Staphylococcus carnosus es una bacteria del género Staphylococcus que es tanto grampositiva como coagulasa negativa. [1] Se identificó originalmente en salchichas secas y es un cultivo iniciador importante para la fermentación de la carne. [1] [2] A diferencia de otros miembros de su género, como Staphylococcus aureus y Staphylococcus epidermidis , S. carnosus no es patógeno y se utiliza de forma segura en la industria alimentaria . [3]
Staphylococcus carnosus está clasificado en el dominio Bacteria , filo Bacillota , clase Bacilli , orden Bacillales , familia Staphylococcaceae , género Staphylococcus y especie S. carnosus. [4] El género Staphylococcus actualmente comprende más de 60 especies y subespecies, incluyendo S. carnosus. [5]
La PCR y la secuenciación de ADN junto con la secuenciación del ARNr 16s se utilizan comúnmente para diferenciar entre las especies de estafilococos. [5] Se han utilizado diferentes métodos de análisis filogenético para examinar las relaciones entre las diferentes especies de Staphylococcus . Un método dividió las especies en dos clados distintos según su estado como oxidasa positiva o negativa, y entre las especies que carecían de actividad oxidasa, el linaje S. auricularis emergió como el grupo hermano de las otras especies. [5] El siguiente linaje en este clado, que divergió basalmente, incluye varias especies: S. simulans , S. condimenti , S. piscifermentans y subespecies S. carnosus . Las subespecies de S. carnosus exhibieron una agrupación cercana, formando el grupo pariente más cercano a S. condimenti. [5] Dentro del grupo Simulans-Carnosus, que comprende S. simulans , S. condimenti , S. carnosus y S. piscifermentans , se identificaron un total de cuatro especies coagulasa -negativas, todas particularmente susceptibles a la novobiocina . [5] Estas especies, incluida S. carnosus , formaron parte de uno de los primeros linajes divergentes en Staphylococcus. [5]
Según los análisis filogenéticos comparativos, S. pseudintermedius es el linaje más basal del género Staphylococcus , lo que significa que evolucionó temprano a partir de la raíz del árbol filogenético y no está ramificado, mientras que S. carnosus forma el siguiente linaje más basal. [6] Tanto S. pseudintermedius como S. carnosus no se encuentran en humanos, lo que los diferencia de otras especies de estafilococos como S. aureus y S. epidermidis , y la filogenia implica que fue solo después de la separación de S. carnosus que la adaptación a los humanos evolucionó entre los estafilococos. [6] Otras características que distinguen a S. carnosus de las otras especies de estafilococos incluyen su capacidad para prosperar en un entorno con alto contenido de sal, reducir el nitrato y producir acetoína . Su incapacidad para producir ácido a partir de sacarosa y maltosa también sirve como característica de identificación. [1]
S. carnosus fue aislado por primera vez de salchichas secas en 1982 por Schleifer y Fischer. [1] El proceso de descubrimiento incluyó el aislamiento de las muestras de investigación, el cultivo, el examen microscópico y varias pruebas bioquímicas. Inicialmente, las cepas de S. simulans se identificaron en muestras de salchichas secas colocándolas en un medio selectivo para Staphylococcus , según lo diseñado por Schleifer y Krämer, o alternativamente en agar de recuento en placa . [1] El medio específico para estafilococos aseguró que solo los miembros del género Staphylococcus crecerían mientras que se inhibiría el crecimiento de grupos no deseados. [1] La técnica de agar de recuento en placa se utiliza para estimar el número total de bacterias en una muestra dada. La mayoría de las muestras utilizadas en ambos métodos se cultivaron aeróbicamente en caldo de peptona-extracto de levadura-glucosa-NaCl. [1] Se realizaron varias pruebas para determinar las reacciones fisiológicas y de carbohidratos , el tipo de peptidoglicano , la composición química de los ácidos teicoicos en la pared celular y el patrón de citocromo . [1] Se encontró que todas las cepas eran anaerobias facultativas y usaban glucosa para producir cantidades equivalentes de D- y L-lactato. [1] Finalmente, los estudios de hibridación ADN-ADN encontraron que S. carnosus tiene el contenido de GC más alto entre todas las especies de Staphylococcus . [2] En estudios comparativos, se observó que los valores de homología de ADN entre S. carnosus y S. simulans fueron notablemente altos en contraste con los valores de homología entre S. carnosus y otras especies dentro del género Staphylococcus . Aunque las cepas de S. simulans y S. carnosus comparten una relación genética cercana basada en la homología del ADN , esta similitud se consideró insuficiente para categorizarlas como una sola especie. [1]
S. carnosus aparece típicamente como células esféricas simples o pareadas, conocidas como cocos , con diámetros que varían de 0,5 a 1,5 μm. [1] Estas células forman colonias con una configuración redonda, márgenes suaves y una elevación ligeramente elevada. Las colonias de S. carnosus a menudo exhiben una coloración blanco grisácea y una textura brillante sutil, lo que las hace fácilmente distinguibles en placas de agar . [1] El diámetro de estas colonias generalmente cae dentro del rango de 1 a 3 mm. [1] La tinción de Gram de las células de S. carnosus revela que son Gram-positivas debido al grosor de su capa de peptidoglicano . Por último, S. carnosus no es móvil y no forma esporas , lo que indica la ausencia de un flagelo para el movimiento y su incapacidad para formar endosporas para la supervivencia durante condiciones adversas. [1] En cambio, su crecimiento y supervivencia dependen de sus capacidades metabólicas y adaptaciones al medio ambiente.
