Bioprospección

Bioprospección

La bioprospección de ambos grupos bacterianos puede abarcase desde varios ámbitos, las BAL han sido ampliamente estudiadas por sus múltiples propiedades y características, lo cual has hace un grupo con potencial. Parte de este potencial esta dado en su capacidad antagónica o de inhibir patógenos tanto para plantas como para animales y humanos, lo cual deriva en la utilización como bio-controladores como en ensilajes o en probióticos. Las BAR por su parte han demostrado que su maquinaria enzimática es capaz de contribuir a la industria mediante en el estudio de los metagenomas.

• BAL como antagonistas de fitopatógenos

Los hongos fitopatógenos son considerados una de las causas más importantes para la perdida de cultivos, su control se ha centrado en el uso de productos químicos que resultan ser nocivos para la salud humana, animal y para el ambiente, además de promover la resistencia a fungicidas. Dentro de las estrategias desarrolladas se encuentra el uso de BAL como bio-controladores de fitopatógenos, su uso se ha popularizado al ser seguros para el consumidor y el ambiente. La producción de ácidos como láctico, acético y compuestos fenólicos se han considerado como el principal factor de inhibición por la caída que existe en el pH en su presencia, sin embargo, la producción de surfactantes, bacteriocinas y la mezcla de varias moléculas han demostrado su capacidad antagónica. Estudios han demostrado la capacidad de inhibir tanto la germinación de esporas como el crecimiento miceliar en un rango de 50 a 100% en Colletotrichum gloeosporioides, así como de inhibir el crecimiento de Aspergillus niger, A. flavus, A. parasiticus y Penicillium chrysogenum, finding utilizando L. casei, L. acidophilus, y L. paracasei [12], [13].

• Potencial de remoción de factores anti nutricionales o toxinas.

Algunas frutas y verduras contienen toxinas naturales y compuestos antinutricionales que pueden ser desintoxicados o degradados por la fermentación de microorganismos. Por ejemplo, la yuca contiene naturalmente glucósidos cianogénicos, que son liberados en el cuerpo y pueden ser mortales sin un tratamiento adecuado. Después de pelar la yuca y su posterior fermentación durante cierto tiempo, las sustancias tóxicas pueden degradarse en un 90-95% [14]. Muchas frutas y verduras suelen contener cierta cantidad de nitrato, y algunas bacterias pueden convertir el nitrato en nitrito durante la fermentación. El nitrito puede ser convertirse en nitrosamina después de su ingesta, lo que es perjudicial para el cuerpo humano. Las bacterias lácticas de las frutas y verduras fermentadas pueden reducir la formación de de nitrito en los productos hortofrutícolas al inhibir la proliferación de bacterias nocivas y degradando el nitrito. Algunas BAL como  L. plantarum, L. brevis, L. fermentum, y Leuconostoc mesophila pueden degradar el nitrito en más del 97% [15].

• Bacterias como aditivos de forrajes

Los aditivos de origen microbiano permitan llevar a cabo una óptima fermentación de los carbohidratos de la planta durante el proceso de ensilaje y al mismo tiempo reducir la perdida de los nutrientes almacenados por la planta. El propósito último de la conservación de forrajes es de almacenar los nutrientes producidos por las plantas al momento de su cosecha, para luego proveer a los animales de alimento de buena calidad ya sea como suplemento nutricional o simplemente como una estrategia para minimizar una baja oferta de forraje. Los principios básicos de conservación mediante ensilado son el descenso rápido del pH de la biomasa de forraje mediante la fermentación láctica y el mantenimiento de las condiciones de anaerobiosis (McDonald et al., 1991). 

• Bacterias como probióticos

Lactobacillus es uno de los probióticos del intestino humano y es esencial para regular el microambiente intestinal. Los productos con Lactobacillus son populares en la industria, caracterizado por un proceso de producción relativamente sencillo, una buena resistencia al oxígeno y con efecto benefico sobre el hospedero. Se pueden utilizar muchos lactobacilos, como Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus casei, Lactobacillus paracasei, Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus, Lactobacillus brevis, Lactobacillus reuteri, Lactobacillus fermentum, Lactobacillus plantarum, Lactobacillus gasseri, Lactobacillus helveticus y Lactobacillus salivarius.

