Bacterias Ácido Lácticas – Fundamentos y Aplicaciones

Descripción

En la presente obra se encuentra el amplio panorama de la investigación de las bacterias ácido lácticas. Será de gran utilidad tanto para estudiantes de nivel medio superior hasta investigadores de posgrado de las áreas químicobiológias, incluso para profesionales de la industria alimentaria y bioquímica. Además, los autores son investigadores líderes en su campo, por lo que los fundamentos del tema se complementan con los avances más recientes en la comprensión y en la aplicación de las bacterias ácido lácticas. Se detallan las funciones y características de estos microorganismos, igualmente se desarrollan las técnicas, tradicionales y más recientes, para aislarlos e identificarlos. Se hace una revisión del papel que desempeñan estos microorganismos en la tecnología de los alimentos, su función como espesantes, gelificantes y mejorantes de textura; y en la industria farmacéutica debido a que activan la respuesta inmune del sistema. Se presentan las técnicas de manipulación genética de las bacterias y los fagos que las afectan, así como sus consecuencias en la industria alimentaria. En el aspecto médico, se analizan las principales aplicaciones de las bacterias ácido lácticas para el bienestar del ser humano, es decir, su uso como agentes pro y prebióticos y como moléculas terapéuticas.

A QUIEN VA DIRIGIDO

Estudiantes de licenciatura del área químicobiológica, por ejemplo, Ingeniería en alimentos, Química de alimentos, Químico farmacéutico biólogo, Químico bacteriólogo y parasitólogo, Ingeniería biotecnológica. También para investigadores en ciencias químicobiológicas, biomedicina molecular, ciencias en alimentos, biotecnología molecular, entre otros.

