Bacterio c in As

7/24/2019 Bacterio c in As

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INTRODUCCION

Actualmente existe una tendencia importante por parte de los

consumidores en demandar

alimentos naturales o que sean mínimamenteprocesados y sin conservadores sintéticos. Los consumidores consideran que

muchos alimentos procesados presentan una calidad nutricional pobre y que los

aditivos sintéticos son peligrosos para la salud. Como resultado de estas

demandas, se tiene un gran interés en desarrollar alimentos con agentes

antimicrobianos naturales, los cuales deben ser inocuos, que cumplan con los

parámetros de calidad y seguridad de las normativas aplicables para

agentes antimicrobianos y que además presenten alto espectro de efectividad

contra microorganismos.

La industria alimentaria ha desarrollado la aplicacin de bacteriocinas,

producto del metabolismo secundario de algunas bacterias ácido lácticas !"AL# en

la conservacin de los alimentos. Las bacteriocinas se definen como péptidos de

origen proteínico, que a ba$as concentraciones presentan inhibicin microbiolgica

efectiva Algunas "AL productoras de bacteriocinas han sido aisladas de alimentos

como la carne y los productos lácteos, además pueden ser utili%adas como

iniciadores en procesos de fermentacin de otros alimentos. &or lo tanto, las "AL

y'o bacteriocinas pueden ser utili%adas como conservadores biolgicos puros, que

en un momento dado podrían reempla%ar a los conservadores sintéticos.

La mayoría de las bacteriocinas son efectivas contra microorganismos

patgenos importantes involucrados en enfermedades transmitidas por alimentos,

tales como( Listeria monocytogenes, Staphylococcus aureus, Escherichia coli,

Salmonella spp.

)in embargo, slo la nisina ha sido aprobada legalmente para su uso en

alimentos por la Administracin de alimentos y cosméticos, *+A por sus siglas en

inglés, en la categoría eneralmente reconocidas como seguras, -A) por sus

siglas en inglés.

+ebido a esta ra%n, las bacteriocinas se han convertido en un campo

importante de investigacin y estudio en los ltimos /0 a1os, por lo que el ob$etivo de

esta revisin es dar a conocer un panorama general sobre el concepto de

bacteriocinas, su clasificacin, actividad antimicrobiana, modo de accin y

principalmente la importancia de la aplicacin de estos compuestos como agentes

antimicrobianos naturales en la preservacin

de los alimentos.



BACTERIOCINAS

Las bacteriocinas son péptidos sinteti%ados por algunas bacterias

ácido lácticas y presentan un amplio potencial como conservadores para

inhibir el crecimiento de otros microorganismos. Actualmente, las

bacteriocinas son utili%adas en una amplia categoría de alimentos

incluyendo cárnicos, lácteos, productos enlatados, productos del mar,

vegetales, $ugos de frutas, y bebidas como cerve%a y vino. )us

características de compatibilidad en dichos productos así como su modo deaccin hacen atractivo su uso en los alimentos. 2n esta revisin se

presentará un panorama general del concepto de bacteriocinas, su

clasificacin, actividad antimicrobiana, modo de accin y principalmente la

importancia de su aplicacin en la industria alimentaria. Actualmente, los

investigadores continan reali%ando estudios para ampliar la variedad de

bacteriocinas y promover su aplicacin como un sustituto de los

conservadores sintéticos en alimentos.

1. Características Generales

Las bacteriocinas son péptidos antimicrobianos heterogéneos, con

diferentes niveles y espectros de actividad, mecanismos de accin, peso

molecular y propiedades fisicoquímicas. 3stas pueden ser sinteti%adas por

bacterias ram4 positivas y ram4negativas sin embargo, las producidas

por las "AL han sido de gran interés por la industria alimentaria debido a

las siguientes ra%ones( se encuentran fácilmente en "AL comerciales

!lactococos, lactobacilos, pediococos#, son consideradas seguras para su

consumo, no son txicas para las células eucariotas y presentan un

espectro de inhibicin más amplio en comparacin con los espectros de

las bacteriocinas sinteti%adas por bacterias ram4 negativas.

