La trayectoria del grupo grupo DairySafe (Fermentos Lácticos y Bioconservación) está unida al IPLA-CSIC desde su inauguración (1990), siendo la Dra. Ana Rodríguez González la coordinadora del mismo desde entonces.

La bioconservación es la línea de investigación principal desarrollada por el grupo en los últimos 20 años, con especial énfasis en el desarrollo de estrategias de conservación de alimentos basadas en antimicrobianos naturales que aumenten la seguridad de los mismos. Los antimicrobianos objeto estudio incluyen bacteriocinas producidas por las bacterias del ácido láctico, y bacteriófagos que infectan patógenos de alimentos, así como enzimas líticos de síntesis fágica. Entre los objetivos abordados cabe señalar el modo de acción de estos antimicrobianos, las consecuencias de su aplicación y los posibles mecanismos de resistencia en las bacterias diana.

A lo largo de este período hemos aislado y caracterizado bacterias lácticas productoras de bacteriocinas (nisina Z, lacticina 481, coagulina A y lactococina 972). Las cepas productoras de nisina Z actúan eficazmente como cultivos protectores en la elaboración de quesos, mientras que la lactococina 972, que inhibe la síntesis de la pared celular en lactococos mediante la interacción con el lípido II (intermediario de la síntesis de peptidoglicano) e induce el sistema de dos componentes CesSR que controla la respuesta inmediata al estrés de la pared celular en Lactococcus lactis, está siendo utilizada en la evolución adaptativa de lactococos para obtener cepas de más robustas y con aptitudes tecnológicas mejoradas relevantes para la industria alimentaria. La coagulina A, por otra parte, posee una gran actividad frente a Listeria monocytogenes.

Los bacteriófagos, enemigos naturales de las bacterias, son una prometedora alternativa al uso de compuestos químicos como biconservantes y desinfectantes en la industria alimentaria. La especificidad de los bacteriófagos, activos frente a una especie bacteriana e incluso frente a algunas cepas, implica su total inocuidad para los seres humanos, animales y medioambiente. En este contexto, nuestro grupo ha sido pionero en el uso de mezclas de fagos frente a Staphylococcus aureus en leche, cuajada y queso, en el uso combinado de fagos y bacteriocinas en leche para inhibir S. aureus, y de la detección de actividad en leche de una endolisina fágica recombinante. Cabe señalar que S. aureus es responsable de un amplio rango de infecciones en humanos y animales, incluyendo toxiinfecciones alimentarias causadas por el consumo de alimentos contaminados por enterotoxinas. Asimismo, los fagos y las proteínas líticas de síntesis fágica son también efectivos contra cepas de S. aureus de origen humano y animal, incluso resistentes a antibióticos, y también frente a cepas de Staphylococcus epidermidis. La eficacia de los mismos es independiente de que las cepas sean o no productoras de biofilm. De hecho, nuestro grupo ha caracterizado varias proteínas de origen fágico que tienen actividad lítica frente a cepas productoras de biofilm, así como una proteína con actividad polisacárido despolimerasa que degrada la matriz extracelular de los biofilms. Cabe señalar además que el grupo ha caracterizado las respuestas fenotípica y transcripcional de biofilms expuestos a bajas dosis de bacteriófagos y proteínas líticas, a fin de optimizar las dosis de los mismos en sus diferentes aplicaciones.

Nuestros resultados ponen claramente de manifiesto el gran potencial de los bacteriófagos y sus proteínas líticas como antimicrobianos y desinfectantes alternativos a los actualmente en uso, para hacer frente a las infecciones y contaminaciones por S. aureus y S. epidermidis, con aplicación en clínica y veterinaria, sin olvidar la industria alimentaria.

Recientemente, hemos validado un método basado en impedancia para monitorizar la capacidad de formación de biofilm por diferentes bacterias patógenas (Real Time Cell Analyser, RCTA). Este método es rápido y fiable, y puede ser usado fácilmente, entre otras aplicaciones, para analizar cepas formadoras de biofilms, así como para la búsqueda de compuestos antimicrobianos que inhiban la formación de este tipo de estructuras o que eliminen aquellas ya preformadas.

