De tragos, bacterias lácticas y biopolímeros

Luz Cristina Vallejo-García y Agustín López Munguía

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Se dice que cada cultura tiene asociado a su cocina un alimento o una bebida fermentada. En un extraordinario texto, Tom Standage (1) nos cuenta “ La historia del mundo en seis tragos”, explorando cómo cada civilización ha desarrollado una bebida distintiva. Es así como la civilización (y el texto) se inician con la cerveza y el vino, y si bien pasan por el té, el café y algunos destilados, termina tristemente con la Coca Cola, bebida refrescante … y habría que decirlo así, “diabetizante”. Esta historia también puede visualizarse considerando cómo hemos ido alejando a los microorganismos de nuestros “tragos”.

Los alimentos y bebidas fermentadas han sido conocidos y clasificados de acuerdo con sus principales metabolitos, como el alcohol, el ácido láctico y el ácido acético. Pero a raíz de los avances en la biotecnología moderna, ahora se reconoce la importancia de los alimentos y bebidas fermentadas en relación con la salud intestinal. Nos referimos al impacto que tiene en nuestra microbiota la presencia de ciertos microorganismos de los alimentos fermentados, además de la función como fuente de fibra soluble que ejercen los polisacáridos que muchas bacterias producen. Así lo destacamos recientemente en un capítulo del libro “ The Book of Fructans” (2), donde además propusimos que, dentro de los polisacáridos, las fructanas representan un hilo evolutivo conductor entre los alimentos fermentados de muy diversas culturas y la salud intestinal, principal atributo que les permitió establecerse dentro de la dieta para volverse “tradicionales”. Es así como se reconoce hoy el papel fundamental de buena parte de los alimentos fermentados tanto como fuente de microorganismos, como de fibra soluble: de probióticos y prebioticos, respectivamente. La fibra soluble está constituida particularmente por polímeros de fructosa (fructanas) y de glucosa (glucanas) que algunas bacterias lácticas producen.

Las bacterias ácido lácticas (BAL) desempeñan un papel crucial dentro de las fermentaciones alimentarias por su capacidad para producir ácido láctico, conservando las materias primas e inhibiendo el crecimiento de patógenos como Listeria. También producen una variedad de compuestos que contribuyen a mejorar el sabor, olor y textura del producto. Además, producen homopolisacáridos, como las glucanas y fructanas con la actividad biológica antes descrita (3).

En efecto, la fibra soluble, que ahora sabemos es un componente esencial de la dieta para el correcto funcionamiento intestinal, ha provenido tradicionalmente de los vegetales y de los alimentos fermentados. En nuestro grupo de investigación hemos estudiado los orígenes de la fibra en alimentos fermentados, analizando genéticamente a las BAL, en particular a sus enzimas glicosiltransferasas (GTFs), ya que son estas proteínas las que producen, a partir de sacarosa, los homopolisacáridos esenciales para un intestino sano.

Uno de los aspectos que conocíamos es que, buena parte de las BAL estaban asociadas con la síntesis de un polisacárido específico. Ese fue el caso del trabajo de doctorado de López-Munguía en el siglo XX (4), en el que asociaba la “dextrana industrial” a la cepa Leuconostoc mesenteroides NRRRL B512F. En el siglo XXI, el paradigma ha cambiado. Así, en el trabajo de doctorado de Cristina Vallejo (5), se parte del hecho de saber -con el advenimiento de la genética y la biología molecular – que existen BAL que pueden producir más de un polisacárido gracias a que cuentan con múltiples genes de GTFs. Dentro de los más de 450 genomas descritos de las BAL del género Leuconostoc depositados en bases de datos, encontramos cepas que pueden producir hasta cinco o seis polisacáridos. Este arsenal genómico les permite sintetizar homopolisacáridos de diferente naturaleza. ¿Dónde? Pues en el Pulque, en el Tepache, en el Kimchi, en el Kefir, … e incluso en el Pozol si le agregamos azúcar (Figura 1). Las fructanas y las dextranas, sintetizadas por las enzimas GTFs, son el sello distintivo de los alimentos y bebidas fermentadas tradicionales, que durante siglos han sido fundamentales para hacer sustentable, nutrimentalmente hablando, la dieta de las civilizaciones en el mundo.