Las bacteriocinas, metabolitos secundarios de las "AL, se definen como

productos de la síntesis ribosmica, conformados por péptidos entre /5 y

65 aminoácidos !lactococinas A, ", 7 y , lactacina " y helveticina 8, entre



otras# )on secretados extracelularmente y presentan una alta actividad

bactericida o bacteriostática sobre cepas o especies relacionadas y

sobre microorganismos patgenos y deteriorativos de alimentos.

Las bacteriocinas están conformadas por puentes disulfuro, tioéter o

grupos tiol libres y cuentan con puntos isoeléctricos en un intervalo de p9

:.6 a ;5.<

La produccin de las bacteriocinas ocurre de forma natural durante la fase

logarítmica del desarrollo bacteriano o al final de la misma, guardando una

relacin directa con la biomasa producida. 2ntre sus características

principales destacan el ser estables al calor y a p9 ácidos, ambas

propiedades están estrechamente relacionadas( es decir, un incremento

de p9 reduce la estabilidad al calor . )in embargo, aunque las bacteriocinas

presentan estabilidad a p9 ácido o neutro, son fácilmente destruidas a p9

mayor de ;5. La alta termorresistencia en las bacteriocinas con peso

molecular menor a 0 =+a, les permite mantener su actividad después de

tratamientos térmicos equivalentes a la pasteuri%acin de la leche, pero son

parcialmente destruidas por arriba de los ;55>C. +icha estabilidad puede

deberse a la formacin de estructuras globulares peque1as y a la presencia

de regiones hidrofbicas, así como a la formacin de enlaces cru%ados

estables.

+ebido a su naturale%a proteica, las bacteriocinas son inactivadas por

proteasas, incluyendo las de origen pancreático y gástrico, debido a ello

durante su paso por el tracto gastrointestinal son inactivadas, sin ser

absorbidas como compuestos activos, resultando así presuntivamente

inocuas para el consumidor.

Las bacteriocinas presentan un amplio espectro antimicrobiano, siendo

activas a ba$as concentraciones !menores a ;5 ppm# frente a bacterias

ram4positivas patgenas o deteriorativas de alimentos. )e ha demostrado

que dicha actividad también se extiende a bacterias ram4negativas sub4

letalmente da1adas por los tratamientos térmicos o por la presencia de

agentes quelantes. 2studios comparativos demuestran que presentan mayor



inhibicin contra las bacterias ram4positivas. Las bacteriocinas presentan

inhibicin potencial contra patgenos como(

• Clostridium botulinum,

•

Enterococcus faecalis,• Listeria monocytogenes,

• Staphylococcus aureus,

• Salmonella,

• Escherichia coli

• algunas especies de Bacillus.

2. CLASIFICACIÓN DE LAS BACTERIOCINAS

Anteriormente las bacteriocinas producto de las "AL fueron clasificadas en

cuatro clases principales, de acuerdo a su estructura, propiedades

fisicoquímicas y propiedades moleculares. )in embargo, en la actualidad se

ha reducido esa clasificacin a tres grupos, ya que la cuarta clasificacin no

ha sido totalmente $ustificada.

2.1 Clase I. Lantibitic!s

Los lantibiticos son péptidos peque1os conformados por ;?4@:

aminoácidos, policíclicos, con un peso molecular menor a 0 =+a, con poca

estabilidad al calor y son modificados postraduccionalmente !cambio químico

ocurrido en las proteínas después de su síntesis proteica# por la

deshidratacin de la serina y la treonina formando aminoácidos comodehidroalanina !+ha# y dehidrobutirina !+hb#, estos residuos, pueden unirse a

través de un grupo tioetér a cadenas laterales de cisteína dando lugar a los

aminoácidos inusuales como lantionina !Lan# y 4metil4lantionina !7eLan#

mostrados en la *ig. ;. Los lantibiticos son los nicos que se producen en el

ribosoma como un prepéptido, que experimenta una modificacin

postraduccional extensa para formar un péptido activo.

Los lantibiticos son subdivididos en dos grupos, de acuerdo a sus





Los no lántibioticos están conformados por bacteriocinas constituidas por

@5 a 65 aminoácidos, con un peso molecular menor a ;5 =+a, no contienen

aminoácidos modificados y son estables al calor y al &h. 2ste grupo de

bacteriocinas es considerado como el mayor subgrupo de bacteriocinas

provenientes de las "AL, no slo por su gran nmero, sino también por su

actividad antimicrobiana y aplicaciones potenciales.

