A Microbial Biorealm page on the genus Lactobacillus delbrueckii
Numbered ticks are 11 µM apart.
Gram-stained.
Photograph by Bob Blaylock.
Classification
Higher order taxa
Bacteria (Domain); Firmicutes (Phylum); Bacilli (Class); Lactobacillales (Order); Lactobacillaceae (Famiglia)
Specie
NCBI: Tassonomia
Lactobacillus delbrueckii
subspecies: bulgaricus, lactis, delbrueckii, and indicus
Descrizione e significato
Lactobacillus noi delbrueckii è un tondino sagomato, gram positivi, non motili batterio. Comune alla specie è la sua capacità di fermentare substrati di zucchero in prodotti di acido lattico in condizioni anaerobiche. Come tale, L. delbrueckii si trovano generalmente in prodotti lattiero-caseari come yogurt, latte e formaggio con l’eccezione di L. delbrueckii subsp. delbruecki che risiedono in fonti vegetali (3). Ci sono quattro sottospecie differenziate dai suoi metaboliti e dalla sua genetica interna conosciuta fino ad oggi. La sottospecie più recente accettata, L. delbrueckii subsp. indicus è stato isolato da un caseificio indiano (1). Al contrario, il Dr. Stame Grigorov ha isolato L. delbrueckii subsp. bulgaricus da un campione di yogurt nel 1905.
Le proprietà che definiscono L. delbrueckii come batteri lattici omofermentivi (LAB) non sono limitate dal suo prodotto finale metabolico D-lattato e L-lattato. L. delbrueckii subsp. bulgaricus ha dimostrato di avere effetti probiotici su esseri umani e animali che includono una migliore tolleranza al lattosio e la sua capacità di stimolare le risposte immunitarie (4, 5, 7). I dibattiti passati contro queste informazioni mettevano in discussione la capacità di quest’ultimo di sopravvivere all’interno di ambienti a bassa acidità e dei succhi gastrici del tratto gastrointestinale umano. Un fosfopolisaccaride prodotto da L. delbrueckii subsp. bulgaricus ha la capacità di migliorare la fagocitosi dei macrofagi nei topi (4).
Struttura del genoma
Il genoma circolare del Lactobacillus delbrueckii subsp. bugaricus ATCC 11842 è stato completato nel maggio del 2006. Composto da 1.864.998 nucleotidi, ha un contenuto insolitamente elevato di G-C (49%) rispetto ad altre specie del genere Lactobacilli a cui appartiene. Dei 2.217 geni presenti 1.562 codice per le proteine e 533 come pseudo geni (10). Caratteristiche genomiche come queste, così come i modelli di sequenza di inserimento sono indicativi del suo adattamento nell’industria casearia e supportano la teoria di una rapida fase evolutiva (11).
Dei 1.562 geni che codificano per le proteine prtB e l’operone lac sono importanti per le proprietà omofermentative di L. delbrueckii. All’interno dell’operone lac sono i geni lacS, lacZ e lacR che codificano per l’assorbimento e la ripartizione del lattosio.(3) I codici del gene di lacS per permease del lattosio responsabile della capacità di trasportare il lattosio dentro attraverso la membrana. L’importante enzima B-galattosidasi necessario per il metabolismo del lattosio è codificato nel gene lacZ. A valle di lacZ è il gene regolatore lacR.
Struttura cellulare e metabolismo
Come batterio gram positivo L. delbrueckii mantiene la sua macchia viola sotto il test Gram. Unico per i microbi di questo tipo è una parete cellulare spessa e una membrana cellulare. L’assenza di una membrana esterna che funge da barriera aggiuntiva potrebbe essere una ragione per la sua sensibilità agli attacchi dei batteriofagi (2).
Le proteasi codificate dal gene prtB si trovano ancorate lungo la parete cellulare di L. delbrueckii subsp. bulgaricus e lactis ; e molto probabilmente nella subsp. indica. La capacità della sottospecie di crescere nel latte è dovuta all’attività enzimatica nella degradazione della caseina per esporre gli amminoacidi essenziali, inoltre, all’espressione costitutiva o inducibile del gene lacZ. (8,4)
Significativo per le quattro sottospecie di L. delbrueckii sono il numero e i tipi di substrati che può metabolizzare. Come notato, tali proprietà sono limitate all’espressione enzimatica all’interno del suo genoma. L. delbrueckii subsp. bulgaricus e subsp. indicus può metabolizzare lattosio, glucosio, fruttosio e mannosio. Oltre a questi, L. delbrueckii subsp. lactis catabolizza galattosio, saccarosio, maltosio, trealosio e altri carboidrati modificati.(4)
Ecologia
Come abitante di prodotti lattiero-caseari fermentati e produttori di acido lattico Lactobacillus delbrueckii, ad eccezione di L. subsp. delbrueckii, è la causa del suo basso ambiente acido. I requisiti nutrizionali sono adattati all’ambiente del batterio; in quanto tali includono, ma non sono limitati, aminoacidi, vitamine, carboidrati e acidi grassi insaturi (9). L. delbrueckii ha una temperatura di crescita ottimale di 40-44 °C in condizioni anaerobiche (3). In particolare, L. subsp. bulgaricus ha una relazione simbiotica con Streptococcus thermophilus in quanto coesiste in colture di batteri lattici starter.
Patologia
Lactobacillus delbrueckii non è patogeno. Infatti, è ampiamente usato nell’industria alimentare e può essere trovato in yogurt, latte, verdure e formaggi.
