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Lactobacillus casei
1.1. Objeto e interés de estudio de L.casei
1.2. Cultivo in vitro de L.casei
1.3. Ecología y crecimiento de L.casei
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Saccharomyces cerevisiae
2.1. Objeto e interés de estudio de S. cerevisiae
2.2. Cultivo in vitro de S. cerevisiae
2.3. Ecología y crecimiento de S. cerevisiae
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Bibliografía
Las especies del género Lactobacillus, también llamadas bacterias del ácido láctico, son bacterias Gram positivas anaerobias aerotolerantes, denominadas así debido a que la mayoría son capaces de convertir la lactosa y otros monosacáridos en ácido láctico, mediante un proceso denominado fermentación láctica.
Estas bacterias son de un gran interés para la industria láctea, siendo capaces de producir casi cualquier tipo de yogurt y otros alimentos fermentados. Además, al ser parte de la flora natural (tanto del tracto digestivo como de la vagina) del cuerpo humano y de otros animales, los alimentos que las contienen son considerados como probióticos, es decir, alimentos con microorganismos vivos adicionados que permanecen activos en el intestino en cantidad suficiente como para alterar la microbiota intestinal del huésped, facilitando procesos como la digestión o la defensa contra patógenos ya que producción de ácido láctico hace que su ambiente esté cargado de protones otorgándole un pH ácido, inhibiendo así el crecimiento de bacterias patógenas.
Entre otros usos de Lactobacillus casei está el de servir de probiótico en tratamientos para favorecer el crecimiento de la flora intestinal. Para ello, estos microorganismos, deben resistir la acción de los jugos gástricos, biliares y duodenales, y conseguir establecerse en intestino. Se han realizado experimentos (Yuki et al., 1999) para detectar la supervivencia de estas bacterias al paso por el tracto intestinal y se ha visto que hay un porcentaje alto de supervivencia sin llegar a producirse alteraciones el sistema inmunoprotector de los consumidores (Spanhaak et al., 1998).
Lactobacillus casei es usada además en el tratamiento de patologías gastrointestinales causadas por bacterias como Helicobacter pylori o para prevenir la diarrea asociada a los antibióticos (AAD), además de las causadas por rotavitus, y las infecciones causadas por Clostridium difficile (McFarland, 2009).
Un medio adecuado para su crecimiento es el agar MRS, el cual permite un buen crecimiento de bacterias ácido lácticas, tales como los Lactobacillus. El Agar De Man, Rogosa y Sharpe (MRS) es un medio selectivo diseñado para permitir el crecimiento de Lactobacillus en el laboratorio. Además el acetato de sodio que suprime el crecimiento de otras bacterias competidoras, aunque algunas especies del género Lactobacillus, Leuconostoc y Pediococcus.
Su composición típica es la siguiente:
| Composición del agar MRS |
|---|
| 1,0 % peptona |
| 1,0 % extracto de carne |
| 0,4 % extracto de levadura |
| 2,0 % glucosa |
| 0,5 % tihidrato acetático de sodio |
| 0,1 % polisorbato 80 (o Tween 80) |
| 0,2 % fosfato dipotásico |
| 0,2 % citrato de amonio |
| 0,02 % sulfato de magnesio heptahidratado |
| 0,005 % sulfato de manganeso tetrahidratado |
| 1,0 % agar |
| pH ajustado a 6,2 con 25°C |
La levadura y la carne proveen una fuente de carbono, nitrógeno y vitaminas, que son necesarias para el crecimiento bacteriano en eneral. Además, el extracto de levadura contiene vitaminas y aminoácidos que son requeridos por la gran mayoría de especies del género Lactobacillus. Por otro lado, el sulfato de magnesio y de manganeso suministran los cationes necesarios para metabolismo ( De Man et al., 1960 ).
Las bacterias del género Lactobacillus son en su mayoría acidófilas, ya que la producción de ácido láctico hace que su ambiente tenga un pH bajo, inhibiendo el crecimiento de otras bacterias que pudieran ser patógenas o competidoras. Muchos de estos organismos no necesitan hierro para vivir y tienen una tolerancia extremadamente alta al peróxido de hidrógeno, comúnmente llamada “agua oxigenada”.
Muchas de estas bacterias son capaces de llevar a cabo homofermentaciones o lo que es lo mismo, la fermentación de la glucosa o de otros azúcares en la que se obtiene un único producto, ácido láctico. Además son organismos aerotolerantes dependientes del manganeso ( Archibald & Fridovich, 1981 ).
Saccharomyces cerevisiae es un hongo unicelular, utilizado industrialmente en la fabricación de pan, cerveza y vino. Tiene un ciclo de vida haplo-diploide, reproduciéndose en ambos casos de forma asexual por gemación. Solo en algunas situaciones la forma diploide es capaz de reproducirse sexualmente, mediante meiosis.
