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