S. carnosus es un quimioorganótrofo anaeróbico facultativo que utiliza el metabolismo respiratorio . [1] En condiciones donde el oxígeno está ausente, puede utilizar nitrato como aceptor terminal de electrones en la respiración anaeróbica . [7] Cuando el nitrato se reduce, el nitrito resultante primero se acumula en el medio. [7] Una vez que el nitrato se ha agotado, el nitrito es absorbido por las células y sufre una mayor reducción a amoníaco , que luego se incorpora a la biomasa . [7] La síntesis tanto de nitrito reductasa como de nitrato reductasa es inhibida por el oxígeno, lo que es consistente con el estado de S. carnosus como un anaerobio facultativo que realiza respiración aeróbica para obtener energía en presencia de oxígeno y cambia a respiración anaeróbica de nitrato cuando el oxígeno no está disponible. [7]
Cuando se cultivan aeróbicamente, las cepas de S. carnosus producen ácido en algunos azúcares como la glucosa y la fructosa, pero no producen ácido en otros azúcares como la sacarosa y la lactosa . [1] En comparación con otras especies de estafilococos, como S. xylosus y S. equorum , S. carnosus tiene una mayor tendencia a degradar ciertos aminoácidos en aldehídos metil -ramificados , sus respectivos ésteres y ácidos , y también produce más productos de metilcetona a través de la β-oxidación de ácidos grasos . [8] Todos estos compuestos contribuyen al aroma y afectan el grado de madurez de la salchicha fermentada. [8]
S. carnosus dio positivo para catalasa , una enzima responsable de descomponer el peróxido de hidrógeno en agua y oxígeno. [1] También dio positivo para bencidina , lo que confirma que tiene un sistema de citocromo utilizado durante la respiración aeróbica . [1]
S. carnosus es un mesófilo porque muestra un óptimo de crecimiento a temperaturas relativamente altas (32-37 °C). [9] S. carnosus tiene una alta tolerancia a la sal y puede persistir en concentraciones de NaCl de hasta 15%, [1] aunque el crecimiento comienza a disminuir a 10% de NaCl. [10] Debido a su papel en la fermentación de la carne, S. carnosus puede vivir en condiciones ácidas y adaptarse a un pH de 5,5. [10] Sin embargo, su crecimiento puede ser limitado en presencia de microorganismos más tolerantes al pH. [11] También se ha demostrado que S. carnosus , específicamente la cepa TM300, es capaz de alterar la composición de su peptidoglicano en respuesta a diferentes condiciones de incubación. [12] Cuando se cultivó en presencia de altos niveles de azúcar, S. carnosus experimentó un metabolismo de desbordamiento que condujo a la aparición de péptidos tetra tallo en su peptidoglicano. [12] S. carnosus también regula positivamente la producción de catalasa y superóxido dismutasa , las cuales proporcionan importantes funciones antioxidantes , cuando se incuban en un entorno de fermentación de salchichas (es decir, condiciones ácidas, nitrito y nitrato disponibles y aireación mínima ). [13]
El genoma de S. carnosus TM300 ha sido secuenciado y analizado. [3] De todos los genomas estafilocócicos secuenciados, S. carnosus se distingue de otras especies porque contiene el mayor contenido de GC con un 34,6%. [3] El tamaño de su genoma es uno de los más pequeños entre los del género Staphylococcus (2,56 Mbp) y tiene una alta densidad de codificación (86,0%). El genoma contiene los genes necesarios para un cultivo iniciador , incluida una vía de reducción de nitrato y nitrito, vías metabólicas apropiadas y enzimas que mitigan el estrés oxidativo . [3] Muchos de los marcos de lectura abiertos en el genoma de S. carnosus están truncados, lo que refleja la pérdida de funciones genéticas como resultado de vivir en un entorno rico en nutrientes. [3] La no patogenicidad de S. carnosus está respaldada por el bajo número de elementos móviles en su genoma, así como por la falta de toxinas y superantígenos encontrados en especies patógenas como S. aureus y S. epidermidis . [3] [14] Aunque S. carnosus es avirulento, su genoma codifica varios homólogos de factores de virulencia encontrados en otros estafilococos. [15] Sin embargo, estas proteínas no tienen un efecto patógeno en S. carnosus y pueden contribuir a otras funciones importantes como la colonización del huésped. [15]
