Las lactobacilas son un orden de bacterias grampositivas , con bajo contenido de GC , tolerantes al ácido, generalmente no esporulantes, no respirantes , con forma de bastón ( bacilos ) o esférica ( cocos ) que comparten características metabólicas y fisiológicas comunes. Estas bacterias , que suelen encontrarse en plantas en descomposición y productos lácteos, producen ácido láctico como el principal producto metabólico final de la fermentación de carbohidratos , lo que les da el nombre común de bacterias de ácido láctico ( BAL ).
La producción de ácido láctico ha vinculado a las LAB con las fermentaciones alimentarias , ya que la acidificación inhibe el crecimiento de agentes de descomposición. Las bacteriocinas proteínicas son producidas por varias cepas de LAB y proporcionan un obstáculo adicional para la descomposición y los microorganismos patógenos . Además, el ácido láctico y otros productos metabólicos contribuyen al perfil organoléptico y de textura de un alimento. La importancia industrial de las LAB se evidencia además por su estatus de generalmente reconocidas como seguras (GRAS), debido a su aparición ubicua en los alimentos y su contribución a la microbiota saludable de las superficies mucosas de animales y humanos .
Los géneros que componen las LAB son en su núcleo Lactobacillus , Leuconostoc , Pediococcus , Lactococcus y Streptococcus , así como los más periféricos Aerococcus , Carnobacterium , Enterococcus , Oenococcus , Sporolactobacillus , Tetragenococcus , Vagococcus y Weissella . Todos excepto Sporolactobacillus son miembros del orden Lactobacillales, y todos son miembros del filo Bacillota .
Aunque las bacterias del ácido láctico generalmente se asocian con el orden Lactobacillales, las bacterias del género Bifidobacterium (filo Actinomycetota ) también producen ácido láctico como el principal producto del metabolismo de los carbohidratos. [1]
Las bacterias del ácido láctico (BAL) tienen forma de bastón ( bacilos ) o de esfera ( cocos ) y se caracterizan por una mayor tolerancia a la acidez ( rango de pH bajo ). Este aspecto ayuda a las BAL a competir con otras bacterias en una fermentación natural , ya que pueden soportar la mayor acidez de la producción de ácidos orgánicos (p. ej., ácido láctico ). Los medios de laboratorio utilizados para las BAL suelen incluir una fuente de carbohidratos , ya que la mayoría de las especies son incapaces de respirar. Las BAL son catalasa -negativas. Las BAL se encuentran entre los grupos más importantes de microorganismos utilizados en la industria alimentaria. [2] Su metabolismo relativamente simple también ha impulsado su uso como fábricas de células microbianas para la producción de varios productos básicos para los sectores alimentario y no alimentario [3]
Los géneros de LAB se clasifican en términos de dos vías principales de fermentación de hexosa :
Algunos miembros de Lactobacillus parecen también capaces de realizar respiración aeróbica , lo que los convierte en anaerobios facultativos , a diferencia de los demás miembros del orden, que son todos aerotolerantes. El uso de oxígeno ayuda a estas bacterias a lidiar con el estrés. [5]
En 1985, los miembros del diverso género Streptococcus fueron reclasificados en Lactococcus , Enterococcus , Vagococcus y Streptococcus basándose en características bioquímicas, así como en características moleculares. Anteriormente, los estreptococos se segregaban principalmente en función de la serología , que ha demostrado correlacionarse bien con las definiciones taxonómicas actuales. Los lactococos (anteriormente estreptococos del grupo N de Lancefield) se utilizan ampliamente como iniciadores de fermentación en la producción de lácteos , y se estima que los humanos consumen 10 18 (mil millones de millones) de lactococos al año. [ cita requerida ] En parte debido a su relevancia industrial, ambas subespecies de L. lactis ( L. l. lactis y L. l. cremoris ) se utilizan ampliamente como modelos genéricos de LAB para la investigación. L. lactis ssp. cremoris , utilizada en la producción de quesos duros , está representada por las cepas de laboratorio LM0230 y MG1363. De manera similar, L. lactis ssp. lactis se emplea en fermentaciones de quesos blandos, y la cepa IL1403, la más utilizada en los laboratorios de investigación de LAB, es omnipresente. En 2001, Bolotin et al. secuenciaron el genoma de IL1403, lo que coincidió con un cambio significativo de recursos para comprender la genómica de LAB y las aplicaciones relacionadas.
