Aislamiento e identificación de bacterias ácido lácticas con actividad inhibitoria de bacterias implicadas en enfermedades transmitidas por alimentos

Abstract

Entre las bacterias comúnmente reconocidas como causantes de ETA se encuentran las especies Staphylococcus aureus (S. aureus), Escherichia coli (E. coli), Salmonella spp., Bacillus cereus, Campylobacter, Listeria monocytogenes y Shigella, entre otras. La incidencia de estas enfermedades es un indicador directo de la calidad higiénico-sanitaria de los alimentos y se ha demostrado que la contaminación de estos puede ocurrir durante su procesamiento o por el empleo de materia prima contaminada, pues algunas bacterias patógenas para el hombre forman parte de la microbiota de aves, cerdos y bovinos. Además, estas bacterias, presentan capacidad de formación de biofilms lo que implica un potencial riesgo de contaminación de los alimentos a lo largo de la cadena de producción. Para disminuir el riesgo de infección por patógenos se necesita un control microbiológico estricto en toda la cadena de producción de alimentos. Para ello se han estudiado diversas estrategias como sistemas de biopreservación mediante bacterias ácido lácticas (BAL) o sus metabolitos, tecnologías no térmicas o combinaciones de estas. Las BAL resultan sumamente atractivas para ser utilizadas como herramientas para controlar el crecimiento de patógenos en una gran variedad de alimentos, debido a que son consideradas seguras y se utilizan hace cientos de años a nivel mundial en la producción de alimentos fermentados.El género Lactobacillus spp. y en menor medida Pediococcus spp. pertenecen al grupo de las BAL y generan día a día un creciente interés entre microbiólogos y tecnólogos dedicados a descubrir nuevas aplicaciones biotecnológicas y propiedades probióticas. Estas bacterias representan una alternativa para inactivar los patógenos de los alimentos mediante sus metabolitos activos con actividad inhibitoria y brindar así alimentos seguros a los consumidores. En este trabajo de Tesis se planteó como objetivo aislar y caracterizar BAL de las distintas etapas de la cadena productiva de cerdo y evaluar su capacidad antagónica ante patógenos implicados en ETA, tales como Escherichia coli productor de toxina Shiga (STEC), Salmonella entérica subsp. entérica serovar Typhimurium (S. Tiphymurium) y S. aureus. Asimismo, se planteó determinar el efecto inhibitorio en cortes de carne de cerdo mediante el empleo de BAL. Se tomaron muestras mediante hisopado de las distintas etapas de la cadena productiva porcina: criadero, frigorífico, boca de expendio. De 32 muestras se aislaron en total 63 bacterias, de las cuales un 38,09% presentaron características fenotípicas y genotípicas correspondientes al género Lactobacillus spp. y por secuenciación de Sanger fue posible determinar la especie, siendo Lactobacillus plantarum (L. plantarum) y Pediococcus acidilactiti (P. acidilactiti), las BAL identificadas. El 95,83% de las BAL presentaron capacidad inhibitoria frente a por lo menos una de las cepas patógenas evaluadas. La actividad antibacteriana de estos aislamientos se atribuye a la producción de metabolitos proteicos tales como bacteriocinas, específicamente las producidas por L. plantarum llamadas plantaricinas que fueron detectadas bioquímica y genéticamente en la etapa de crecimiento logarítmico o exponencial. Estos metabolitos con capacidad antibacteriana fueron concentrados por liofilización, permitiendo un mayor carácter inhibitorio ante las bacterias patógenas. Se determinó que los aislamientos de L. plantarum estudiados presentan un efecto sinérgico cuando son combinados entre sí y que presentan una acción natural de reducción de biofilms de los patógenos implicados en ETA. Finalmente, se determinó la potencial capacidad biopreservadora de L. plantarum al reducir la presencia de STEC, S. Tiphymurium y S. aureus en una matriz cárnica de origen porcino.Estos resultados indican que los microorganismos aislados representan una potencial alternativa para inactivar a los patógenos en las distintas etapas del procesamiento de la carne de cerdo para mejorar su calidad microbiológica, limitando el número de bacterias patógenas que puedan ingresar en la cadena de producción de alimentos. Esto permitirá brindar alimentos más seguros a los consumidores y un impacto benéfico en la salud pública.

Among the bacteria commonly recognized as causing food-borne diseases are species Staphylococcus aureus (S. aureus), Escherichia coli (E. coli), Salmonella spp., Bacillus cereus, Campylobacter, Listeria monocytogenes and Shigella, etc. The incidence of these diseases is a direct indicator of the hygienic-sanitary quality of the food, and it has been shown that the food contamination can occur during their processing or using contaminated raw material, as some bacteria pathogenic for man form part of the microbiota of birds, pigs and cattle. These bacteria have the capacity to form biofilms, which implies a potential risk of contamination of the food along the production chain. Strict microbiological control is needed throughout the food production chain. To reduce the risk of infection by pathogens, several strategies have been studied, such as bio-preservation systems using lactic acid bacteria (LAB) or their metabolites, non-thermal technologies or combinations of these. The LAB are extremely attractive to be used as tools to control the growth of pathogens in a wide variety of foods, because they are considered safe and are since used hundreds of years ago worldwide in the production of fermented foods. The genus Lactobacillus spp. and to a lesser extent Pediococcus spp. belong to the BAL group and generate day by day a growing interest among microbiologists and technologists dedicated to discovering new biotechnological applications and probiotic properties. These bacteria represent an alternative to inactivate food pathogens through their active metabolites with inhibitory activity and thus provide safe foods to consumers. In this Thesis the objective was to isolate and characterize LAB from the different stages of the pork production chain and evaluate its antagonistic capacity against pathogens involved in food-borne diseases, such as Shiga toxin-producing Escherichia coli (STEC), Salmonella enterica subsp. enteric serovar Typhimurium (S. Tiphymurium) and S. aureus. Likewise, it is proposed to determine the inhibitory effect in cuts of pork meat using BAL. Samples were taken by swabbing at different stages of the pork production chain: breeding center, slaughterhouse, boning rooms, and retail. A total of 63 bacterial strains were isolated from 32 samples, of which 38.09% presented phenotypic and genotypic characteristics corresponding to the 12 genus Lactobacillus spp. and by sequencing of Sanger it was possible to determine the species, being identified Lactobacillus plantarum (L. plantarum) and Pediococcus acidilactiti (P. acidilactiti). The 95.83% of BAL showed inhibitory capacity against at least one of the pathogenic strains evaluated. The antibacterial activity of these strains is attributed to the production of protein metabolites such as bacteriocins, specifically those produced by L. plantarum called plantaricins that were identified biochemically and genetically at the logarithmic or exponential growth stage. These metabolites with antibacterial capacity were concentrated by lyophilization, allowing a greater inhibitory character against pathogenic bacteria. It was determined that the strains of L. plantarum studied have a synergistic effect when combined with each other and that they present a natural action of reduction of biofilms of the pathogens involved in food-borne diseases. Finally, the potential biopreservative capacity of L. plantarum was determined by reducing the presence of STEC, S. Tiphymurium and S. aureus in a meat matrix of porcine origin. These results indicate that the isolated microorganisms represent a potential alternative to inactivate STEC, S. Tiphymurium and S. aureus in the different stages of pork processing to improve their microbiological quality, limiting the number of pathogenic bacteria that can enter to the food production chain. This will allow providing safer food to consumers and a beneficial impact on public health.