En el trabajo de doctorado de Cristina Vallejo le preguntamos a diversas especies de Leuconostoc, una del pozol, dos del pulque, y una más de las aceitunas (todas ellas provistas con más de dos genes para poder sintetizar polímeros): ¿Cuál es la necesidad de tantos polisacáridos? ¿Cuándo producen unos y cuándo otros? ¿Qué propiedades aporta cada uno de ellos? ¿Qué polímeros podrían servirnos fuera del alimento fermentado, en la industria por ejemplo? Y para contestar estas preguntas, nos adentramos en la búsqueda de los mecanismos que regulan la expresión de estos genes, con preguntas como: ¿es el tipo de azúcar en el alimento a fermentar el que regula los genes responsables de la síntesis de enzimas y polímeros?. Para ello seleccionamos a la cepa más compleja: L. mesenteroides ATCC 8293, que contiene genes para producir tres enzimas fructansacarasas (FS) y tres glucansacarasas (GS), y a través de un estudio del transcriptoma contamos los genes que se expresan, es decir, son leídos, en presencia de diversos azúcares en busca de la respuesta.

A grandes rasgos, demostramos que cuando la bacteria crece con un azúcar distinto a la sacarosa (el sustrato de las GTFs), la producción de las enzimas y la expresión de sus genes disminuye de manera importante (Figura 2). Los análisis bioinformáticos, es decir el análisis de la secuencia de lecturas de pares de bases obtenidas mediante la transcriptómica, develaron que la regulación de las GTFs podría verse afectada no sólo por el azúcar que proveé a la cepa de carbono y energía, sino por otras condiciones ambientales, como la temperatura y el pH, aunque no por el oxígeno, aspecto que habíamos estudiado inicialmente. Sin embargo, la complejidad estriba en que el mecanismo de regulación de cada GTF parece ser muy particular. Como sucede con frecuencia en la ciencia, este trabajo permitió vislumbrar que, aunque hemos dado los primeros pasos, existe una compleja red de regulación de las GTFs que aún estamos lejos de comprender.

Referencias

1. Standage, Tom. (2006). La historia del mundo en seis tragos: de la cerveza de los faraones a la coca-cola. Editorial Debate. 288 p. ISBN: 9788483066720
2. Vallejo-García, Luz Cristina, Porras-Domínguez, Jaime Ricardo, and López-Munguía Agustín. 2023. “Chapter 9 - Traditional Fermented Foods: Introducing the ‘Fructan Link.’” In: The Book of Fructans, edited by Wim Van den Ende and Ebru Toksoy Öner, 147–66. Academic Press. DOI: 10.1016/B978-0-323-85410-8.00002-8
3. Marco, Maria L., Dustin Heeney, Sylvie Binda, Christopher J. Cifelli, Paul D. Cotter, Benoit Foligné, Michael Gänzle, et al. 2017. Health benefits of Fermented Foods: Microbiota and Beyond. Current Opinion in Biotechnology 44: 94–102. DOI: 10.1016/j.copbio.2016.11.010
4. Monsan, P. & López-Munguía, A. 1981. On the production of dextran by free and immobilized dextransucrase. Biotechnology and Bioengineering, 23:9. DOI: 10.1002/bit.260230908.
5. Vallejo-García, L.C., Efecto de la fuente de carbono sobre la regulación de la expresión de las Glicosiltransferasas de Leuconostoc mesenteroides, Instituto de Biotecnología, UNAM, 2024. Tesis de Doctorado. PMDCBQ. 105 pp. hdl.handle.net/20.500.14330/TES01000849515

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