La secuenciación genómica y la anotación de una cepa diferente de S. carnosus (LTH 7013) tomada de jamón del Tirol del Sur revelaron que esta cepa también podría catalizar la reducción de nitrato a nitrito y nitrito a amoníaco, y no se identificaron toxinas ni superantígenos . [16] También se ha secuenciado el genoma de S. carnosus LTH 3730, que se obtuvo de una muestra de pescado fermentado. Además de un sistema de reducción de nitrato-nitrito, LTH 3730 también contenía genes que codifican catalasa , peroxidasas y proteínas involucradas en la respuesta al estrés oxidativo . [17] Sin embargo, a diferencia de otras cepas de S. carnosus como TM300, LTH 3730 demostró actividad hemolítica . [17] Esta actividad hemolítica, junto con la presencia de proteínas identificadas en cepas patógenas de estafilococos, ha impedido el uso de LTH 3730 como cultivo iniciador .
Aunque originalmente se aisló de las salchichas, el hábitat natural de S. carnosus sigue siendo controvertido. [2] Si bien se han encontrado muchas especies de Staphylococcus en humanos, S. carnosus nunca se ha recolectado de fuentes humanas. [3] Se ha especulado que S. carnosus puede vivir en la piel de los animales debido a su presencia común en la carne. [3] Otros han propuesto que S. carnosus podría derivar de los peces basándose en su proximidad filogenética a S. piscifermentans y las similitudes en su ARNr 16S y las proteínas CydA y CydB. [3]
Un estudio investigó las características de la superficie de diferentes cepas de S. carnosus y descubrió que podían adherirse a superficies que se encuentran comúnmente en fábricas de procesamiento de alimentos, como el acero inoxidable , pero no podían acumularse, probablemente debido a su incapacidad para sintetizar los polisacáridos que son importantes para la adhesión . [18] Este hallazgo proporciona una explicación de por qué S. carnosus no suele aislarse del medio ambiente, como en la industria alimentaria y el entorno clínico, y por qué su verdadero nicho ecológico aún es incierto.
S. carnosus es una de las principales especies de Staphylococcus utilizadas en la fermentación de alimentos . [19] La práctica de utilizar S. carnosus como cultivo iniciador de carne se originó en la década de 1950 debido a su capacidad para reducir nitratos y nitritos, lo que contribuye al color y sabor deseados de la carne al tiempo que reduce los olores. [3] Además, S. carnosus tiene un papel importante en la prevención del crecimiento de bacterias indeseables y, por lo tanto, protege contra el deterioro de los alimentos . [2] Las propiedades beneficiosas de S. carnosus lo hacen particularmente útil para la industria alimentaria, como la conservación de productos cárnicos frescos. [20]
También se están explorando otras posibles aplicaciones de S. carnosus fuera de la fermentación de alimentos. Las bacterias grampositivas como S. carnosus pueden ser diseñadas para expresar péptidos que se unen a metales que le permiten absorber iones metálicos, lo que puede aplicarse a la biorremediación de aguas residuales contaminadas con metales tóxicos. [21] Además, su uso extensivo en la preparación de carne y su condición de organismo GRAS (generalmente considerado seguro) hace que S. carnosus sea un posible candidato para administrar vacunas vivas , ya que representa muy poco peligro para el huésped. [2] Por lo tanto, las características únicas de S. carnosus revelan vías para su mayor desarrollo en avances médicos e impacto ambiental.