Prioridades actuales y futuras

Basándonos en el conocimiento adquirido por el grupo DairySafe sobre nuevos antimicrobianos, nuestro principal objetivo es la utilización de los mismos en la eliminación de patógenos de interés hospitalario. En este contexto, y debido a la necesidad urgente de alternativas a los antibióticos, es nuestro propósito seguir avanzando en el conocimiento de los mecanismos que favorecen la acción de nuevos antimicrobianos frente a bacterias resistentes a antibióticos, y también frente a las formadoras de biofilms, dado que estas estructuras ejercen un efecto protector, dificultando su eliminación. En este contexto, pretendemos desarrollar antimicrobianos eficaces frente a este tipo de bacterias, así como sistemas de detección de las mismas que permitan el diagnóstico temprano de la infección.

Seguridad alimentaria

El grupo tiene una larga trayectoria en el desarrollo de estrategias de conservación de los alimentos basadas en antimicrobianos naturales (bioconservación) que aumenten la calidad higiénico-sanitaria de los mismos, reduciendo así la incidencia de brotes alimentarios. Entre dichos antimicrobianos se ha puesto especial énfasis en las bacteriocinas producidas por las bacterias lácticas (BAL) y en los bacteriófagos que infectan patógenos de alimentos, así como en los enzimas líticos de síntesis fágica (endolisinas).

Con respecto a las bacteriocinas, se han diseñado cultivos protectores constituidos por cepas productoras, los cuales han sido utilizados con éxito en la elaboración de productos lácteos.

Antimicrobianos naturales: regulación genética y función

Entender el modo de acción de sustancias antimicrobianas nos permite conocer los mecanismos moleculares por los que las bacterias se hacen resistentes a las mismas. Tomando como modelo la bacteriocina Lcn972, el grupo ha estudiado tanto el modo de acción como la expresión genética. Esta bacteriocina inhibe la división celular, un modo de acción totalmente diferente al del resto de bacteriocinas producidas por BAL. Lcn972 es la primera bacteriocina descrita, no modificada post-transduccionalmente, que interacciona con el Lípido II. Induce además el sistema de dos componentes CesSR, que controla la respuesta inmediata al estrés de la pared celular en Lactococcus lactis. Asimismo, Lnc972 está siendo usada para estudiar la evolución adaptativa de L. lactis bajo condiciones de estrés de la pared celular. Esta estrategia, de grado alimentario, está orientada a la obtención de cepas más robustas y con aptitudes tecnológicas mejoradas relevantes para la industria alimentaria, junto con cepas para ser utilizadas como factorías celulares en la producción de enzimas con aplicación en clínica y en alimentación.

Terapia fágica y biocontrol

Los bacteriófagos y sus endolisinas son una prometedora alternativa al uso de biocidas, incluyendo conservantes y desinfectantes (industria alimentaria) y antibióticos (clínica).

Los bacteriófagos inhiben específicamente a bacterias y, por lo tanto, son completamente inocuos para otros seres vivos y para el medioambiente. En este contexto, nuestro grupo ha sido pionero en el uso de fagos y endolisinas frente a Staphylococcus aureus, con objeto de combatir tanto toxiinfecciones alimentarias como infecciones causadas por dicha bacteria. Nuestros fagos y algunas proteínas de síntesis fágica (endolisinas y peptidoglicano hidrolasas asociadas al virión) son también efectivos contra cepas de estafilococos de origen humano y animal, incluyendo Staphylococcus epidermidis, e incluso frente a cepas resistentes a antibióticos, sean o no productoras de biofilm.

Los resultados obtenidos por nuestro grupo apoyan claramente el gran potencial de los productos basados en fagos para futuras aplicaciones en clínica, veterinaria y en la industria alimentaria.

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• Enhanced staphylolytic activity of the Staphylococcus aureus bacteriophage vB_SauS-phiIPLA88 HydH5 virion associated peptidoglycan hydrolase: fusions, deletions and synergy with LysH5

Inventores: David M. Donovan, Lorena Rodríguez-Rubio, Beatriz Martínez, Ana Rodríguez, Pilar García.
Nº de Solicitud: US13298966
Patent Assignment: 501810442 (6 Febrero de 2012)
País de Prioridad: EEUU
Entidad Titular: CSIC-USDA
Fecha de Prioridad: 11/17/2011
U.S. Patent No. 8,986,695, which issued 03/24/2015

• Chimeric protein with high antimicrobial activity

Inventores: Diana Gutiérrez, Beatriz Martínez, Pilar García, Ana Rodríguez, Lorena Rodríguez-Rubio, Rob Lavigne
Nº de solicitud: PCT/EP2018/082715 (27 November 2018)
Referencia: EP1641.1323
País: Spain
Institución: CSIC