Los no4lantibiticos son subdivididos en tres grupos(

Clase IIa. 2ste grupo se caracteri%a por contar con una secuencia amino

terminal 4 Birosina 4 licina 4 Asparagina 4 licina 4 alina 4 Daa 4 Cisteína !4

Bry4ly4Asn4ly4al4Daa4Cys4E donde Daa indica cualquier residuo de

aminoácido# y contiene uno o dos puentes disulfuro. 2ste grupo es reconocido

principalmente por su alta actividad antimicrobiana contra Listeria. )lo tres

bacteriocinas de este grupo han sido caracteri%adas( pediocina &A4;,

enterocina A y divercina <;.

Clase IIb. 2ste grupo está conformado por bacteriocinas con dos péptidos y

la actividad antimicrobiana requiere de la presencia de ambos péptidos en

proporciones similares. )on formadores de poros en la membrana celular. La

sa=acina es la bacteriocina más representativa de este grupo.

Clase IIc. &oseen una estructura cíclica como resultado de la unin

covalente de sus extremos carboxilo y amino terminal, son termoestables y no

modificados después de la traduccin .3stos carecen de la secuencia amino

terminal Birosina 4 licina 4 Asparagina 4 licina 4 alina 4 Daa 4 Cisteína 4 que

contienen la clase FFa y FFb. La enterocina A)4<: producida por 2nterococcusfeacalis es la bacteriocina más representativa de este grupo.

2.2 Clase III. Ter"!l#biles

2ste grupo es denominado GbacteriolisinasH, incluye péptidos con un peso

molecular mayor a @5 =+a y son lábiles al calor. )u mecanismo de accin se

reali%a a través de la catálisis e hidrlisis de la pared celular de las célulassensiblesE las bacteriolisinas más representativas son la helveticina 8



producida por Lactobacillus helveticus y la enterocina producida por

2nterococcus faecium.

$. Acti%i&a& anti"icr!biana ' "!&! &e accin &e las bacteri!cinas

)e ha determinado que las bacteriocinas demuestran alta actividad

bactericida que se relaciona principalmente con el contenido de cistinaE y de

acuerdo a ello, se establecen las tres espectros de accin(

a# "acteriocinas con espectro inhibitorio estrecho, cuyos productos inhiben

microorganismos de la misma especie.

b# "acteriocinas con espectro inhibitorio intermedio, cuyos productos

inhiben otros géneros de "AL, bacterias ram4positivas y patgenos

presentes en alimentos.

c# "acteriocinas con amplio espectro de inhibicin que actan contra un

gran nmero de bacterias ram4positivas.

La mayoría de las investigaciones han demostrado que la actividad

bactericida de las bacteriocinas, se dirige principalmente contra bacterias

ram4positivas. )in embargo, existen numerosas bacteriocinas que presentan

un amplio rango de accin, inhibiendo especies ram4negativas, hongos

patgenos y virus.

Las bacteriocinas de bacterias ram4positivas presentan diferentes modos

de accin de acuerdo a su clasificacin !*ig. /#.



2l modo de accin de los lantibiticos se atribuye a la desestabili%acin

!debido a la formacin de poros# de las funciones de la membrana

citoplasmática. La estructura de estos péptidos, 4hélice o I4laminar, pueden

formar dos caras, una hidrofílica y otra hidrofbica creando oligmeros

que pueden atravesar la membrana formando poros. 2l lado apolar de la

molécula se situará prxima a los lípidos de la membrana y el lado polar al

centro del poro. Como consecuencia, se observa una pérdida de iones JK, AB&y, en algunos casos aminoácidos y moléculas peque1as. La pérdida de estas

sustancias origina a su ve% una pérdida del potencial de la membrana,

consumo de las reservas energéticas celulares, descenso de la síntesis de

A+, A- y proteínas, originando la muerte celular. Algunos miembros de la

clase F, como la nisina, han demostrado un modo de accin dual. La nisina, se

une a la pared celular mediante atracciones electrostáticas, lo cual se facilita

debido a la carga positiva de este péptido y las cargas negativas de los

componentes de la pared celular. &osteriormente, la nisina se une al lípido FF, el



transportador principal de las subunidades de peptidoglicano desde el

citoplasma a la pared celular, y por lo tanto previene la síntesis correcta de la

pared celular, provocando la formacin de un poro transmembranal permitiendo

la salida de aminoácidos y AB&, lo que conduce a la muerte celular. Los no4

lantibiticos contienen dos péptidos en su estructura principal, los cuales

pueden presentar actividades duales distribuidas a través de sus dos péptidos.

