Producción de fructanos bacterianos.

MOLINARI M.L.

Editorial Académica Española

Lugar: Saarbrücken, Germany; Año: 2012 p. 152

978-3-8473-6969-1

Un gran número de bacterias que viven asociadas a plantas producen exopolisacáridos a partir de la sacarosa suministrada por el vegetal. Dentro de estos polisacáridos podemos encontrar a los fructanos. Los fructanos se definen como aquellos polisacáridos constituidos por unidades de fructosa. Su estructura química comprende una sacarosa inicial seguida de un número variable de residuos de fructosa que en su forma β-D-furanosa se unen entre sí por enlaces glicosidicos 2→6. Se puede establecer una distinción según el grado de polimerización del polisacárido. Así se denominan fructooligosacaridos (FOS) a aquellos que poseen un grado de polimerización inferior a 10 y levanos a aquellos que superan las 15 unidades de fructosa. Los fructanos no son digeribles por el hombre, por carecer de las enzimas responsable de su hidrólisis, sin embargo si es metabolizado por la flora gastrointestinal presentando varias propiedades beneficiosas para la salud del consumidor. Esto último lleva a que los fructanos sean considerados prebióticos aumentando su interés en la industria alimenticia y por ende un producto biotecnológico en creciente demanda. Gluconacetobacter diazotrophicus es una bacteria fijadora biológica de nitrógeno, endófita de caña de azúcar. Este microorganismo es capaz de crecer en presencia de sacarosa como fuente de carbono y energía, sin embargo no presenta un transporte de este disacárido hacia el citoplasma celular. G. diazotrophicus expresa una enzima extracelular responsable de la hidrólisis de la sacarosa en sus monómeros constituyentes, esta enzima es denominada lavansacarasa (LsdA) y también cataliza la polimerización de los residuos de fructosa aportados por la sacarosa formando fructanos. Por su parte, la glucosa liberada de la hidrólisis enzimática de la sacarosa es metabolizada por G. diazotrophicus por al menos dos posibles vías catabólicas ya fueron estudiadas por diversos autores. G. diazotrophicus fue capaz de crecer, expresar actividad LsdA, y producir fructanos en todas las condiciones estudiadas. Sin embargo hemos podido establecer diferentes condiciones operacionales y nutricionales que estimulan la producción de biomasa, FOS y levanos, así como también la expresión de LsdA en G. diazotrophicus. En un cultivo batch limitado en sacarosa con una fuente de nitrógeno combinada de sales de amonio y extracto de levaduras demostró el mayor rendimiento en la producción de biomasa. Un ambiente ácido, limitado en sacarosa y en FBN ha estimulado la expresión de la levansacarasa. La producción en masa de levanos fue estimulada bajo dos condiciones diferentes; un sistema libre de células con extractos enzimático proveniente del crecimiento de G. diazotrophicus con sacarosa, termostatizado a 40 °C, una relación enzima/sustrato alta, una solución de 700 g/l de sacarosa y un tiempo de incubación de 72 horas. Esta estrategia demostró un buen rendimiento de producción de levanos, sin embargo el producto coexistía con sacarosa remanente, FOS, fructosa y glucosa. Un cultivo batch de G. diazotrophicus con 100 g/l sacarosa, en FBN ó fuente de nitrógeno compleja (E.L.+triptona) y pH constante a 6,00 demostró un rendimiento comparable de producción de levanos que en el sistema libre de células, pero sin sub-productos contaminantes. Por su lado, la producción de FOS se vio favorecida en un sistema libre de células con extractos enzimático proveniente del crecimiento de G. diazotrophicus con sacarosa, termostatizado a 40 °C, una relación enzima/sustrato baja, una solución de 700 g/l de sacarosa y un tiempo de incubación cortos. Paralelamente, y debido al desconocimiento del comportamiento metabólico de G. diazotrophicus frente al uso de la sacarosa como fuente de carbono y energía, se realizaron cultivos continuos bajo diferentes estatus nutricionales, de los cuales se realizaron estudios proteomicos tanto de material intra- como extracelular (proteoma y secretoma, respectivamente). Las condiciones estudiadas involucraron cultivos limitados y no limitados en sacarosa así como también FBN y NoFBN. Hemos podido obtener diferencias estequiometrias del consumo de nutrientes para el crecimiento de G. diazotrophicus en cultivos continuos bajo las condiciones nutricionales estudiadas así como también diferencias en la obtención de productos extracelulares. Estas diferencias metabólicas también fueron traducidas en los perfiles proteomicos y en enzimas periplasmaticas involucradas directamente en el metabolismo de los hidratos de carbono en G. diazotrophicus, como ser GDH y GaDH. Los estudios proteomicos fueron realizados en colaboración con investigadores de Brasil que involucraron grupos de trabajo del EMBRAPA y de la Universidad Federal do Parána. Estos estudios se encuentran en una etapa preliminar y todavía no han sido concluidos para obtener mayores conclusiones.