Biosíntesis de aminas biogénicas en bacterias de leche materna humana: posibles implicaciones fisiológicas

Abstract

Las aminas biógenas (AB) son compuestos orgánicos nitrogenados que se producen como resultado de la actividad metabólica normal de los seres vivos y que participan en importantes y diversas funciones fisiológicas. Las AB putrescina, espermidina y espermina cumplen funciones esenciales en el recién nacido, interviniendo en la maduración del intestino y la colonización de la microbiota. Sin embargo, debido a la actividad microbiana, las AB tiramina, histamina y putrescina se pueden acumular en altas concentraciones en alimentos y provocar efectos adversos en la salud del consumidor que incluyen alteraciones circulatorias, digestivas, respiratorias e incluso efectos carcinogénicos. La presencia de altas concentraciones de estas AB es especialmente frecuente en alimentos fermentados, particularmente en quesos, donde los principales responsables de su acumulación son determinadas bacterias del ácido láctico (BAL). En los recién nacidos, la leche materna aporta tanto los nutrientes y compuestos esenciales para su desarrollo - entre los que se encuentran putrescina, espermidina y espermina -, como los microorganismos para la colonización del tracto gastrointestinal (TGI). Dado que no se conoce la aportación de la microbiota de la leche materna a la concentración de AB de este fluido, ni los cambios que podrían provocar las alteraciones de la microbiota relacionadas con los procesos de mastitis, en esta Tesis Doctoral se analizó el contenido de AB en leche de mujeres sanas y con mastitis y se estudió la capacidad de microorganismos aislados en distintas muestras de leche materna de sintetizar AB. Con el fin de estudiar el posible papel de la biosíntesis de AB en la adaptación intestinal, se eligió como modelo Enterococcus faecalis, una BAL que produce tiramina y putrescina y está presente en la microbiota normal de la leche materna y del TGI de humanos, así como en alimentos fermentados. También se utilizó esta singular bacteria para estudiar la regulación genética de la biosíntesis de tiramina y putrescina. Los resultados mostraron gran heterogeneidad en el contenido de AB en las leches de mujeres sanas y con mastitis. En las muestras de madres sanas se detectaron putrescina, espermidina y espermina; en las muestras de mastitis se detectó además histamina y se observaron diferencias significativas en las concentraciones de putrescina y espermina, que fueron mayores en las muestras de mastitis. El análisis de la capacidad de sintetizar AB de la microbiota de la leche materna reveló que 24 de las 94 cepas analizadas fueron capaces de sintetizar AB. Se obtuvieron 3 cepas productoras de tiramina, 14 productoras de putrescina y 8 cepas que produjeron espermidina intracelularmente. El estudio en la influencia de la biosíntesis de putrescina y tiramina en la adaptación de E. faecalis al TGI reveló que era capaz de sobrevivir al paso por el TGI y de producir tiramina y putrescina en estas condiciones. Además, la biosíntesis de tiramina aumentaba significativamente la resistencia al paso por el TGI, comprobándose que esta ruta permitía el mantenimiento de la homeostasis del pH interno en condiciones ácidas. E. faecalis presentó una baja capacidad de adhesión a células Caco-2 que no estaba afectada por la producción de AB. Tampoco se observó ninguna relación entre la biosíntesis de AB y la capacidad de E. faecalis de formar biofilms. La biosíntesis simultánea de las dos AB no produjo efectos sinérgicos en la adaptación al TGI. El estudio de la regulación genética de la biosíntesis de putrescina indicó que estaba regulada por la concentración del sustrato, la agmatina, que inducía la transcripción de los genes catabólicos, observándose un aumento en la producción de putrescina. Se comprobó que en esta activación estaba implicado un gen regulador de la transcripción y el promotor de los genes catabólicos. Además, se desarrolló un sistema de expresión inducible por agmatina que podría utilizarse para la producción y purificación de proteínas recombinantes en E. faecalis. Se observó que la biosíntesis de tiramina estaba regulada por la concentración del sustrato, la tirosina, y por pH ácido, comprobándose que estos factores inducían la transcripción de los genes catabólicos. El análisis del transcriptoma en respuesta a la capacidad de sintetizar AB reveló la regulación de genes de la biosíntesis de aminoácidos aromáticos, de transportadores ABC de oligopéptidos y del elemento móvil efaC1, entre otros. Finalmente, se comprobó que la producción de putrescina y ornitina aumentaba con la concentración de tirosina, debido a la inducción de los genes responsables de su biosíntesis y se observó que los genes responsables de la síntesis de tiramina estaban implicados en esta activación.