Contenido

Introducción ……………………………………………………………………………………..1

Capítulo 1

Funciones generales de las bacterias ácido lácticas ……………………………………..3

1.1 Introducción ………………………………………………………………………………….3

1.2 Las BAL como microorganismos alterantes ……………………………………….4

1.3 Las BAL como microorganismos beneficiosos ……………………………………5

1.4 Fermentación de alimentos ……………………………………………………………..6

1.5 Definición de alimentos fermentados …………………………………………………6

1.6 Fermentación de la leche ………………………………………………………………..7

1.7 Fermentación de la carne ……………………………………………………………….9

1.8 Fermentación de vegetales ……………………………………………………………10

1.9 Fermentación de bebidas ……………………………………………………………..10

1.10 Biopreservación de alimentos ………………………………………………………..11

1.10.1 Metabolitos producidos por las BAL ………………………………….12

1.11 Bacterias lácticas probióticas …………………………………………………………15

1.11.1 Efectos/beneficios de los probióticos …………………………………17

1.11.2 Seguridad de los probióticos ……………………………………………17

Capítulo 2

Aislamiento e identificación de las bacterias ácido lácticas……………………………25

2.1 Introducción ………………………………………………………………………………..25

2.2 Aislamiento de las bacterias del ácido láctico ……………………………………26

2.3 Identificación basada en pruebas fenotípicas ……………………………………27

2.4 Identificación basada en análisis del ADN ………………………………………..28

2.4.1 Hibridación ADN-ADN …………………………………………………….28

2.4.2 Métodos basados en la PCR ……………………………………………29

2.4.3 Métodos basados en digestiones enzimáticas …………………….32

2.5 Métodos independientes de cultivo …………………………………………………32

2.5.1 Huellas genéticas (fingerprinting) ……………………………………….33

2.5.2 Métodos in situ ……………………………………………………………..34

2.5.3 Secuenciación ……………………………………………………………….35

2.5.4 Microarrays ……………………………………………………………………37

2.5.5 Citometría de flujo …………………………………………………………..37

2.6 Conclusiones ………………………………………………………………………………37

Capítulo 3

Grupo de baterías ácido lácticas ……………………………………………………………..41

3.1 Introducción ………………………………………………………………………………..41

BACTERIAS ÁCIDO LÁCTICAS: FUNDAMENTOS Y APLICACIONES – DRIDER /RIVERA ALFAOMEGA

Capítulo 3A

Leuconostoc ……………………………………………………………………………………46

3A.1 Introducción ………………………………………………………………………………..46

3A.2 Hábitat ……………………………………………………………………………………47

3A.3 Taxonomía e identificación …………………………………………………………….48

3A.4 Genética ……………………………………………………………………………………49

3A.5 Salud y rol en alimentos funcionales ………………………………………………..49

3A.6 Conclusiones ………………………………………………………………………………50

Capítulo 3B

Lactococcus ……………………………………………………………………………………56

3B.1 Introducción ………………………………………………………………………………..56

3B.2 Taxonomía y evolución al ambiente lácteo ………………………………………..56

3B.3 Lactococcus lactis en cultivos iniciadores ………………………………………..58

3B.4 Contribución de L.Lactis a la fermentación de la leche y a la formación

de aroma y sabor en el queso ………………………………………………………..59

3B.5 Actividad glicolítica ……………………………………………………………………….59

3B.6 Actividad proteolítica …………………………………………………………………….60

3B.6.1 Proteinasa de pared celular ……………………………………………..61

3B.6.2 Sistemas de transporte de péptidos y aminoácidos ……………..61

3B.6.3 Peptidasas de L. Lactis …………………………………………………..61

3B.7 Catabolismo de aminoácidos: rutas y actividades enzimáticas …………….62

3B.7.1 Actividad aminotransferasa ………………………………………………62

3B.7.2 Actividad hidroxiácido deshidrogenasa ………………………………63

3B.7.3 Actividad cetoácido deshidrogenasa………………………………….64

3B.7.4 Actividad cetoácido descarboxilasa …………………………………..64

3B.7.5 Actividad liasa ………………………………………………………………..64

3B.8 Regulación de la expresión génica en L. Lactis y diversidad genética……65

3B.9 Conclusiones ………………………………………………………………………………66

Capítulo 3C

Enterococcus ……………………………………………………………………………………69

3C.1 Introducción ………………………………………………………………………………..69

3C.2 Epidemiología molecular de los enterococos…………………………………….71

3C.3 Factores de adaptación al hospedador y virulencia ……………………………72

3C.4 Producción de aminas biógenas …………………………………………………….77

3C.5 Resistencia a antibióticos ………………………………………………………………79

3C.6 Producción de bacteriocinas ………………………………………………………….81

3C.7 Potencial biotecnológico de los enterococos ……………………………………82

3C.8 Conlusiones ………………………………………………………………………………..86

x Contenido

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Capítulo 3D

Pediococcus ……………………………………………………………………………………99

3D.1 Introducción ………………………………………………………………………………..99

3D.2 Fisiología ………………………………………………………………………………….100