Los principales mecanismos de acción de las bacterias probióticas por los que mejoran las defensas de la mucosa del tracto gastrointestinal son mediante actividad antimicrobiana e inmunomodulación. En el primero los probióticos bloquean la colonización de bacterias patógenas disminuyendo el pH luminal, inhibiendo la invasión bacteriana y la adhesión a las células epiteliales y produciendo compuestos antimicrobianos como bacteriocinas y defensinas, ácidos orgánicos y peróxido de hidrógeno. Mejorando la función de barrera de la mucosa contra los patógenos ingeridos. Y segundo lugar las cepas específicas de probióticos podrían influir en el sistema inmunitario innato y adquirido, desempeñando así un papel importante en las enfermedades humanas. Las bacterias probióticas pueden afectar a las células epiteliales, a las células dendríticas, a los monocitos/macrófagos y a los distintos tipos de linfocitos (células asesinas naturales, células T y redistribución de células T) de forma directa o secundaria [16].

• Mega-diversidad del ambiente ruminal y su bioprospección

El ecosistema ruminal se ha definido como un quimiostato capaz de mantener múltiples procesos microbianos y diferentes reacciones bioquímicas al tiempo, debido a sus características es un ecosistema aun con un  porcentaje inexplorado, se ha dicho que la comunidad microbiana ruminal presenta un recurso potencial de enzimas hidrolíticas únicas capaces de optimizar los procesos al interior [17]. Parte de la dieta principal de los rumiantes está constituida de material vegetal compuesta por celulosa, hemicelulosa, ligninas, xilan, oligómeros de xilan, almidón, amilopectina, amilosa, cutinas entre otros, los cuales deben ser degradados mediante la utilización de enzimas proveídas por las bacterias y hongos anaerobios, como las enzimas fibroliticas, amilolíticas, hemicelulasas, xilasas, xilanasas, arabinofuranosidadas, celuladas, glucanohidrolasas, glucosidadas, endoglucanadas, amilasas, esterasas y cutinasas [18]. Diversos estudios en metagenómica se han enfocado en la búsqueda de estas enzimas que puedan responder a las necesidades de la industria sin necesidad de aislar microorganismos, no obstante, la bioprospección no solo se ha basado en la búsqueda de nuevas enzimas hidrolíticas de compuestos, también se han realizado búsquedas de moléculas capaces de inhibir microorganismos. Ferrer et al., 2005 [18] identificaron actividades hidrolíticas específicas de tipo esterasas, endo-β1,4-glucanasas y ciclodextrinasas en 22 clones utilizando el vector de fago lambda. El 36% de estas enzimas fueron catalogadas como nuevas al no estar relacionadas con ningún microorganismo cercano, dichas enzimas no solo sugieren la aplicación biotecnológica en biocatálisis, sino también nuevas estructuras proteicas y mecanismos catalíticos; estas nuevas enzimas podrían estar relacionadas a aquellos microorganismos no cultivables y sin asignación taxonómica en el rumen. Recientemente Quartinello et al., 2021[17] demostraron la habilidad de bacterias y hongos ruminales en degradar tres tipos de poliésteres sintéticos (PET, PBAT, PEF), utilizando enzimas de tipo esterasas, lipasas, cutinasas y proteasas, con una actividad más alta en  comparación con otros estudios de enzimas purificadas o sobrenadantes de microorganismos puros, la degradación puede estar influenciada no por un solo tipo de enzima sino por la acción sinérgica entre estas; a diferencia de los estudios de Ferrer y Duque, Quartinello sugiere la importancia en la identificación y  cultivabilidad  de los microorganismos responsables de la actividad, por los cambios que pueden existir en la comunidad durante la incubación con los poliésteres.

Referencias

[1]      M. Cotta and R. Forster, “The Family Lachnospiraceae, Including the Genera Butyrivibrio, Lachnospira and Roseburia,” in The Prokaryotes, Springer US, 2006, pp. 1002–1021.