Applicazione alle biotecnologie
Delle quattro sottospecie note fino ad oggi L. delbrueckii subsp. bulgaricus e subsp. lactis sono più importanti per l’industria casearia, come colture starter per la produzione di latte fermentato, yogurt e formaggio. Le perdite economiche sarebbero significative se il processo di fermentazione del ampiamente usato Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus e subsp. lactis sono stati ostacolati. Pertanto, l’industria lattiero-casearia deve essere in grado di rilevare i batteriofagi e regolare le condizioni di produzione per garantire un’alta qualità per la sicurezza e la durata di conservazione (2). A causa della relazione simbiotica di L. delbrueckii subsp. bulgaricus con Streptococcus thermophilus quest’ultimo è stato esaminato contemporaneamente.
La ricerca attuale
Ceppi specifici di lattobacilli ha dimostrato di avere effetti mitogenici e di aiutare nella proliferazione delle cellule della milza. I ceppi YS trattati termicamente di L. delbrueckii sottospecie bulgaricus e L. acidophilus hanno indotto direttamente la generazione di IgM e IgG da parte degli spenociti murini e dipendevano dalle concentrazioni di batteri in contrasto con i ceppi ATCC. Il primo era più efficace in quantità di 5×106 e 2 × 107 Lattobacilli ml-1. Le concentrazioni anticorpali sono state determinate con ELISA e test di Fisher. Inoltre, i ceppi YS e ATCC di entrambe le specie di lattobacilli hanno indotto la proliferazione dei linfociti. L. delbrueckii subsp. bulgaricus ha dimostrato di attivare le cellule B policlonali indicate dal mantenimento di livelli elevati di anticorpi dopo la rimozione degli anticorpi dei lattobacilli. (13)
Uno studio ha suggerito l’uso pratico della PCR multiplex per rilevare i batteriofagi in qualsiasi fase della fabbricazione. Il metodo si è rivelato semplice e veloce, garantendo nel contempo i requisiti minimi di qualità dei prodotti. Sebbene i risultati indicassero basse quantità di L. fagi di delbrueckii nei campioni utilizzati, è stata trovata una quantità relativamente maggiore di fagi di S. thermophilus. Questi risultati sono conseguenti alla crescente percentuale di S. thermophilus utilizzato nelle colture starter. (2)
Lactobacillus delbrueckii, generalmente, non può essere trovato al di fuori delle colture starter nell’industria lattiero-casearia. L’ambiente naturale da cui ha avuto origine non è noto con certezza. Un recente studio ha riportato l’isolamento e la caratterizzazione di L. delbrueckii subsp. bulgaricus insieme al suo simbionte Streptococcus thermophilus dalle piante in Bulgaria sulla base della preparazione tradizionale dello yogurt. Seicentosessantacinque campioni di piante, con la pianta bersaglio Cornus mas sono stati raccolti da quattro siti lontani dall’abitazione umana. Identificazione del L. subsp. bulgaricus è stato determinato tramite analisi del fenotipo, elettroforesi su gel a campo impulsivo (PFGE) e metodi PCR. I campioni di colture che crescevano a 45°C erano a forma di bastoncello, producevano D-lattato, generavano un frammento di DNA di 1065 coppie di basi con i primer LB1/LLB1 e mostravano attività proteolitica. Dai 665 campioni di piante L. delbrueckii subsp. bulgaricus e o S. thermophilus sono stati isolati, la maggior parte dei quali è venuto da Blagoevgrad, Bulgaria. (12)
1) F., Felis, Giovanna E., Castioni, A., Torriani, S., e Germond, J. “Lactobacillus delbrueckii subsp. indicus subsp. ov., isolato dai prodotti lattiero-caseari indiani”. 2005. Rivista Internazionale di Microbiologia Sistematica ed Evolutiva. Volume 55. pag. 401-404.
2)
3) J., Lapierre, L., Delley, M., Mollet, B., Felis, G., e Dellaglio, F. ” Evoluzione del batterico Speies Lactobacillus delbrueckii: Uno studio genomico parziale con riflessioni sul concetto di specie procariote”. Biologia Molecolare ed Evoluzione. 2003. Volume 20. pag. 93-104.
4)
5)M., Callegari, M., Ferrari, S., Bessi, E., Cattibelli, D., Soldi, S., Morelli, L., Feuillerat, N., e Antoine, J. “Sopravvivenza dei batteri dello yogurt nell’intestino umano”. Microbiologia ambientale applicata. 2006. Volume 72. pag. 5113-5117.
6)
7) S., Drescher, K. e Heller, K. ” Survival of Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus e Streptococcus thermophilus nell’ileo terminale dei Minipig fistolati di Gottingen. Microbiologia applicata e ambientale. 2001. Volume 67. pag. 4137-4143.
8) C., D. Atlan, B. Blanc, R. Portailer, J. E. Germond, L. Lapierre, e B. Mollet. 1996. “A new cell surface proteinase: sequencing and analysis of the PRTB gene from Lactobacillus delbruekii subsp. bulgaricus”. Rivista di Batteriologia. 1996. Volume 178. pag.3059-3065.
9)
10)Centro per le informazioni biotecnologiche (NCBI) Genoma. Lactobacillus delbrueckii subsp. 11842, genoma completo.
11)de Guchte, M., Penaud, S., Grimaldi, C., Barbe, V., Bryson, K., e altri. “La sequenza completa del genoma del Lactobacillus bulgaricus rivela un’evoluzione riduttiva estesa e continua”. PNA. 2006. Volume 103. p. 9274-9279
12) M., Minkova, S., Kimura, K., Sasaki, T. e Isawa, K. ” Isolamento e caratterizzazione del Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus e Streptococcus thermophilus da piante in Bulgaria”. Lettere di microbiologia di FEMS. 2007. Volume 269. pag. 160-169.
13)
A cura di Maryruth Penetrante studente di Rachel Larsen
A cura di KLB