fermentados como kéfir de leche de soja , suero de leche y otros. [12] L. lactis es una de las bacterias Gram positivas de bajo GC mejor caracterizadas con un conocimiento detallado sobre genética, metabolismo y biodiversidad. [13] [14]

L. lactis se aísla principalmente del entorno lácteo o de material vegetal. [15] [16] [17] Se sugiere que los aislados lácteos evolucionaron a partir de aislados vegetales a través de un proceso en el que los genes sin beneficio en la leche rica se perdieron o se regularon a la baja. [14] [18] Este proceso, llamado erosión del genoma o evolución reductiva , se ha descrito en varias otras bacterias de ácido láctico . [19] [20] La transición propuesta del entorno vegetal al lácteo se reprodujo en el laboratorio a través de la evolución experimental de un aislado vegetal que se cultivó en leche durante un período prolongado. En consonancia con los resultados de la genómica comparativa (ver las referencias anteriores), esto dio como resultado que L. lactis perdiera o regulara a la baja genes que son prescindibles en la leche y la regulación positiva del transporte de péptidos. [21]

Meulen et al. identificaron cientos de ARN pequeños nuevos en el genoma de L. lactis MG1363 . Se demostró que uno de ellos, LLnc147, está involucrado en la absorción y el metabolismo del carbono . [22]

Producción de queso

L. lactis subsp. lactis (anteriormente Streptococcus lactis ) [23] se utiliza en las primeras etapas de la producción de muchos quesos, incluidos brie , camembert , cheddar , colby , gruyère , parmesano y roquefort . [24] La Asamblea estatal de Wisconsin , también el estado número uno en producción de queso en los Estados Unidos, votó en 2010 para nombrar a esta bacteria como el microbio oficial del estado ; habría sido la primera y única designación de este tipo por parte de una legislatura estatal en la nación, [25] sin embargo, la legislación no fue adoptada por el Senado. [26] La legislación fue presentada en noviembre de 2009 como Proyecto de Ley de la Asamblea 556 por los representantes Hebl, Vruwink, Williams, Pasch, Danou y Fields; fue copatrocinada por el senador Taylor. [27] El proyecto de ley fue aprobado por la Asamblea el 15 de mayo de 2010 y fue abandonado por el Senado el 28 de abril. [27]

El uso de L. lactis en las fábricas de productos lácteos no está exento de problemas. Los bacteriófagos específicos de L. lactis causan pérdidas económicas significativas cada año al impedir que las bacterias metabolicen por completo el sustrato de la leche. [24] Varios estudios epidemiológicos mostraron que los fagos principalmente responsables de estas pérdidas son de las especies 936 , c2 y P335 (todas de la familia Siphoviridae ). [28]

Beneficios terapéuticos

La viabilidad de utilizar bacterias de ácido láctico (BAL) como vectores funcionales de administración de proteínas ha sido ampliamente investigada. [29] Se ha demostrado que Lactococcus lactis es un candidato prometedor para la administración de proteínas funcionales debido a sus características no invasivas y no patógenas. [30] Se han desarrollado y utilizado muchos sistemas de expresión diferentes de L. lactis para la expresión de proteínas heterólogas . [31] [32] [33]

Fermentación de lactosa En un estudio que buscó demostrar que cierta fermentación producida por L. lactis puede obstaculizar la motilidad en bacterias patógenas, la motilidad de las cepas de Pseudomonas , Vibrio y Leptospira se vio gravemente afectada por la utilización de lactosa por parte de L. lactis . [34] Utilizando Salmonella flagelar como grupo experimental, el equipo de investigación descubrió que un producto de la fermentación de la lactosa es la causa del deterioro de la motilidad en Salmonella . Se sugiere que el sobrenadante de L. lactis afecta principalmente a la motilidad de Salmonella a través de la alteración de la rotación flagelar en lugar de a través de un daño irreversible a la morfología y la fisiología. La fermentación de lactosa por L. lactis produce acetato que reduce el pH intracelular de Salmonella , lo que a su vez ralentiza la rotación de sus flagelos. [35] [36] Estos resultados resaltan el uso potencial de L. lactis para prevenir infecciones por múltiples especies bacterianas.

Secreción de interleucina-10 L. lactis genéticamente modificado puede secretar la citocina interleucina-10 (IL-10) para el tratamiento de enfermedades inflamatorias intestinales (EII), ya que la IL-10 tiene un papel central en la regulación negativa de las cascadas inflamatorias [37] y las metaloproteinasas de matriz . [38] Un estudio de Lothar Steidler y Wolfgang Hans [39] muestra que la síntesis in situ de IL-10 por L. lactis genéticamente modificado requiere dosis mucho más bajas que los tratamientos sistémicos como los anticuerpos contra el factor de necrosis tumoral (TNF) o la IL-10 recombinante .

Los autores proponen dos posibles vías por las cuales la IL-10 puede alcanzar su objetivo terapéutico. La L. lactis modificada genéticamente puede producir IL-10 murina en el lumen , y la proteína puede difundirse a las células sensibles en el epitelio o la lámina propia . Otra vía implica que la L. lactis sea absorbida por las células M debido a su tamaño y forma bacteriana, y la mayor parte del efecto puede deberse a la producción de IL-10 recombinante in situ en el tejido linfoide intestinal. Ambas vías pueden implicar mecanismos de transporte paracelular que se potencian en la inflamación . Después del transporte, la IL-10 puede regular negativamente directamente la inflamación. En principio, este método puede ser útil para la administración intestinal de otras terapias proteicas que son inestables o difíciles de producir en grandes cantidades y una alternativa al tratamiento sistémico de la EII. [ cita requerida ]

Supresor de tumores a través del péptido inhibidor de metástasis tumoral KISS1 Otro estudio, dirigido por Zhang B, creó una cepa de L. lactis que mantiene un plásmido que contiene un péptido inhibidor de metástasis tumoral conocido como KISS1 . [40] Se demostró que L. lactis NZ9000 es una fábrica de células para la secreción de la proteína biológicamente activa KiSS1, que ejerce efectos de inhibición sobre las células de cáncer colorrectal humano HT-29.

KiSS1 secretado de la cepa recombinante L. lactis reguló negativamente de manera efectiva la expresión de las metaloproteinasas de matriz (MMP-9), una clave crucial en la invasión, metástasis y regulación de las vías de señalización que controlan el crecimiento, la supervivencia, la invasión, la inflamación y la angiogénesis de las células tumorales . [41] [42] [43] La razón de esto es que KiSS1 expresado en L. lactis activa la vía MAPK a través de la señalización GPR54, suprimiendo la unión de NFκB al promotor MMP-9 y, por lo tanto, regulando negativamente la expresión de MMP-9. [44] Esto, a su vez, reduce la tasa de supervivencia, inhibe la metástasis e induce la latencia de las células cancerosas.

Además, se demostró que el crecimiento tumoral puede ser inhibido por la propia cepa LAB, [45] [46] debido a la capacidad de LAB para producir exopolisacáridos. [47] [48] Este estudio muestra que L. lactis NZ9000 puede inhibir la proliferación de HT-29 e inducir la apoptosis celular por sí mismo. El éxito de la construcción de esta cepa ayudó a inhibir la migración y expansión de células cancerosas, lo que demuestra que las propiedades de secreción de L. lactis de este péptido en particular pueden servir como una nueva herramienta para la terapia del cáncer en el futuro. [49]

Referencias

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