Fisiología y Genética de Bacterias Lácticas

Resumen

Existe una demanda de la población por alimentos de alta calidad en las características sensoriales, en el valor nutritivo y en la ausencia de compuestos tóxicos o potencialmente peligrosos para la salud. Las bacterias lácticas (BL) constituyen el principal grupo de microorganismos destinados a la producción de alimentos fermentados. La supervivencia de estos microorganismos, los cuales se encuentran sometidos continuamente al estrés ácido, constituye una línea de investigación fundamental para la selección de cepas de BL destinadas a la producción de alimentos. La investigación es tanto fundamental como orientada a la aplicación de estos microorganismos. Utilizamos Lactococcus lactis como modelo de cultivo iniciador de la industria láctea y como vehículo de producción de compuestos de interés farmacéutico. Por otro, lado, Enterococcus faecalis y E. faecium son objeto de estudio ya que se encuentran en una delgada línea de inocuidad alimentaria y por constituir un riesgo sanitario debido a la presencia de cepas multirresistentes intrahospitalarias. Utilizamos aproximaciones que incluyen la Genómica Funcional y Comparativa de nuestros organismos modelo y algunas otras bacterias Gram-positivas (patógenos y no-patógenos). Se implementaron herramientas bioinformáticas que permiten identificar microorganismos y metodologías producto de intensas colaboraciones nacionales e internacionales.

Líneas de Investigación

Homeostasis de K+ en BAL y rol del c-di-AMP

El c-di-AMP es un nuevo segundo mensajero con funciones biológicas fundamentales en la fisiología de bacterias Gram positivas y en la inmunidad del huésped. Este proyecto pretende responder aspectos teóricos y aplicados sobre la regulación del c-di-AMP en bacterias lácticas y su aplicación en el campo de la alimentación y producción de biofármacos. De especial importancia será describir los mecanismos mediados por c-di-AMP en la homeostasis de potasio dentro de la diversidad de BL. Utilizaremos diferentes enfoques complementarios que incluyen técnicas genéticas, caracterizaciones bioquímicas, análisis metabólicos, microscopia y análisis de expresión de genes. Disponemos de modelos de estudio tanto en insecto (Galleria Mellonella) como modelo murino. Estos enfoques multidisciplinares nos permitirán dar un abordaje complementario entre los investigadores participantes. Recientemente, se ha demostrado que el c-di-AMP, regula una variedad de procesos celulares mediante la unión a proteínas y también a RNAm. Los niveles de c-di-AMP deben ajustarse cuidadosamente en diferentes condiciones ambientales para permitir un crecimiento óptimo, en muchos casos su presencia es esencial y los niveles elevados pueden resultar tóxicos para los microorganismos. Además, este compuesto es un potente adyuvante con capacidad inmunomoduladora en ratones y potencialmente aplicable al desarrollo de vacunas. Los niveles intracelulares de c-di-AMP en una bacteria están determinados por la síntesis catalizada por las adenilato ciclasas y por la degradación de este compuesto realizadas por diferentes fosfodiesterasas. Este proyecto pretende explorar en profundidad el sistema de transporte de K+ en Enterococcus faecalis, para ello se plantea la construcción de un sistema que permita estudios de caracterización bioquímica y de interacción de c-di-AMP utilizando el modelo de Lactococcus lactis. Investigador Responsable: Dr. Ch Magni – magni@ibr-conicet.gov.ar

Metaómicas y nutrición ganadera

El objetivo general de esta línea es contribuir al mejoramiento de la calidad de los ensilados para ganado vacuno evaluando nuevas estrategias biotecnológicas. Para ello se utilizan técnicas de secuenciación de alto rendimiento (metagenómica y metatranscriptómica) para estudiar la complejidad del rumen y evaluar el impacto de la utilización de bacterias lácticas (BL) recombinantes como tecnología para suplementar o inocular ensilados destinados a la nutrición del ganado de la región. Es de nuestro interés, debido a la importancia de la microbiota del rumen en la nutrición de los rumiantes y como fuente de nuevas enzimas de interés biotecnológico, caracterizar su composición a nivel de microorganismos y de enzimas codificadas en dicho ecosistema. Las BL son consumidas diariamente por los seres humanos, utilizadas mundialmente para la producción y conservación de alimentos fermentados. En este sentido, se propone explorar el uso de BL recombinantes como bacterias seguras para suplementar o inocular ensilados destinados a la nutrición del ganado de la región. Mediante metatranscriptómica se analizará el impacto sobre la diversidad microbiológica lo cual permitirá optimizar futuros diseños de BL. Investigador Responsable: V. Blancato – blancato@ibr-conicet.gov.ar

Virulencia

Ciertos microorganismos presentes en alimentos, contribuyen al desarrollo del sabor y aroma de los mismos pero además pueden constituir un riesgo para la salud de algunas personas. Nos proponemos identificar nuevos factores que contribuyan en el proceso de infección o colonización de Enterococcus, tanto en cepas aisladas de ambientes clínicos como de alimentos. Mediante un enfoque bioinformático, seleccionamos probables factores de virulencia de microorganismos presentes en alimentos para: realizar análisis de virulencia comparada utilizando como modelo el insecto Galleria mellonella; estudiar los mecanismos de virulencia y regulación involucrados. Investigador Responsable: V. Blancato – blancato@ibr-conicet.gov.ar