3D.3 Hábitat ………………………………………………………………………………….101

3D.4 Aplicaciones biotecnológicas ……………………………………………………….102

3D.4.1 Fermentación de productos cárnicos ……………………………….102

3D.4.2 Fermentación de productos vegetales ……………………………..102

3D.4.3 Fermentación de productos lácteos …………………………………103

3D.4.4 Fermentación de alimentos marinos ………………………………..103

3D.4.5 Fermentación de ensilados …………………………………………….104

3D.4.6 Producción de bateriocinas y bioconservación

de alimentos ………………………………………………………………..104

3D.4.7 Probióticos ………………………………………………………………….105

3D.5 Alteraciones de alimentos y bebidas ……………………………………………..105

Capítulo 3E

Carnobacterium ………………………………………………………………………………….110

3E.1 Introducción ………………………………………………………………………………110

3E.2 Distribución en el medio ambiente y alimentos ………………………………..111

3E.2.1 Medio ambiente ……………………………………………………………111

3E.2.2 Productos lácteos, cárnicos y pesqueros …………………………114

3E.3 Propiedades funcionales de carnobacterias ……………………………………117

3E.3.1 Bacteriocinas y propiedades antimicrobianas ……………………117

3E.3.2 Efecto de actividades catabólicas en las características

ornganolépticas y seguridad de los alimentos ……………………123

3E.4 Carnobacterias como organismos patógenos y/o cultivos

probióticos ………………………………………………………………………………..128

3E.5 Genómica …………………………………………………………………………………132

3E.6 Conclusiones …………………………………………………………………………….132

Capítulo 3F

Lactobacillus ………………………………………………………………………………….168

3F.1 Introducción ………………………………………………………………………………168

3F.2 Clasificación e identificación …………………………………………………………169

3F.3 Metabolismo fermentativo ……………………………………………………………169

3F.4 Hábitat ………………………………………………………………………………….170

3F.5 Papel en la elaboración de alimentos fermentados …………………………..171

3F.6 Producción de ensilados para pienso ……………………………………………173

3F.7 Alteración de alimentos y bebidas …………………………………………………173

3F.8 Producción de bacteriocinas ………………………………………………………..174

3F.9 Efectos beneficiosos para la salud ………………………………………………..175

3F.10 Patogenicidad ……………………………………………………………………………176

Contenido xi

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Capítulo 3G

Oenococcus ………………………………………………………………………………… 178

3G.1 Introducción ………………………………………………………………………………178

3G.2 Oenococcus Oeni ………………………………………………………………………179

3G.3 Diversidad Intra-Específica de la especie O.Oeni ……………………………..180

3G.3.1 Identificación y tipificación molecular ………………………………..180

3G.3.2 Mecanismos de adaptación al estrés ambiental …………………182

3G.4 Usos industriales………………………………………………………………………..183

3G.4.1 Elaboración del vino ………………………………………………………183

3G.4.2 Producción de compuestos aromáticos ……………………………184

3G.4.3 Producción de exopolisacáridos ……………………………………..185

3G.5 Alteración del vino ………………………………………………………………………186

3G.6 Conclusiones …………………………………………………………………………….187

Capítulo 3H

Streptococcus ………………………………………………………………………………….191

3H.1 Introducción ………………………………………………………………………………191

3H.2 Streptococcus thermophilus ………………………………………………………..192

3H.3 Propiedades tecnológicas de Streptococcus thermophilus ……………….193

3H.3.1 Metabolismo de los azucares………………………………………….193

3H.3.2 Sistema proteólico y metabolismo aminoacídico ………………..194

3H.3.3 Metabolismo de la urea………………………………………………….195

3H.3.4 Resistencia a fagos ……………………………………………………….196

3H.3.5 Biosíntesis de exopolisacáridos ………………………………………197

3H.4 Propiedades Probióticas de Streptococcus thermophilus …………………198

3H.4.1 Producción de bacteriocinas ………………………………………….198

3H.4.2 Biosíntesis de folato ………………………………………………………199

3H.4.3 Producción de biosurfactante …………………………………………199

3H.5 Otras especies de interés alimentario o biomédico …………………………..199

3H.6 Conclusiones …………………………………………………………………………….200

Capítulo 4

Genética y fagos de las bacterias ácido lácticas ……………………………………….203

4.1 Introducción ………………………………………………………………………………203

Capítulo 4A

Expresión y manipulación genética de las bacterias lácticas ……………………….206

4A.1 Introducción ………………………………………………………………………………206

4A.2 Sistemas de expresión genética de Lactococcus lactis …………………….207

4A.3 Manipulación cromosómica …………………………………………………………214

4A.4 Perspectivas futuras …………………………………………………………………..217

xii Contenido

BACTERIAS ÁCIDO LÁCTICAS: FUNDAMENTOS Y APLICACIONES ALFAOMEGA – DRIDER /RIVERA

Capítulo 4B

Fagos de bacterias lácticas …………………………………………………………………..221

4B.1 Introducción ………………………………………………………………………………221

