Post on 07-Feb-2016
La industria láctea y los bacteriofagos: tópicos de interés actual
Andrea Quiberoni
Workshop de Agroalimentos, Centro Binacional Argentino Uruguayo en Agroalimentos Buenos Aires, 25 y 26 de octubre de 2012
Instituto de Lactología Industrial (INLAIN, UNL-CONICET)
Bacterias probióticasBacterias probióticasDr. Jorge ReinheimerDr. Jorge Reinheimer
Fagos en la industria lácteaFagos en la industria láctea
TECNOLOGÍA
QUÍMICA Y BIOQUÍMICA
MICROBIOLOGÍA
La bioconversión de sustratos en compuestos de mayor valor La bioconversión de sustratos en compuestos de mayor valor agregado es el proceso básico de una amplia variedad de industriasagregado es el proceso básico de una amplia variedad de industrias
Cualquier población bacteriana es susceptible a Cualquier población bacteriana es susceptible a infecciones fágicasinfecciones fágicas
Las Las bacteriasbacterias representan el pilar fundamental de los procesos representan el pilar fundamental de los procesos
La mayoría de las La mayoría de las industrias fermentativasindustrias fermentativas experimentan experimentan contaminaciones fágicascontaminaciones fágicas
Graves consecuenciasGraves consecuencias de estas infecciones para todos los de estas infecciones para todos los sectores sectores industrialesindustriales (elevados costos y tiempo para identificar el origen e implementar (elevados costos y tiempo para identificar el origen e implementar
medidas correctivas)medidas correctivas)
Bacteriofagos Industria fermentativa
(Emond & Moineau, 2007)(Emond & Moineau, 2007)
Infecciones fágicas en la industria fermentativa
Infecciones fágicas en la industria fermentativa
(Emond & Moineau, 2007)(Emond & Moineau, 2007)
Los grandes volúmenes de Los grandes volúmenes de leche crudaleche cruda procesados diariamente constituyen procesados diariamente constituyen la la vía principal de ingreso de fagos a las plantasvía principal de ingreso de fagos a las plantas
La elevada frecuencia de La elevada frecuencia de mutaciónmutación es origen de creciente es origen de creciente diversidaddiversidad
Entre el Entre el 0,1 y el 10% de los 0,1 y el 10% de los batchsbatchs están comprometidos por las están comprometidos por las infeccionesinfecciones
Bacteriofagos Industria láctea fermentativa
PRÁCTICAMENTE INEVITABLE
PRESENCIA DE FAGOS EN EL AMBIENTE INDUSTRIAL
Se han aislado fagos específicos para todos los géneros de bacterias Se han aislado fagos específicos para todos los géneros de bacterias lácticas (BAL) que utiliza la industrialácticas (BAL) que utiliza la industria
Starters para elaboración Starters para elaboración de quesos duros y leches de quesos duros y leches fermentadas fermentadas
LactobacillusLactobacillus(incluye especies probióticas)(incluye especies probióticas)
BAL más ampliamente utilizada BAL más ampliamente utilizada como starter (nivel mundial)como starter (nivel mundial) LactococcusLactococcus
Starters para elaboración de Starters para elaboración de leches fermentadas y quesosleches fermentadas y quesos Streptococcus thermophilusStreptococcus thermophilus
LeuconostocLeuconostocStarters para elaboración de Starters para elaboración de quesos azulesquesos azules
Bacteriofagos Industria láctea fermentativa
Células de Células de LactobacillusLactobacillus sp. sp.
infectadas por un fago infectadas por un fago
Lisis celular
90 min después de la infección
0 1 2 3 4 5 6 7 84.5
5.0
5.5
6.0
6.5
Control m.o.i.=1
m.o.i.=10-1
m.o.i.=10-2
pH
Tiempo (h)
Fallas en el proceso de Fallas en el proceso de acidificaciónacidificación
Ausencia de cultivos Ausencia de cultivos lácticos y probióticoslácticos y probióticos
CONSECUENCIAS
Acidificación en leche: Lb. helveticus en presencia de fagos
LECHES FERMENTADAS QUESERÍAS
Calentamiento Calentamiento de la leche a de la leche a
mayor temperatura mayor temperatura (90°C)(90°C),,
Proceso relativamente aséptico,Proceso relativamente aséptico,
Ausencia Ausencia de drenaje y circulación de drenaje y circulación
de suero.de suero.
Calentamiento suaveCalentamiento suave de la de la
materia prima materia prima (63°C, 72°C),(63°C, 72°C),
Numerosas etapas Numerosas etapas (utensilios, (utensilios,
operarios)operarios),,
Separación de Separación de suerosuero y y
generación de generación de bioaerosoles.bioaerosoles.
