Lactococcus lactis es una bacteria grampositiva ampliamente utilizada en la producción de suero de leche y queso , [ 1 ] pero también se ha hecho famosa por ser el primer organismo genéticamente modificado utilizado 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 a 1,5 μm . L. lactis no produce esporas ( no esporulante ) y no es móvil ( inmóvil ). Tienen un metabolismo homofermentativo, lo que significa que producen ácido láctico a partir de azúcares. También se ha informado que producen exclusivamente ácido L -(+)- láctico . [ 3 ] Sin embargo, [ 4 ] informaron que se puede producir ácido D -(−)-láctico cuando se cultiva a 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 historial en la fermentación de alimentos, L. lactis ha sido 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 vital importancia para la fabricación de productos lácteos, como el suero de mantequilla y los quesos. Cuando se añade L. lactis ssp. lactis 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 el ácido láctico. El ácido láctico producido por la bacteria coagula la leche, que luego se separa para formar cuajada que se utiliza 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 mantequilla y otros. [ 12 ] L. lactis es una de las bacterias Gram positivas de bajo GC mejor caracterizadas, con 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 mediante un proceso en el que se perdieron o se redujeron genes que no aportaban beneficios en la leche rica. [ 14 ] [ 18 ] Este proceso, denominado erosión del genoma o evolución reductiva , se ha descrito en varias otras bacterias lácticas . [ 19 ] [ 20 ] La transición propuesta del entorno vegetal al lácteo se reprodujo en el laboratorio mediante la evolución experimental de un aislado vegetal cultivado en leche durante un período prolongado. De acuerdo con los resultados de la genómica comparativa (véanse las referencias anteriores), esto dio lugar a que L. lactis perdiera o redujera la expresión de genes prescindibles en la leche y a la regulación positiva del transporte de péptidos. [ 21 ]
Meulen et al. identificaron cientos de nuevos ARN pequeños en el genoma de L. lactis MG1363 . Se demostró que uno de ellos, LLnc147, participa en la captación 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 ] 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 la bacteria metabolice completamente 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 ). [ 25 ]
La Asamblea del estado 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, [ 26 ] sin embargo, la legislación no fue adoptada por el Senado. [ 27 ] La legislación fue presentada en noviembre de 2009 como Proyecto de Ley 556 de la Asamblea por los Representantes Hebl, Vruwink, Williams, Pasch, Danou y Fields; fue copatrocinada por el Senador Taylor. [ 28 ] El proyecto de ley fue aprobado por la Asamblea el 15 de mayo de 2010 y fue retirado por el Senado el 28 de abril. [ 28 ]
Beneficios terapéuticos
Se ha investigado ampliamente la viabilidad del uso de bacterias lácticas (BAL) como vectores de administración de proteínas funcionales. [ 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 la lactosa
En un estudio que buscaba demostrar que cierta fermentación producida por L. lactis puede dificultar la motilidad en bacterias patógenas, la motilidad de 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 la motilidad de Salmonella a través de la interrupción de la rotación flagelar en lugar de a través de un daño irreversible a la morfología y 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 modificada genéticamente 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 la matriz . [ 38 ] Un estudio de Lothar Steidler y Wolfgang Hans [ 39 ] muestra que la síntesis in situ de IL-10 por L. lactis modificada genéticamente 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 que la IL-10 puede alcanzar su objetivo terapéutico. La bacteria L. lactis modificada genéticamente podría producir IL-10 murina en la luz intestinal , y la proteína podría difundirse a las células respondedoras en el epitelio o la lámina propia . Otra vía implica que L. lactis sea captada por las células M debido a su tamaño y forma bacteriana, y la mayor parte del efecto podría deberse a la producción de IL-10 recombinante in situ en el tejido linfoide intestinal. Ambas vías podrían implicar mecanismos de transporte paracelular que se potencian durante la inflamación . Tras el transporte, la IL-10 podría regular directamente la inflamación. En principio, este método podría ser útil para la administración intestinal de otras proteínas terapéuticas inestables o difíciles de producir en grandes cantidades, y como alternativa al tratamiento sistémico de la enfermedad inflamatoria intestinal (EII).
Supresor tumoral a través del péptido inhibidor de la 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 la metástasis tumoral conocido como KISS1 . [ 40 ] Se demostró que L. lactis NZ9000 es una fábrica celular para la secreción de la proteína KiSS1 biológicamente activa, que ejerce efectos inhibidores sobre las células de cáncer colorrectal humano HT-29.
KiSS1 secretado por la cepa recombinante de L. lactis reguló negativamente 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 de 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 de 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 misma. 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 ]
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Enlaces externos
- Cepa tipo de Lactococcus lactis en Bac Dive - la base de datos de metadatos de diversidad bacteriana
- Estreptococcáceas
- Bacterias utilizadas en productos lácteos
- Bacterias descritas en 1873
- bacterias Gram positivas