La taxonomía actualmente aceptada se basa en la Lista de nombres procariotas con posición en la nomenclatura (LPSN) [6] y el Centro Nacional de Información Biotecnológica (NCBI) [7].
Los probióticos son productos destinados a suministrar células bacterianas vivas, potencialmente beneficiosas, al ecosistema intestinal de los seres humanos y otros animales, mientras que los prebióticos son carbohidratos no digeribles que se entregan en los alimentos al intestino grueso para proporcionar sustratos fermentables para bacterias seleccionadas. La mayoría de las cepas utilizadas como probióticos pertenecen al género Lactobacillus . (Otras cepas probióticas utilizadas pertenecen al género Bifidobacterium ). [2] [14]
Los probióticos se han evaluado en estudios de investigación en animales y humanos con respecto a la diarrea asociada a antibióticos, la diarrea del viajero, la diarrea pediátrica, la enfermedad inflamatoria intestinal , el síndrome del intestino irritable [15] y la enfermedad de Alzheimer . [16] Se ha conjeturado que las futuras aplicaciones de los probióticos incluirán sistemas de administración de vacunas e inmunoglobulinas, y el tratamiento de diferentes enfermedades gastrointestinales y vaginosis . [15]
La búsqueda de ingredientes alimentarios con valiosas propiedades bioactivas ha fomentado el interés por los exopolisacáridos de las BAL. Los productos alimenticios funcionales que ofrecen beneficios para la salud y sensoriales más allá de su composición nutricional están adquiriendo cada vez más importancia para la industria alimentaria. Los beneficios sensoriales de los exopolisacáridos están bien establecidos y existen pruebas de las propiedades saludables atribuibles a los exopolisacáridos de las BAL. Sin embargo, existe una amplia variación en las estructuras moleculares de los exopolisacáridos y la complejidad de los mecanismos por los que se provocan los cambios físicos en los alimentos y los efectos bioactivos. [17]
Algunas LAB producen bacteriocinas que limitan los patógenos al interferir con la síntesis de la pared celular o causar la formación de poros en la membrana celular. [18] La nisina , una bacteriocina producida por LAB, se investigó por primera vez como conservante de alimentos en 1951 y desde entonces se ha utilizado ampliamente comercialmente en alimentos debido a su actividad antimicrobiana contra bacterias Gram positivas. [19] La nisina se utiliza como aditivo alimentario en al menos 50 países. [19] Además de tener actividad antibacteriana, las LAB pueden inhibir el crecimiento de hongos. Varias LAB, principalmente de los géneros Lactococcus y Lactobacillus , suprimen el crecimiento de moho micotoxigénico debido a la producción de metabolitos antifúngicos. [20] Además, las LAB tienen el potencial de reducir la abundancia de micotoxinas en los alimentos al unirse a ellas. [20] En un estudio sobre seguridad de productos alimenticios poscosecha realizado con 119 LAB aisladas de la rizosfera de olivos y trufas del desierto, principalmente dentro de los géneros Enterococcus y Weissella , los investigadores encontraron una fuerte actividad antibacteriana contra Stenotrophomonas maltophilia , Pantoea agglomerans , Pseudomonas savastanoi , Staphylococcus aureus y Listeria monocytogenes , y actividad antifúngica contra Botrytis cinerea , Penicillium expansum , Verticillium dahliae y Aspergillus niger . [21]
Los investigadores han estudiado el impacto de las bacterias del ácido láctico en la producción de ácido indol acético , la solubilización de fosfato y la fijación de nitrógeno en los cítricos. Si bien la mayoría de los aislados bacterianos pudieron producir ácido indol acético, la solubilización de fosfato se limitó a solo uno de los ocho aislados de bacterias lácticas. [22]
Las bacterias del ácido láctico se utilizan en la industria alimentaria por diversas razones, como la producción de quesos y yogures . Bebidas populares como la kombucha se elaboran con bacterias del ácido láctico, y se sabe que la kombucha contiene trazas de Lactobacillus y Pediococcus una vez preparada la bebida. [23]