2n general, los péptidos de esta clase tienen una estructura anfifílica helicoidal,

lo que les permite orientarse e insertarse en la membrana de la célula,

provocando la muerte celular. 2l modo de accin principal se debe a las

interacciones con la membrana celular, se inicia con el reconocimiento entre la

bacteriocina y el receptor de la membrana celular, seguido de una serie de

interacciones electrostáticas, que le permite insertarse dentro de la membrana

interfiriendo con su estructura y conduciendo a una despolari%acin y muerte.

2l mecanismo de la pediocina &A4; es el más estudiado. 2n este caso, el

extremo 4terminal de la molécula adopta una conformacin I que es

estabili%ada por un puente disulfuro entre Cisteína4? y Cisteína4;<, para

promover la unin de los aminoácidos catinicos !Lisina4;; e 9istidina4;/# a los

fosfolípidos aninicos, en la membrana a través de interacciones

electrostáticas. &osteriormente el extremo C4 terminal sufre una transformacin

donde el puente disulfuro entre Cisteína4/< y Cisteína4<< ayuda a la formacin

de una estructura M helicoidal que favorece el contacto con los lípidos de la

membrana celular. La pediocina &A4; se introduce en la membrana, causando

la formacin de poros y la disipacin de protones lo que causa un colapso en el

gradiente de la membrana, incrementando el volta$e celular y haciendo

susceptible a la célula de perder iones intracelulares y AB&, absorbiendo

radiacin N y evitando el transporte de aminoácidosE para finalmente provocar la muerte celular.

2l mecanismo de accin de las bacteriocinas de la clase FFF GbacteriolisinasH es

menos comple$o con respecto a los lantibiticos y los no4lantibiticos, ya que

actan directamente sobre la pared celular de las bacterias ram4positivas lo

que conduce a la muerte y lisis de la célula.

Los investigadores se han centrado en reali%ar estudios para determinar el



efecto inhibitorio que presentan las bacteriocinas sobre las bacterias ram4

negativas y han encontrado que su inhibicin es menor. 2sta resistencia

posiblemente se debe a que éstas cuentan con la presencia de una membrana

externa, conformada por lipopolisacáridos que acta como una barrera de

permeabilidad efectiva. +ebido a ello, los investigadores han propuesto la

combinacin de métodos, donde las bacteriocinas podrían e$ercer un efecto

sinérgico con tratamientos como altas presiones hidrostáticas !99&# y pulsos

eléctricos. Bambién han adicionado sustancias quelantes que hacen

permeables la pared y membrana celular a las bacteriocinas permitiendo así la

inactivacin de las bacterias ram4negativas.

(. Bacteri!cinas &e )s! *!tencial en ali"ent!s

Las bacteriocinas son una opcin atractiva como conservadores

naturales para el desarrollo de alimentos mínimamente procesados.

Actualmente, se ha demostrado que presentan alto potencial en la

biopreservacin de carne, productos lácteos, alimentos enlatados, pescado,

bebidas alcohlicas, ensaladas, huevo, productos de panificacin, vegetales

fermentados, entre otros, ya sea solos o en combinacin con otros métodos.

Las bacteriocinas pueden ser utili%adas en los alimentos de las

siguientes maneras(

a# Como cultivos iniciadores en alimentos fermentados.

b# Adicionadas directamente al producto, purificadas o semipurificadas.

c# Como un ingrediente en la elaboracin de alimentos !aditivos#.

)in embargo, las bacteriocinas deben cumplir con importantes criterios

de regulacin para su aplicacin en los alimentos describiéndose a

continuacin(

a# La cepa productora debe estar dentro de la clasificacin -A), es decir,

no estar asociada con proveer algn riesgo a la salud.b# +eben ser reconocidas y aceptadas para su uso en alimentos por una



autoridad reguladora.

c# +eben cumplir con un espectro de inhibicin que puede incluir

microorganismos patgenos o tener actividad contra uno en particular.

d# )u adicin en los productos debe de presentar efectos benéficos, tales

como me$orar la seguridad, calidad y'o sabor.

e# Alta actividad antimicrobiana a ba$as concentraciones.

