Inhibición de virulencia bacteriana de patógenos de alimentos con productos naturales

ARENA MARIO EDUARDO

Conferencia; Primer Taller Biotecnología aplicada a la tecnología de alimentos; 2019

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA NACIONAL

Las enfermedades transmitidas por alimentos y el deterioro de los mismos son procesos complejos con gran impacto en la salud y la economía, de hecho la conservación de los mismos preocupó a la humanidad desde épocas remotas. Tradicionalmente, en cada región se usaban productos naturales del lugar con el fin de condimentar o conservar un alimento. En el siglo pasado hubo un abrupto cambio hacia conservantes sintéticos de uso universal. La tendencia actual es reducir o mejor aún eliminar el uso de antimicrobianos químicos, con miras a adoptar alternativas naturales. Desde el Instituto de Biotecnología Farmacéutica y Alimentaria (INBIOFAL), nos propusimos buscar productos de origen natural y regional para inhibir los mecanismos de resistencia bacteriana. Nuestro objetivo está basado en los antecedentes propios de la convivencia entre bacterias patógenas contaminantes de alimentos y el ser humano. Desde el descubrimiento de los antibióticos y desinfectantes el hombre ha logrado disminuir notablemente la elevada tasa de morbi-mortalidad debida a infecciones agudas. Por otro lado, el desarrollo de conservantes químicos y nuevos métodos de conservación han alargado la vida útil de los alimentos. En el siglo pasado muchas sustancias han sido ensayadas, contra bacterias en vida libre o estado planctónico en búsqueda de su capacidad antimicrobiana y varias de ellas han demostrado su poder antibiótico o desinfectante. Sin embargo, fueron inefectivas en procesos infecciosos crónicos o en contaminaciones difíciles de erradicar en la industria de alimentos. Con el descubrimiento del sistema de comunicación bacteriano llamado Quorum sensing (QS), y el entendimiento de que más del 90% de las bacterias viven en estado sésil dentro de biopelículas y no en vida libre, se ha podido entender el porqué de esos fracasos. Una sustancia puede necesitar una dosis 1000 veces superior para matar bacterias dentro de una biopelícula o biofilm que en vida libre, esto se debe a muchos factores, entre ellos la dificultad de penetrar el mismo, los distintos fenotipos que expresan los clones celulares dentro del biofilm y porque está ralentizado el crecimiento bacteriano. Por otro lado, al activarse el QS, las bacterias cambian su metabolismo, se activan las islas de patogenicidad e intrincados sistemas de comunicación, regulados por diversas moléculas autoproducidas, llamadas autoinductores, que hacen que las bacterias expresen diversos factores de virulencia. Así por ejemplo, se activa la formación de una biopelicula o biofilm. El biofilm presente en las superficies de industrias alimentarias es la principal fuente de enfermedades trasmitidas por alimentos. Esto ha sido respaldado por diversos estudios en los cuales se ha reportado la presencia de autoinductores bacterianos en alimentos contaminados. El QS también induce distintos tipos de adhesión bacteriana a superficies bióticas y abióticas, lo que permite el establecimiento y colonización microbiana. Los mecanismos de diseminación y escape también se relacionan con la comunicación bacteriana, por ejemplo Pseudomonas aeruginosa codifica para un total de cuatro sistemas de quimiotaxis y motilidad. Entre ellos el swarming es un desplazamiento coordinado y grupal sobre una superficie semisólida que permite la diseminación de bacterias en distintas matrices. Está comprobado además que para facilitar su difusión las bacterias producen distintos tipos de biosurfactantes, los cuales a su vez aumentan la resistencia natural de las bacterias a metales y otros compuestos.Se activan adicionalmente diversos sistemas enzimáticos (elastasa, lipasas, fosfolipasa), capaces de degradar tejidos, proteínas, lípidos, con el consiguiente deterioro de alimentos y la propagación microbiana. A modo de ejemplo el QS controla la producción de enzimas hidrolíticas producidas por Pseudomonas que deterioran la leche. También inducido por QS se forman metabolitos secundarios pigmentados, tóxicos y altamente difusibles, conocidos como fenazinas, por ejemplo piocianina que produce apoptosis rápida en neutrófilos. Existe una clara correlación entre la comunicación química bacteriana y la formación enzimática de coágulos o lisinas como mecanismos de protección y diseminación de bacterias Gram positivas.Adicionalmente la sola presencia de autoinductores de QS en alimentos es un peligro sanitario debido a que a nivel del epitelio gástrico estas moléculas tienen un efecto supresor del sistema inmune. Por lo tanto, la inhibición de la producción de autoinductores de QS en alimentos puede considerarse un objetivo higiénico sanitario.Hoy la ciencia debe enfocarse en la inhibición de virulencia bacteriana de patógenos, más que en la eliminación propiamente dicha de los mismos, puesto que el uso de antibióticos, tarde o temprano desencadena resistencia a los mismos y lo que se consigue es seleccionar patógenos más poderosos que luego serán difíciles de eliminar. Una estrategia actual consiste en volver a los contaminantes no virulentos y susceptibles a simples procesos de limpieza y desinfección, esto se puede logar inhibiendo el sistema de comunicación bacteriana, la formación de biofilm y los principales factores de virulencia. ¿Cómo se podría logar esto?. La respuesta siempre estuvo en la naturaleza, los mamíferos poseemos un intrincado sistema inmune, en cambio las plantas, hongos y las mismas bacterias no lo poseen o no es tan complejo. Sin embargo, durante millones de años de evolución se las arreglaron para no ser infectadas, hoy se conoce que uno de los mecanismos involucrados sería justamente la inhibición del QS. Por lo tanto, existen productos naturales que pueden incrementar la seguridad y protección de alimentos mejorando la salud del consumidor al disminuir la virulencia y sobrevida de los microorganismos contaminantes y su capacidad de colonización y/o invasión intestinal. Dado que el CODEX Alimentario es muy estricto en el uso de nuevas fuentes de compuestos bioactivos y que el ambiente condiciona los metabolitos producidos por cada organismo, nos focalizamos en especias, condimentos y aceites esenciales producidos en el norte el país, con el objetivo de validar una nueva aplicación de los mismos. Por otro lado y teniendo en cuenta el desarrollo de una agroindustria sostenible y sustentable buscamos darle una valor agregado a subproductos y desechos de agroindustrias del país. Tenemos resultados promisorios que nos pueden llevar al desarrollo de aditivos funcionales, a los cuales les investigamos además sus propiedades antioxidantes, antimutagénicas, antiinflamatoria e inocuidad. Logramos resultados con potencial aplicación terapéutica o remediadora al disrumpir el biofilm previamente formados y donde los antibióticos no fueron eficaces e inclusive pudimos suprimir el metabolismo bacteriano en células remanentes de un biofilm.Pensar en un nuevo concepto, llamado química comunicacional, focalizado en el estudio de metabolitos con capacidad de interrumpir el QS y los procesos de virulencia y resistencia microbiana, nos lleva al desafío de desarrollar productos más seguros y saludables y abolir o disminuir el uso de conservantes y desinfectantes químicos con conocidos efectos adversos. Así mismo, revalorizar los conocimientos ancestrales que llevaron a Colón en su búsqueda de especias a descubrir América o a Hipócrates a afirmar ?Deja que tu alimento sea tu primer medicamento?.