4B.2 Clasificación y ciclo biológico ……………………………………………………….221

4B.3 Mecanismos de resistencia a fagos ………………………………………………224

4B.4 Estrategias anti-fago …………………………………………………………………..225

4B.4.1 Estrategias de ingeniería genética ……………………………………225

4B.5 Herramientas y aplicaciones basadas en fagos de bacterias

lácticas ………………………………………………………………………………….227

4B.5.1 Herramientas moleculares ……………………………………………..227

4B.5.2 Agentes de biocontrol ……………………………………………………228

4B.6 Conclusiones …………………………………………………………………………….229

Capítulo 5

Aplicaciones biotecnológicas …………………………………………………………………234

5.1 Introducción ………………………………………………………………………………234

Capítulo 5A

Prebióticos ………………………………………………………………………………….237

5A.1 Introducción ………………………………………………………………………………237

5A.2 Características …………………………………………………………………………..238

5A.3 Clasificación ……………………………………………………………………………..239

5A.3.1 Prebióticos sintéticos …………………………………………………….239

5A.3.2 Prebióticos naturales …………………………………………………….241

5A.4 Subproductos agroindustriales como fuente de fibra ……………………….245

5A.5 Incorporación de fibra dietética en productos cárnicos …………………….246

5A.6 Conclusiones …………………………………………………………………………….247

Capítulo 5B

Probióticos y moléculas terapéuticas ………………………………………………………252

5B.1 Introducción ………………………………………………………………………………252

5B.2 Enzimas ………………………………………………………………………………….253

5B.3 Moléculas con actividad protectora frente a patógenos ……………………255

5B.4 Moléculas con actividad moduladora del sistema

nervioso central …………………………………………………………………………257

5B.5 Moléculas con actividad antioxidante …………………………………………….259

5B.6 Moléculas con actividad inmunomoduladora/anti-inflamatoria ……………261

5B.7 Expresión de moléculas heterólogas de interés terapéutico ………………265

5B.8 Conclusiones …………………………………………………………………………….270

Capítulo 5C

Uso de bacterias lácticas como vehículos de moléculas

terapéuticas ………………………………………………………………………………….273

Contenido xiii

BACTERIAS ÁCIDO LÁCTICAS: FUNDAMENTOS Y APLICACIONES – DRIDER /RIVERA ALFAOMEGA

5C.1 Introducción ………………………………………………………………………………273

5C.2 Bacterias lácticas como vehículos de antígenos y citosinas

a nivel de mucosas …………………………………………………………………….275

5C.3 Lactococcus lactis como vehículo de proteína de interés medio ………..276

5C.4 Producción heteróloga de proteínas en L. Lactis ……………………………..276

5C.5 Uso de lactococos recombinantes para inducir una respuesta inmune

sistémica y mucosal contra patógenos bacterianos y virales ……………..278

5C.6 Uso de lactococos recombinantes para tratar la alergia

causada por la B-Lactoglobulina bovina ………………………………………..279

5C.7 Efectos de la administración intranasal de una cepa recombinante

de L. Lactis que produce y secreta la leptina humana en ratones

obesos ob/ob ……………………………………………………………………………280

5C.8 Respuesta inmune contra antígenos expresados por

Lactobacillus SPP. ……………………………………………………………………..281

5C.9 Conclusiones …………………………………………………………………………….281

Capítulo 5D

Aplicaciones de los exopolisacáridos producidos por BAL en

la calidad y funcionalidad de los alimentos ……………………………………………….295

5D.1 Introducción ………………………………………………………………………………295

5D.2 Tipos de exopolisacáridos y su estructura ……………………………………..297

5D.3 Influencia de los exopolisacáridos en las propiedades organolépticas

de los alimentos …………………………………………………………………………301

5D.4 Contribución de los exopolisacáridos a la funcionalidad ……………………304

5D.4.1 Los exopolisacáridos como prebióticos ……………………………305

5D.4.2 Contribución de los exopolisacáridos al carácter

probiótico y a la capacidad inmunomoduladora de

las bacterias lácticas ……………………………………………………..306

5D.5 Conclusiones …………………………………………………………………………….309

Capítulo 5E

Agentes de conservación de los alimentos ………………………………………………313

5E.1 Introducción ………………………………………………………………………………313

5E.2 Producción de sustancias antibacterianas ……………………………………..314

5E.3 Producción de sustancias con actividad antifúngica ………………………..316

5E.4 Empleo de las bacteriocinas como bioconservantes ………………………..317

5E.4.1 Incorporación de bacteriocinas en los alimentos ………………..318

5E.4.2 Bacteriocinas y tecnología de barreras …………………………….320

5E.5 Aplicaciones en alimentos y bebidas ……………………………………………..325

5E.6 Conclusiones …………………………………………………………………………….328

Índice analítico ………………………………………………………………………………….331

xiv Bacterias Ácido Lácticas: Fundamentos y Aplicaciones

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