ELEVADA FRECUENCIA DE INFECCIONES FÁGICAS
BAJA FRECUENCIA DE INFECCIONES FÁGICAS
Bacteriofagos Industria láctea fermentativa
CULTIVOS CULTIVOS
INICIADORESINICIADORES LECHE CRUDALECHE CRUDA RUPTURA DE RUPTURA DE
BARRERAS FÍSICASBARRERAS FÍSICASCULTIVOS CULTIVOS
INICIADORESINICIADORES
FAGOS FAGOS
PRODUCTOS LÁCTEOS PROBIÓTICOS
¿VÍAS DE INGRESO?¿VÍAS DE INGRESO?
Procesos altamente controlados Procesos altamente controlados (microbiológica y (microbiológica y
tecnológicamente)tecnológicamente), ,
Empleo de cepas ‘únicas’ y especializadas,Empleo de cepas ‘únicas’ y especializadas,
Importantes inversiones en I+D.Importantes inversiones en I+D.
FAGOS
ELEVADA FRECUENCIA DE INFECCIONES FÁGICAS
Bacteriofagos Industria láctea fermentativa
Los bacteriofagos en la industria láctea Estrategias para disminuir el riesgo de infecciones
Fermentaciones Fermentaciones lácticaslácticas
Tratamientos térmicos de Tratamientos térmicos de la materia primala materia prima
Empleo de cultivos de Empleo de cultivos de inoculación directa inoculación directa
Empleo de medios Empleo de medios inhibidores de fagos (PIM)inhibidores de fagos (PIM) Programas de rotación de Programas de rotación de
cultivoscultivos
Higiene y diseño de Higiene y diseño de la plantala planta
Empleo de cultivos multicepaEmpleo de cultivos multicepa
Empleo de cepas con Empleo de cepas con fagorresistencia mejoradafagorresistencia mejorada
Bacteriofagos Industria láctea fermentativa
1. Mejoramiento de la fagorresistencia de cepas a través de 1. Mejoramiento de la fagorresistencia de cepas a través de herramientas naturalesherramientas naturales
2. Termorresistencia extrema de fagos: implicancias 2. Termorresistencia extrema de fagos: implicancias tecnológicas y analíticastecnológicas y analíticas
3. Infecciones fágicas en lactobacilos probióticos3. Infecciones fágicas en lactobacilos probióticos
4. Inactivación fágica: diseño de nuevas tecnologías4. Inactivación fágica: diseño de nuevas tecnologías
5. Secuenciación genómica y proteómica5. Secuenciación genómica y proteómica
Mag. Viviana SuárezMag. Viviana Suárez
Dra. Ma. Luján CapraDra. Ma. Luján Capra
Dra. Daniela GuglielmottiDra. Daniela Guglielmotti
Dr. Diego MercantiDr. Diego Mercanti
Ing. Mariángeles Briggiler MarcóIng. Mariángeles Briggiler Marcó
Lic. Silvina PujatoLic. Silvina Pujato
Dr. Jorge ReinheimerDr. Jorge Reinheimer
Dra. Andrea QuiberoniDra. Andrea Quiberoni
GRUPO DE TRABAJOGRUPO DE TRABAJO
Prof. Hans-Wolfgang AckermannProf. Hans-Wolfgang Ackermann
Prof. Sylvain MoineauProf. Sylvain Moineau
Dr. Orlando AlfanoDr. Orlando Alfano
Tec. Antonio NegroTec. Antonio Negro
Prof. Horst NeveProf. Horst Neve
Prof. Zeynep AtamerProf. Zeynep Atamer
1. Mejoramiento de la fagorresistenciaEmpleo de herramientas naturales
OBJETIVOS
Aislar mutantes espontáneos Aislar mutantes espontáneos
fagorresistentes fagorresistentes (idénticas propiedades (idénticas propiedades
a la cepa madre)a la cepa madre) para su uso como para su uso como
fermentos en la elaboración de fermentos en la elaboración de
productos lácteos.productos lácteos.
Lb. casei / paracaseiLb. casei / paracasei(Capra et al. 2011)
(Briggiler Marcó et al. 2011)
RESULTADOS
Variantes útiles, Variantes útiles, sin restricciones sin restricciones
legaleslegales..
Interesantes candidatos para Interesantes candidatos para
elaboración de elaboración de productos lácteos productos lácteos
probióticos probióticos (“strain claims”)(“strain claims”)..
S. thermophilusS. thermophilus
Lb. Lb. helveticushelveticus
Lb. Lb. plantarumplantarum
Lb. Lb. delbrueckiidelbrueckii
(Binetti et al. 2007)
(Quiberoni et al. 1998)
(Guglielmotti et al. 2006)
Aumento y diversificación de Aumento y diversificación de poblaciones fágicas que resisten los poblaciones fágicas que resisten los
tratamientos térmicostratamientos térmicos
(Capra et al. 2009, Mercanti et al. 2011)
LactobacillusLactobacillus
(Binetti et al. 2000)
Streptococcus Streptococcus thermophilusthermophilus
(Suárez and Reinheimer 2002, Müller-Merbach et al. 2005,
Atamer et al. 2009
Lactococcus lactisLactococcus lactis
(Atamer et al. 2011)
LeuconostocLeuconostoc
2. Termorresistencia extrema de fagosImplicancias tecnológicas y analíticas
TECNOLÓGICAS ANALÍTICAS
FagosFagos vehiculizados en la vehiculizados en la leche leche
crudacruda (10(1011-10-1044 UFP/ml), UFP/ml),
FagosFagos que que resisten los resisten los
tratamientos térmicostratamientos térmicos,,
Contaminación Contaminación del ambiente del ambiente
(planta, laboratorios)(planta, laboratorios) y de productos. y de productos.