Es uno de los modelos más adecuados para el estudio de problemas biológicos, ya que a pesar de su aspecto, S. cerevisiae no es una bacteria, sino una célula eucariota, lo que le otorga ciertas ventajas técnicas a la hora de trabajar con ella como su rápido crecimiento, la dispersión de las células, la facilidad con que se replican cultivos y aíslan mutantes y un sencillo sistema de transformación de ADN. Por otro lado, al no tratarse de un patógeno, su manipulación no requiere de grandes precauciones.
Se conoce además su genoma completo y su maquinaria moleculares está altamente conservada tanto en plantas como en vertebrados, lo que significa que es posible la introducción de genes de organismos eucariotas dentro del genoma de la levadura para poder averiguar su función. Su velocidad de crecimiento permite además llevar a cabo estudios que por razones de tiempo, serían más complicados y costosos en otros organismos multicelulares superiores.
Las levaduras crecen bien en un medio mínimo que contiene solo dextrosa y sales, pero la adición de proteínas y extracto de levadura permite un crecimiento más rápido de modo que durante el crecimiento exponencial o de fase logarítmica, las células se dividen cada 90 minutos. El cultivo in vitro de S. cerevisiae se realiza comúnmente en un medio conocido como agar YPD (Yeast Extract-Peptone-Dextrose):
| Composición del agar YPD |
|---|
| 1,0% extracto de levadura |
| 2,0% peptona |
| 2,0% dextrosa |
| 1,5% agar |
| pH ajustado a 6,5 con 25°C |
En este medio, la peptona actúa como fuente de carbono, nitrógeno, vitaminas y minerales, mientras que el extracto de levadura aportará otras vitaminas que van a estimular el crecimiento de las células y la dextrosa será una fuente de carbohidratos.
En S. cerevisiae, las fuentes de carbono utilizadas por las levaduras pueden ser desde carbohidratos hasta aminoácidos. De hecho, esta capacidad que poseen para utilizar distintos tipos de carbohidratos (glucosa, fructosa, manosa, galactosa, etc..), ha sido empleada tradicionalmente para distinguir unas subespecies de otras. Algunas también son capaces de utilizar disacáridos como la maltosa y la sacarosa y trisacáridos como la rafinosa, pero nunca la lactosa. Otras fuentes de carbono que pueden usar son el etanol y el glicerol. Para su crecimiento requieren además de una fuente de nitrógeno (amonio, urea u otros aminoácidos) y una de fósforo. También son necesarias vitaminas como la Biotina (o vitamina H) y distintos elementos traza.
Poseen dos tipos de metabolismos solapados entre sí y muy bien diferenciados. Por una parte, si en el sustrato predominan azúcares como la glucosa, fructosa o maltosa, la tendencia es a realizar una fermentación alcohólica de estos, formando etanol mediante la glucólisis. Por otro lado, el etanol puede ser posteriormente usado en la respiración durante el ciclo de Krebs. Este tipo de metabolismo, es deficiente en términos energéticos, pero proporciona ventajas a la hora de la competencia, pues no todas las bacterias son capaces de usar el etanol como sustrato y mucho menos tolerarlo.
Respecto a su reproducción, puede ser tanto sexual como asexual. El apareamiento sexual sólo puede ocurrir entre células haploides de distinto sexo, es decir, entre las llamadas células a y las células alfa. Su determinación sexual depende de un único locus (locus MAT) y no de un cromosoma particular para cada sexo. Su reproducción asexual se da mediante gemación o escisión de pequeñas gemas a partir de una gema madre, con idéntica información genética entre sí.
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Archibald, F.S.; Fridovich, I. (1981). “Manganese and Defenses against Oxygen Toxicity in Lactobacillus plantarum”. J. Bacteriol. 145 (1): 442–451.
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De Man, J.D.; Rogosa, M.; Sharpe, M.E. (1960). "A Medium for the Cultivation of Lactobacilli". J Appl Bact. 23: 130–135.
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McFarland, L.V. (2009). "Evidence-based review of probiotics for antibiotic-associated diarrhea and Clostridium difficile infections". Anaerobe. 15 (6): 274–80.
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Spanhaak, S.; Havenaar, R.; Schaafsma, G. (1998). “The effect of consumption of milk fermented by Lactobacillus casei strain Shirota on the intestinal microflora and immune parameters in humans”. European Journal of Clinical Nutrition. 52 (12): 899–907.
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Yuki, N.; Watanabe, K.; Mike, A.; Tagami, Y.; Tanaka, R.; Ohwaki, M. y Morotomi, M. (1999). “Survival of a probiotic, Lactobacillus casei strain Shirota, in the gastrointestinal tract: selective isolation from faeces and identification using monoclonal antibodies”. Int. J. Food Microbiol. 48(1): 51-7.