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Lactococcus lactis es una bacteria Gram-positiva que se usa ampliamente en la producción de suero de leche y queso , [1] pero también se ha hecho famoso como el primer organismo genéticamente modificado que se usa vivo para el tratamiento de enfermedades humanas. [2] Las células de L. lactis son cocos que se agrupan en pares y cadenas cortas y, según las condiciones de crecimiento, aparecen ovoides con una longitud típica de 0,5 a 1,5  µm . L. lactis no produce esporas (no esporulantes ) 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 . [3] Sin embargo, [4] informó 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 de la industria láctea. [5] Con base en su historial en la fermentación de alimentos, L. lactis ha sido generalmente reconocida como segura (GRAS), [6] [7] con pocos informes de casos de que sea un patógeno oportunista. [8][9] [10]

L. lactis es de crucial importancia para la fabricación de productos lácteos, como suero de leche y quesos. Cuando L. lactis ssp. lactis se agrega a la leche, la bacteria usa enzimas para producir moléculas de energía ( ATP ), a partir de 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 cuajadas que se utilizan para producir queso. [11] Otros usos que se han reportado para esta bacteria incluyen la producción de verduras en escabeche , cerveza o vino, algunos panes y otros alimentos fermentados como kéfir de leche de soja , suero de leche y otros.[12] L. lactis es una de las bacterias Gram positivas de bajo GC mejor caracterizadas con conocimientos detallados sobre genética, metabolismo y biodiversidad. [13] [14]

L. lactis se aísla principalmente del entorno lácteo o del material vegetal. [15] [16] [17] Se sugiere que los aislamientos lácteos evolucionaron a partir de aislamientos de plantas a través de un proceso en el que los genes sin beneficio en la leche rica se perdieron o se regularon negativamente. [14] [18] Este proceso, también llamado erosión del genoma o evolución reductora, también se describe en varias otras bacterias del ácido láctico . [19] [20]La propuesta de transición de la planta al ambiente lácteo se reprodujo en el laboratorio a través de la evolución experimental de un aislado vegetal que se cultivó en leche durante un período prolongado. De acuerdo con los resultados de la genómica comparativa (véanse las referencias anteriores), esto dio como resultado que L. lactis perdiera o regulara a la baja genes que son prescindibles en la leche y la regulación al alza 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 absorción y el metabolismo de carbono. [22]

Producción de queso

L. lactis subsp. lactis (antes Streptococcus lactis ) [23] se utiliza en las primeras etapas para la producción de muchos quesos, incluidos el brie , camembert , cheddar , colby , gruyere , parmesano y roquefort . [24] La Asamblea estatal de Wisconsin , también el estado número uno en la 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, [25]sin embargo, la legislación no fue adoptada por el Senado. [26] La legislación fue introducida 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. [27] 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. [27]

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 importantes cada año al evitar que las bacterias metabolicen 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 ). [28]

Beneficios terapéuticos

La viabilidad de utilizar bacterias del ácido láctico (LAB) como vectores de suministro de proteínas funcionales se ha investigado ampliamente. [29] Se ha demostrado que Lactococcus lactis es un candidato prometedor para el suministro 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 lactosa En el estudio de Shuichi Nakamura, Yusuke V. Marimoto y Seishi Kudo, buscaron demostrar que cierta fermentación producida por L. lactis puede dificultar la motilidad en bacterias patógenas. Las motilidades de las cepas de Pseudomonas , Vibrio y Leptospira también se vieron gravemente interrumpidas por la utilización de lactosa por L. lactis . [34]

Usando Salmonella flagelar como grupo experimental, el equipo de Nakamura descubrió que un producto de la fermentación de 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 rotación flagelar perturbadora, pero no a través de daños irreversibles contra morfologías y fisiologías. 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 destacan el uso potencial de L. lactispara prevenir infecciones por múltiples especies bacterianas.

Secreción de interleucina-10 L. lactis genéticamente modificada puede secretar la citocina interleucina-10 (IL-10) para el tratamiento de enfermedades inflamatorias del intestino (EII), ya que la IL-10 tiene un papel central en la regulación a la baja de las cascadas inflamatorias [37] y la matriz. metaloproteinasas . [38] Un estudio de Lothar Steidler y Wolfgang Hans [39] muestra que esta 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 recombinación de IL- 10.

Los autores proponen dos posibles vías por las que la IL-10 puede alcanzar su diana terapéutica. La L. lactis modificada genéticamente 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 absorbida por células M debido a su tamaño y forma bacterianos, y la mayor parte del efecto puede deberse a la producción de IL-10 recombinante in situ en tejido linfoide intestinal. Ambas rutas pueden involucrar mecanismos de transporte paracelular que se potencian en la inflamación.. Después del transporte, la IL-10 puede regular directamente a la baja 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 de tumores a través del péptido KISS1 inhibidor de la metástasis tumoral 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 de células para la secreción de la proteína KiSS1 biológicamente activa, que ejerce efectos de inhibición sobre las células HT-29 de cáncer colorrectal humano.

Kiss1 secretada de recombinante L. lactis cepa downregulated eficazmente la expresión de metaloproteinasas de la matriz (MMP-9) - una clave crucial en la invasión, metástasis , y la regulación de las vías de señalización que controlan las células tumorales de crecimiento, la supervivencia, la invasión, la inflamación y la angiogénesis . [41] [42] [43] La razón de esto es que KiSS1 expresado en L. lactis activa la vía MAPK a través de la señalización de 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 e 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 LAB [45] [46] debido a la capacidad de la LAB para producir exopolisacáridos. [47] [48] Este estudio muestra que L. lactisNZ9000 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 las 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]

Referencias

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Enlaces externos

  • Tipo de cepa de Lactococcus lactis en Bac Dive - la base de metadatos de diversidad bacteriana