El proceso de elaboración de cerveza y vino utiliza ciertas bacterias de ácido láctico, principalmente Lactobacillus . Las bacterias de ácido láctico se utilizan para iniciar el proceso de elaboración del vino iniciando la fermentación maloláctica. Después de la fermentación maloláctica, se utilizan células de levadura para iniciar el proceso de fermentación alcohólica en las uvas. El mecanismo de fermentación maloláctica es principalmente la transformación del ácido L-málico (ácido dicarboxílico) en ácido láctico (ácido monocarboxílico). [24] Este cambio se produce debido a la presencia de enzimas malolácticas y málicas. Todo el ácido málico se degrada y esto aumenta los niveles de pH, lo que cambia el sabor del vino. [24] No solo inician el proceso, sino que son responsables de los diferentes aromas producidos en el vino por la presencia de nutrientes y la calidad de las uvas. Además, la presencia de diferentes cepas puede cambiar la deseabilidad de la presencia de aromas. La diferente disponibilidad de enzimas que contribuyen al amplio espectro de aromas del vino están asociadas con las glicosidasas, β -glucosidasas, esterasas, descarboxilasas de ácido fenólico y citrato liasas. [25]
Mediante el uso de la biología molecular, los investigadores pueden ayudar a seleccionar diferentes cepas deseables que ayuden a mejorar la calidad del vino y a eliminar las cepas indeseables. Lo mismo puede decirse de la elaboración de cerveza, que utiliza levadura; algunas cervecerías utilizan bacterias de ácido láctico para cambiar el sabor de su cerveza. [26]
Una gran cantidad de productos alimenticios, productos químicos básicos y productos biotecnológicos se fabrican industrialmente mediante la fermentación bacteriana a gran escala de diversos sustratos orgánicos. Debido a que esto implica cultivar enormes cantidades de bacterias cada día en grandes tanques de fermentación, una amenaza grave en estas industrias es el riesgo de contaminación por bacteriófagos , que pueden detener rápidamente las fermentaciones y causar reveses económicos. Las áreas de interés en la gestión de este riesgo incluyen las fuentes de contaminación por fagos, las medidas para controlar su propagación y diseminación, y las estrategias de defensa biotecnológica desarrolladas para restringirlos. En el contexto de la industria de la fermentación de alimentos, la relación entre los bacteriófagos y sus huéspedes bacterianos es muy importante. La industria de la fermentación láctea ha reconocido abiertamente el problema de la contaminación por fagos y ha trabajado durante décadas con el mundo académico y los fabricantes de cultivos iniciadores para desarrollar estrategias y sistemas de defensa para reducir la propagación y evolución de los fagos. [27]
El primer contacto entre un fago infectante y su huésped bacteriano es la unión del fago a la célula huésped. Esta unión está mediada por la proteína de unión al receptor (RBP) del fago, que reconoce y se une a un receptor en la superficie bacteriana. Las RBP también se conocen como proteínas de especificidad del huésped, determinantes del huésped y antirreceptores. Se ha sugerido que una variedad de moléculas actúan como receptores del huésped para los bacteriófagos que infectan a las LAB; entre ellas se encuentran los polisacáridos y los ácidos (lipo) teicoicos , así como una proteína de membrana única. Se han identificado varias RBP de fagos de LAB mediante la generación de fagos híbridos con rangos de huésped alterados. Sin embargo, estos estudios también encontraron que otras proteínas del fago son importantes para una infección exitosa del fago. El análisis de la estructura cristalina de varias RBP indica que estas proteínas comparten un plegamiento terciario común y respalda las indicaciones anteriores de la naturaleza sacárida del receptor del huésped. Las bacterias grampositivas LAB tienen una gruesa capa de peptidoglicano , que debe atravesarse para inyectar el genoma del fago en el citoplasma bacteriano . Se espera que las enzimas que degradan el peptidoglicano faciliten esta penetración, y se han encontrado enzimas de este tipo como elementos estructurales de varios fagos LAB. [27]
Las LAB pueden sintetizar levanos a partir de sacarosa y dextranos a partir de glucosa . [28] Los dextranos, como otros glucanos , permiten que las bacterias se adhieran a la superficie de los dientes, lo que a su vez puede causar caries a través de la formación de placa dental y la producción de ácido láctico. [29] Si bien la bacteria principal responsable de la caries dental es Streptococcus mutans , las LAB figuran entre las otras bacterias bucales más comunes que causan caries. [30]