Muestras Muestras conteniendo elevados conteniendo elevados
niveles de niveles de fagosfagos,,
Mayor Mayor frecuenciafrecuencia de aislamiento de aislamiento
de de fagos termorresistentes,fagos termorresistentes,
InconvenientesInconvenientes durante los durante los
análisis análisis de laboratorio. de laboratorio.
2. Termorresistencia extrema de fagosImplicancias tecnológicas y analíticas
TECNOLOGÍAS ALTERNATIVAS PARA DESINFECCIÓN
ACTUALIZACIÓN DE LAS METODOLOGÍAS ANALÍTICAS
Estudios moleculares de estas Estudios moleculares de estas especies demostraron que los especies demostraron que los profagos son muy frecuentesprofagos son muy frecuentes
Lb. casei / paracaseiLb. casei / paracasei(Lo et al. 2005; Ventura et al. 2006;
Capra et al. 2008)
Lb. Lb. johnsoniijohnsonii
(Ventura et al. 2003; Denou et al. 2008)
Lb. Lb. plantarumplantarum(Ventura et al. 2003)
Lb. Lb. rhamosusrhamosus
(Brandt & Alatossava 2003; Durmaz et al. 2008)
(Ventura et al. 2006)
Lb. Lb. gasserigasseri
3. Infecciones fágicas en lactobacilos probióticos
Estudios para dilucidar Estudios para dilucidar su rol en la evolución desu rol en la evolución de
PROFAGOS EN BACTERIAS PROBIÓTICAS
(Lepage et al., 2008;(Lepage et al., 2008; Alemayehu et al. 2009)Alemayehu et al. 2009)
No se consideran entidades No se consideran entidades inertes en el cromosoma bacterianoinertes en el cromosoma bacteriano
Cepas hospedadoras Cepas hospedadoras lisógenaslisógenas
Equilibrio del Equilibrio del ecosistema intestinalecosistema intestinal
Fagos virulentos en Fagos virulentos en ambientes industrialesambientes industriales
3. Infecciones fágicas en lactobacilos probióticos
¿Antagonistas de los efectos
benéficos?
¿Co-responsables de los efectos benéficos?
La fotocatálisis (UV/TiOLa fotocatálisis (UV/TiO22) es una alternativa atractiva para la desinfección del ) es una alternativa atractiva para la desinfección del
aire ambientalaire ambiental
Potencialidad dePotencialidad de inactivación viral en bioaerosoles inactivación viral en bioaerosoles (principal (principal via de dispersión de via de dispersión de
fagos en el ambiente industrial)fagos en el ambiente industrial)
POTENCIALIDAD DE APLICACIÓN
Inactivación de una Inactivación de una amplia diversidad de fagosamplia diversidad de fagos
Tecnología Tecnología eficiente y seguraeficiente y segura (UV-A)(UV-A)
Posibilidad de Posibilidad de aplicación continuaaplicación continua en ambientes de en ambientes de planta y laboratorioplanta y laboratorio
Mecanismos de inactivación fágicaMecanismos de inactivación fágica
INVESTIGACIONES EN CURSO
Diseño y adaptación de equipos para uso industrialDiseño y adaptación de equipos para uso industrial
Ensayo de un prototipo a escala de laboratorioEnsayo de un prototipo a escala de laboratorio Equipos para Equipos para purificación de airepurificación de aire
4. Inactivación fágicaDiseño de nuevas tecnologías
OBJETIVOS
Aumentar el conocimiento sobre Aumentar el conocimiento sobre
diversidad y evolucióndiversidad y evolución para fagos para fagos
de bacterias lácticas y probióticasde bacterias lácticas y probióticas
Lb. casei / paracaseiLb. casei / paracasei
Lb. Lb. plantarumplantarum
5. Secuenciación genómica y proteómica
(Briggiler Marcó et al., 2012)
Los bacteriofagos
Entidades biológicas más Entidades biológicas más abundantes sobre el planeta abundantes sobre el planeta (10(1030 – 30 – 101032 32 partículas fágicas) partículas fágicas)
Pool de agentes biológicos Pool de agentes biológicos con potencialidad inexplorada con potencialidad inexplorada
REGULACIÓN DE POBLACIONES BACTERIANAS
EVOLUCIÓN DEL PLANETA