Estudio del crecimiento y de la inducción de enzimas hidrolíticas en Lactobacillus delbruekii

Universidad Autónoma Metropolitana

Unidad Xochimilco

División de Ciencias Biológicas y de la Salud

Modulo XI.

Estudio del crecimiento y de la inducción de enzimas hidrolíticas en Lactobacillus delbruekii

Introducción

En biotecnología, los sistemas de producción de enzimas están controlados por los sustratos que los microorganismos quieren utilizar o transformar. El consumo de fuentes de energía en bacterias está regulado genéticamente por mecanismos de inducción-represión. Así, es posible que una célula se adapte a medios ambientes con determinadas fuentes de carbono cuando es capaz de sintetizar enzimas que ayuden a la utilización de los azúcares que se encuentren en el medio de cultivo. Pero también, es posible reprimir la actividad de la enzima cuando el microorganismo encuentra fuentes de carbono para las cuáles está adaptado y son de fácil asimilación o con alta capacidad de producir energía (ATP)

Lactobacillus delbruekki es una bacteria Gram positiva, aerotolerante, y crece a pH de 4.5 a 6. Es miembro de las bacterias del ácido láctico (LAB) que es un grupo diverso de bacterias del filo Firmicutes. Son bacterias exigentes en cuanto a aminoácidos, péptidos, nucleótidos, vitaminas, minerales, ácidos grasos y carbohidratos. Con base en la vía de fermentación que utilizan, se clasifican en bacterias homolácticas y heterolácticas. En condiciones de exceso de glucosa y un limitado uso de oxígeno, las homolácticas transforman un mol de glucosa a través de la vía glucolítica de Embden-Meyerhof-Parnas para formar dos moles de piruvato. El balance redox intracelular se mantiene por la oxidación de NADH con la concomitante reducción del piruvato en ácido láctico. Este proceso genera dos moles de ATP por cada mol de glucosa consumida. Es una bacteria que se puede encontrar en infinidad de hábitats. Este género de bacterias tiene que ver con el devenir histórico del hombre moderno, en la elaboración y conservación de leches fermentadas desde hace más de 8mil años en Asia menor y en la América prehispánica, en alimentos como el pulque, entre otras bebidas fermentadas (Kok et al., 2018) 

Esta especie, de interés comercial por las actividades enzimáticas que posee y que son necesarias para la elaboración de productos lácteos fermentados a partir de leche como el yogurt y de productos cárnicos fermentados. Este género, también es importante por la producción de ácidos orgánicos de interés industrial como es el ácido láctico.  

Probablemente se pueden obtener enzimas hidrolíticas de polisacáridos y otros azúcares menos complejos que son fermentados para producir biomasa y probablemente, otros compuestos de interés biotecnológico.

En la elaboración de yogures, Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus produce una protocooperación entre esta bacteria y Streptococcus salivarius subsp. thermophilus, donde L. delbrueckii subsp. bulgaricus hidroliza la caseína de la leche en péptidos que satisfacen los requerimientos de aminoácidos de ambas especies, mientras que S. salivarius subsp. thermophilus proporciona a L. delbrueckii subsp. bulgaricus metabolitos entre los que se incluyen ácido fórmico, pirúvico, fólico así como ácidos grasos y CO2 (Yin et al., 2017). El proyev

Este proyecto tiene como propósito utilizar L delbruekii  como modelo de estudio para la producción de biomasa y de enzimas con actividades hidrolíticas, utilizando fuentes de carbono como la glucosa, fructosa, disacáridos como sacarosa, lactosa y polisacáridos como el almidón, pectina, inulina y celulosa. La glucosa se utiliza como control negativo, es decir, no se espera que los caldos de fermentación produzcan enzimas hidrolíticas. Sin embargo, es necesario estudiar si las fuentes de carbono ejercen represión catabólica. Estos controles permitirán comparar la inducción y/o represión de la enzima por otras fuentes de carbono. Cada equipo podrá estudiar los procesos de inducción y/o represión.

La metodología que se les presenta, es general y servirá de igual manera para que cada equipo de investigación proponga el modelo que crea conveniente.

La propuesta persigue los siguientes objetivos de enseñanza aprendizaje

• Que los equipos de investigación aprendan que, en los proyectos de investigación, los controles experimentales son importantes para comparar si las respuestas de las variables experimentales son significativas.
• Que los equipos de investigación analicen los cambios de pH, concentración celular, concentración de sustratos y las actividades enzimáticas. Así como los parámetros de productividad, rendimientos de células, de productos y de sustratos  
• Que los grupos de investigación sean capaces de proponer un sistema de inducción y/o represión de actividades enzimáticas, y
• Que el equipo de investigación sea capaz de presentar sus resultados en un documento escrito que pueda ser discutido en seminarios del grupo.

Objetivos del proyecto:

Que el alumno:

• Analice la propuesta y la importancia de realizar experimentos diseñados con controles

• Proponga con base al modelo propuesto y a los contenidos teóricos del módulo, un objetivo de estudio de regulación de la actividad enzimática
• Seleccione la metodología adecuada para su proyecto
• Estudie el fundamento de las técnicas analíticas que va a utilizar
• Utilice las técnicas usuales en sistemas de fermentación simples que se proponen en este documento
• Analice los resultados por su relevancia
• Informe en un documento tipo artículo científico los resultados de su investigación. Para esto se requiere que consulte guía para autores de la revista Biotechnology Letters (https://www.springer.com/life+sciences/microbiology/journal/10529?detailsPage=pltci_3549556)

Nota, se le proporcionará a cada grupo de investigación la cepa de de L. delbruekii adaptada previamente por los profesores en un medio con glucosa

PROCEDIMIENTO

Para el microorganismo seleccionado, el alumno debe definir las condiciones ambientales de crecimiento.

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