[2]      W. J. Kelly et al., “The glycobiome of the rumen bacterium butyrivibrio proteoclasticus B316T highlights adaptation to a polysaccharide-rich environment,” PLoS One, vol. 5, no. 8, p. e11942, Aug. 2010.

[3]      S. Koike and Y. Kobayashi, “Fibrolytic rumen bacteria: Their ecology and functions,” Asian-Australasian J. Anim. Sci., vol. 22, no. 1, pp. 131–138, 2009.

[4]      L. L. Mamuad et al., “Rumen fermentation and microbial community composition influenced by live Enterococcus faecium supplementation.”

[5]      P. Boonsaen, M. Kinjo, S. Sawanon, Y. Suzuki, S. Koike, and Y. Kobayashi, “Partial characterization of phylogeny, ecology and function of the fibrolytic bacterium Ruminococcus flavefaciens OS14, newly isolated from the rumen of swamp buffalo,” Anim. Sci. J., vol. 89, no. 2, pp. 377–385, 2018.

[6]      J. C. McCann, S. Luan, F. C. Cardoso, H. Derakhshani, E. Khafipour, and J. J. Loor, “Induction of subacute ruminal acidosis affects the ruminal microbiome and epithelium,” Front. Microbiol., vol. 7, no. MAY, 2016.

[7]      A. Pompilio, G. Di Bonaventura, and G. Gherardi, “An overview on streptococcus bovis/streptococcus equinus complex isolates: Identification to the species/subspecies level and antibiotic resistance,” International Journal of Molecular Sciences, vol. 20, no. 3. 2019.

[8]      M. Gobbetti and F. Minervini, “Lactobacillus: Lactobacillus casei,” in Encyclopedia of Food Microbiology: Second Edition, 2014, pp. 432–438.

[9]      J. Hee Lee et al., “Genome Sequence of Lactobacillus mucosae LM1, Isolated from Piglet Feces,” 2012.

[10]    S. Gorbach, S. Doron, and F. Magro, “Lactobacillus rhamnosus GG.,” in The Microbiota in Gastrointestinal Pathophysiology, 2017, pp. 79–88.

[11]    S. A. Ibrahim, “Lactic Acid Bacteria: Lactobacillus spp.: Other Species,” in Reference Module in Food Science, 2016, pp. 1–7.

[12]    C. Barrios-Roblero, R. Rosas-Quijano, M. Salvador-Figueroa, D. Gálvez-López, and A. Vázquez-Ovando, “Antifungal lactic acid bacteria isolated from fermented beverages with activity against Colletotrichum gloeosporioides,” Food Biosci., vol. 29, pp. 47–54, Jun. 2019.

[13]    S. Abbaszadeh, R. Tavakoli, A. Sharifzadeh, and H. Shokri, “Lactic acid bacteria as functional probiotic isolates for inhibiting the growth of Aspergillus flavus, A. parasiticus, A. niger and Penicillium chrysogenum,” J. Mycol. Med., vol. 25, no. 4, pp. 263–267, Dec. 2015.

[14]    M. Battcock and S. Azam-Ali, “Fermented fruits and vegetables-A global perspective, FAO agricultural services bulletin N°134.,” Rome, 1998.

[15]    P. M. Yan, W. T. Xue, S. S. Tan, H. Zhang, and X. H. Chang, “Effect of inoculating lactic acid bacteria starter cultures on the nitrite concentration of fermenting Chinese paocai,” Food Control, vol. 19, no. 1, pp. 50–55, Jan. 2008.

[16]    P. Florou-Paneri, E. Christaki, and E. Bonos, “Lactic Acid Bacteria as Source of Functional Ingredients,” in Lactic Acid Bacteria - R & D for Food, Health and Livestock Purposes, IntechOpen, 2013.

[17]    F. Quartinello et al., “Together Is Better: The Rumen Microbial Community as Biological Toolbox for Degradation of Synthetic Polyesters,” Front. Bioeng. Biotechnol., vol. 9, no. July, pp. 1–11, 2021.

[18]    M. Ferrer et al., “Novel hydrolase diversity retrieved from a metagenome library of bovine rumen microflora,” Environ. Microbiol., vol. 7, no. 12, pp. 1996–2010, 2005.