Lactococcus lactis
Lactococcus lactis es una bacteria grampositiva que se utiliza ampliamente en la producción de suero de leche y queso, pero también se ha hecho famosa por ser el primer organismo genéticamente modificado que se utiliza vivo. para el tratamiento de enfermedades humanas. L. lactis son cocos que se agrupan en pares y en cadenas cortas y, dependiendo de las condiciones de crecimiento, aparecen ovoides con una longitud típica de 0,5 a 1,5 µm. L. lactis no produce esporas (no esporulan) y no son móviles (no móviles). Tienen un metabolismo homofermentativo, lo que significa que producen ácido láctico a partir de azúcares. También se ha informado que producen ácido L-(+)-láctico exclusivo. Sin embargo, 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. Según su historial en la fermentación de alimentos, L. lactis generalmente ha sido reconocido como seguro (GRAS), con pocos informes de casos de que sea un patógeno oportunista.
Lactococcus lactis es de crucial importancia para la fabricación de productos lácteos, como el suero de leche y los quesos. Cuando L. lactis ssp. lactis se añade 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 cuaja la leche, que luego se separa para formar cuajada que se utiliza para producir queso. Otros usos que se han informado para esta bacteria incluyen la producción de vegetales encurtidos, cerveza o vino, algunos panes y otros alimentos fermentados como kéfir de leche de soya, suero de leche y otros. L. lactis es una de las bacterias Gram positivas con bajo GC mejor caracterizadas y con conocimientos detallados sobre genética, metabolismo y biodiversidad.
L. lactis se aísla principalmente del entorno lácteo o del material vegetal. Se sugiere que los aislados lácteos evolucionaron a partir de aislados de plantas a través de un proceso en el que los genes sin beneficio en la leche rica se perdieron o se regularon a la baja. Este proceso, llamado erosión del genoma o evolución reductiva, se ha descrito en varias otras bacterias del ácido láctico. La transición propuesta del ambiente vegetal al ambiente lácteo se reprodujo en el laboratorio mediante la evolución experimental de un aislado vegetal que fue cultivado en leche durante un período prolongado. De acuerdo con los resultados de la genómica comparada (ver referencias anteriores), esto resultó en L. lactis pierde o regula a la baja genes que son prescindibles en la leche y la regulación positiva del transporte de péptidos.
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 absorción y el metabolismo de carbono.
Producción de queso
L. lactis subsp. lactis (anteriormente Streptococcus lactis) se utiliza en las primeras etapas para la producción de muchos quesos, incluidos el brie, el camembert, el cheddar, el colby, el gruyere, el parmesano y el roquefort. La Asamblea estatal 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; sin embargo, la legislación no fue adoptada por el Senado. 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 copatrocinado por el senador Taylor. El proyecto de ley fue aprobado por la Asamblea el 15 de mayo de 2010 y fue abandonado por el Senado el 28 de abril.
El uso de L. lactis en las fábricas de lácteos no está exenta de problemas. Bacteriófagos específicos de L. lactis causa importantes pérdidas económicas cada año al impedir que las bacterias metabolicen completamente el sustrato lácteo. Varios estudios epidemiológicos mostraron que los fagos principales responsables de estas pérdidas pertenecen a las especies 936, c2 y P335 (todos de la familia Siphoviridae).
Beneficios terapéuticos
Se ha investigado ampliamente la viabilidad de utilizar bacterias del ácido láctico (LAB) como vectores funcionales de suministro de proteínas. 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. Muchos sistemas de expresión diferentes de L. lactis se han desarrollado y utilizado para la expresión de proteínas heterólogas.
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 las cepas Pseudomonas, Vibrio y Leptospira se vio gravemente alterada por la utilización de lactosa en la parte de L. lactis. 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 L. lactis sobrenadante 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 la fisiología. Fermentación de la lactosa por L. lactis produce acetato que reduce el pH intracelular de Salmonella, lo que a su vez ralentiza la rotación de sus flagelos. Estos resultados resaltan el uso potencial de L. lactis para prevenir infecciones por múltiples especies bacterianas.
Secreción de interleucina-10 L genéticamente modificado. lactis puede secretar la citoquina 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 y las metaloproteinasas de la matriz. Un estudio de Lothar Steidler y Wolfgang Hans muestra que la síntesis in situ de IL-10 mediante L. lactis 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 rutas por las que la IL-10 puede alcanzar su objetivo terapéutico. L genéticamente modificado. lactis puede producir IL-10 murina en la luz y la proteína puede difundirse a las células sensibles en el epitelio o la lámina propia. Otra ruta implica L. lactis es absorbido por las células M debido a su tamaño y forma bacteriana, y la mayor parte del efecto puede deberse a la producción de IL-10 recombinante in situ en el tejido linfoide intestinal. Ambas rutas pueden implicar mecanismos de transporte paracelular que se potencian en la inflamación. Después del transporte, la IL-10 puede regular negativamente directamente la inflamación. En principio, este método puede ser útil para la administración intestinal de otras proteínas terapéuticas que son inestables o difíciles de producir en grandes cantidades y una alternativa al tratamiento sistémico de la EII.
Supresor tumoral mediante el péptido inhibidor de metástasis tumoral KISS1 Otro estudio, dirigido por Zhang B, creó un L. lactis que mantiene un plásmido que contiene un péptido inhibidor de la metástasis tumoral conocido como KISS1. L. Se demostró que lactis NZ9000 es una fábrica de células para la secreción de la proteína KiSS1 biológicamente activa, que ejerce efectos de inhibición sobre las células HT-29 del cáncer colorrectal humano.
KiSS1 secretado a partir de L recombinante. lactis reguló efectivamente a la baja la expresión de 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. La razón de esto es que KiSS1 se expresa en L. lactis activa la vía MAPK a través de la señalización GPR54, suprimiendo la unión de NFκB al promotor MMP-9 y, por tanto, regulando negativamente la expresión de MMP-9. 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, debido a la capacidad de las LAB para producir exopolisacáridos. Este estudio muestra que L. lactis NZ9000 puede inhibir la proliferación de HT-29 e inducir la apoptosis celular por sí solo. El éxito de la construcción de esta cepa ayudó a inhibir la migración y expansión de las células cancerosas, lo que demuestra que las propiedades de secreción de L. lactis de este péptido en particular puede servir como una nueva herramienta para la terapia del cáncer en el futuro.