2ntre las aplicaciones más importantes de las bacteriocinas en

alimentos, se encuentran las siguientes(

a# 2n los productos enlatados como en granos de elote, chícharos, papas,

hongos y %anahoria se aplican para controlar el crecimiento de termfilos

esporulados. 2stos alimentos de ba$a acide% !p9 mayor a <.0#, son

susceptibles al crecimiento de esporas resistentes a los tratamientos térmicos

como "acillus stearothermophilus y Clostridium thermosaccharolyticum. La

adicin de la nisina además de inhibir dichos microorganismos, prolonga el

almacenamiento de estos productos a temperatura ambiente.

b# 2l uso de las bacteriocinas en los productos del mar es muy comple$o,

debido a la constitucin del producto !matri% ba$a en a%cares#, por lo tanto,

la bacteriocina que se adicione, no debe ocasionar un deterioro en el producto,

por la ba$a acidificacin que ésta puede proveer. )in embargo, en estos

alimentos retoma importancia ya que las investigaciones actuales han

demostrado la inhibicin de L. monocytogenes en langosta y C. botulinum en

alimentos marinos empacados con atmsferas modificadas.

c# 2n los productos cárnicos se utili%an para inhibir C. botulinum, L.

monocytogenes, ). aureus, ). Byphimurium y 2. coli. Bambién se busca reducir

el uso de los nitritos y sus derivados que pueden formar nitrosaminas

carcinogénicas.

d# 2n el vino y cerve%a, el ob$etivo principal es inhibir levaduras, el

crecimiento de lactobacilos y pediococos como microorganismosdeteriorativos. Las bacteriocinas son adicionadas en los vinos para prevenir el



crecimiento de las "AL y asegurar la ausencia de la fermentacin maloláctica,

evitando la disminucin del p9 del producto que causa defectos como la

mucosidad y el exceso de acetato, que promueven un efecto negativo en la

calidad del vino. 2n la cerve%a, inhiben el crecimiento de lactobacilos y

pediococos que conducen a una cerve%a con exceso de acide% y sabores

extra1os, debido a la produccin de diacetilo.

e# 2l uso de las bacteriocinas en productos lácteos es más comn. 2n los

quesos, las bacteriocinas controlan el crecimiento de las "AL ya que un exceso

de ellas proveerá de sabores extra1os a los productos, por otro lado su

aplicacin promueve la aceleracin de su maduracin. 2n los postres lácteos,

se utili%an para extender su vida til, ya que éstos no pueden ser

completamente esterili%ados sin da1ar sus características sensoriales. 2n la

leche, previene la esporulacin de bacterias termofílicas resistentes al calor

que pueden sobrevivir a la pasteuri%acin. &rincipalmente, la actividad

antimicrobiana de las bacteriocinas en estos productos es inhibir

microorganismos como Clostridium y Listeria.

Como lo demuestran los reportes de investigacin, las bacteriocinas son

potencialmente tiles para garanti%ar la inocuidad de los alimentos así como

me$orar sus características sensoriales y fisicoquímicas. 2n la Babla F, se

muestra un resumen de algunas bacteriocinas provenientes de las "AL y sus

principales aplicaciones en los alimentos.



+. Bacteri!cinas c!"erciales )tili,a&as en la in&)stria ali"entaria

+. 1 Nisina- re)lacin ' s) a*licacin en l!s ali"ent!s

La nisina es la bacteriocina comercial más importante y la primera

aprobada para su uso en la industria alimentaria. La nisina es producida por

Lactococcus lactis, es un péptido peque1o policíclico con un peso molecular de

@.< =+a, se encuentra conformada por @< aminoácidos, con residuos

deshidratados !dehidrolanina y dehidrobutirina# y cinco anillos de lantionina

2n ;?6?, la nisina fue reconocida por la Organi%acin de las aciones

Nnidas para la Alimentacin y la Agricultura'Organi%acin mundial de la salud,

*AO'P9O, por sus siglas en inglés, como un preservativo en los alimentos,

pero fue hasta el a1o ;?:: cuando la *+A aprob su uso como un aditivo,

estableciéndolo en el Cdigo *ederal de -egulaciones !C*-# título /;,

apartado ;:< de la seccin ;:<.;0@: G&reparacin de nisinaH. )u uso se

permite en productos enlatados y quesos fermentados para la inhibicin del

crecimiento de C. botulinum y en procesos de pasteuri%acin para inhibir L.



monocytogenes, estableciendo un límite máximo de /05 ppm en el producto

terminado, límite establecido por los métodos estándares del instituto británico

!*+A, /5;/#.