Identificación de vías metabólicas involucradas en la calidad final de los alimentos

Uno de los mecanismos de resistencia al estrés ácido lo constituyen las reacciones de decarboxilación. Estos sistemas están formados por un transportador de membrana que permite el ingreso del sustrato y una decarboxilasa específica. En las bacterias lácticas (BL) las decarboxilaciones de ácidos orgánicos (malato o citrato) y aminoácidos han sido asociadas a los mecanismos de resistencia al estrés ácido. La vía de fermentación del citrato es particularmente importante en el desarrollo del aroma y la textura de determinados tipos de quesos, y contribuye al aroma de los vinos. A partir de esta fermentación se produce el principal aromatizante natural, el diacetilo. El objetivo general de nuestros estudios consiste en ahondar sobre los mecanismos de regulación de la expresión génica en este importante grupo de bacterias. Profundizando en los aspectos benéficos y perjudiciales que resultan de la actividad decarboxilante de ciertos metabolitos en la producción de alimentos. Nuestro grupo de trabajo posee experiencia en los estudios sobre los mecanismos de regulación de la expresión génica los cuales permanecen aún desconocidos para este grupo de bacterias. El conocimiento adquirido nos permitirá comprender cuando como y porque se producen las decarboxilaciones y desarrollar nuevas estrategias de producción de alimentos de alta calidad. Investigador Responsable: Dr. Ch Magni – magni@ibr-conicet.gov.ar

Publicaciones Seleccionadas

  • Nasal immunization with a L. lactis-derived trans-sialidase antigen plus c-di-AMP protects against acute oral T. cruzi infection. Pacini, M.F., González, F.B., Dinatale, B., Magni C., Marcipar, I., Pérez, A.R. Vaccine, 2022, 40(15), pp. 2311–2323
  • Genomic analysis revealed conserved acid tolerance mechanisms from native micro-organisms in fermented feed. Terán, L.C., Mortera, P., Tubio, G., Esteban, L., Magni, C. Journal of Applied Microbiology, 2022, 132(2), pp. 1152–1165
  • The assessment of leading traits in the taxonomy of the Bacillus cereus group. Torres Manno, M.A., Repizo, G.D., Magni, C., Dunlap, C.A., Espariz, M. Antonie van Leeuwenhoek, International Journal of General and Molecular Microbiology, 2020, 113(12), pp. 2223–2242
  • Diversity of volatile organic compound production from leucine and citrate in Enterococcus faecium. D’Angelo, M., Martino, G.P., Blancato, V.S., Alarcón, S.H., Magni, C. Applied Microbiology and Biotechnology, 2020, 104(3), pp. 1175–1186
  • Enterococcus faecalis MalR acts as a repressor of the maltose operons and additionally mediates their catabolite repression via direct interaction with seryl-phosphorylated-HPr. Grand, M., Blancato, V.S., Espariz, M., Magni, C., Sauvageot, N. Molecular Microbiology, 2020, 113(2), pp. 464–477
  • The KupA and KupB proteins of Lactococcus lactis IL1403 are novel c-di-AMP receptor proteins responsible for potassium uptake. Quintana, I.M., Gibhardt, J., Turdiev, A., Magni, C., Stülke, J. Journal of Bacteriology, 2019, 209(10), e00028-19
  • GeM-Pro: a tool for genome functional mining and microbial profiling. Torres Manno, M.A., Pizarro, M.D., Prunello, M., Daurelio, L.D., Espariz, M. Applied Microbiology and Biotechnology, 2019, 103(7), pp. 3123–3134
  • Implications of the expression of Enterococcus faecalis citrate fermentation genes during infection. Martino, G.P., Perez, C.E., Magni, C., Blancato, V.S. PLoS ONE, 2018, 13(10), e0205787
  • Genetic and phenotypic features defining industrial relevant Lactococcus lactis, L. cremoris and L. lactis biovar. diacetylactis strains. Torres Manno, M., Zuljan, F., Alarcón, S., Espariz, M., Magni, C. Journal of Biotechnology, 2018, 282, pp. 25–31
  • Genetic engineering of Lactococcus lactis co-producing antigen and the mucosal adjuvant 3' 5'- cyclic di Adenosine Monophosphate (c-di-AMP) as a design strategy to develop a mucosal vaccine prototype. Quintana, I., Espariz, M., Villar, S.R., Blancato, V., Magni, C. Frontiers in Microbiology, 2018, 9(SEP), 2100

https://scholar.google.com/citations? user=ceIEjZ8AAAAJ&hl=es

https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=7003398923

https://orcid.org/0000-0002-5179-9700

https://www.linkedin.com/in/christian-magni-064243188/?originalSubdomain=ar