+ebido a ello, la nisina ha sido uno de los conservadores más utili%ados

en la industria alimentaria, además sus características la convierten en un

aditivo adaptable a la naturale%a de los alimentosE es aplicable en bebidas

como vinos y cerve%a, inhibiendo la fermentacin de la levadura y evitando el

deterioro del productoE en algunos $ugos de frutas, es utili%ada para inhibir el

crecimiento de "acillusE en lácteos, su principal aportacin es la inhibicin de L.

monocytogenes por su alta estabilidad térmica y en productos enlatados la

inhibicin de C. botulinumE siendo éstas sus principales aplicaciones. La Babla

FF muestra algunas de las aplicaciones más relevantes de la nisina en la

industria alimentaria.

+.2 /e&i!cina- re)lacin ' s) a*licacin en l!s ali"ent!s

La pediocina es otra bacteriocina que tiene un amplio campo de

aplicacin en la industria alimentaria principalmente por el control que e$erce en

la inhibicin de patgenos como L. monocytogenes. La pediocina que

pertenece a la clase FF, no4 lantibiticos de la clasificacin de las bacteriocinas,

es sinteti%ada vía ribosomal por bacterias lácticas del género &ediococcus el



cual está conformado por las siguientes especies( &. acidilactici, &.

pentosaceus, &. damnosus, &. parvulus, &. inopinatus, &. halophilus, &.

dextrinicus y &. urinaeequi.

La pediocina es un péptido con un peso molecular de <.6 =+a, se encuentra

conformada por << aminoácidos que no se modifican postraduccionalmente.

2s un péptido con carga neta positiva, anfifílico con altas regiones

hidrofbicas con la presencia de dos enlaces disufuro. &resenta un punto

isoeléctrico entre :.6 y ;5. 2s estable en soluciones acuosas diluidas,

principalmente a p9 < y p9 6, siendo inactivada a p9 Q. Biene una amplia

estabilidad térmica y durante periodos largos, se ha demostrado que presenta

actividad inhibitoria después de un tratamiento a :5>C durante 65 minutosE sin

embargo, en tratamientos con mayor temperatura, ;/5>C, durante ;0 min es

parcialmente inactivada, es decir, se desnaturali%a debido a la interaccin con

el medio y la oxidacin de las moléculas de metionina a sulfxido de

metionina.

La pediocina $unto con la nisina han sido las bacteriocinas con mayor

aplicacin en la industria alimentariaE sin embargo, aunque han demostrado

alta efectividad antimicrobiana, la pediocina es comerciali%ada y se encuentra

incluida en varias patentes europeas y norteamericanas, la *+A an no le

otorga el estatus -A) lo que limita su uso en los alimentos.

La pediocina presenta un gran potencial para ser utili%ada como un

excelente agente antimicrobiano en los alimentos, principalmente en los

cárnicos. )e han reali%ado varios estudios donde la pediocina es aplicada en

salchichas, $ugos de carne, lácteos y vegetales, principalmente para el controlde bacterias deteriorativas y patgenas.



La Babla FFF, muestra las aplicaciones más relevantes de la pediocina en la

industria alimentaria.



CONCLUSIONES0

2l empleo de bacteriocinas como antimicrobianos naturales es de gran

interés en la industria alimentaria, principalmente por su amplio espectro

antimicrobiano. Como se ha presentado, las bacteriocinas son aplicadas en

una amplia variedad de productos lo que diversifica su uso, con alto potencial

para sustituir a los conservadores sintéticos por naturales, abriendo paso a

nuevas tecnologías en la biopreservacin alimentaria.

2s importante que los investigadores, intensifiquen la bsqueda de

nuevas bacteriocinas así como su análisis en los alimentos, logrando que en

un futuro sean aprobadas para su uso industrial.



REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS0

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