Aplicaciones Bioquímicas Y Biotecnológicas De Bacterias Acido Acéticas (Gluconobacter Spp).

Aplicaciones bioquímicas y biotecnológicas de bacterias acido acéticas (Gluconobacter spp).

Palabras clave Bacterías ácido acéticas – Gluconobacter spp – metabolismo de los carbohidratos - vinagre - ácido ascórbico - 1-desoxinojirimicina – miglitol – dha - gluconato - quetogluconatos

RESUMEN

El género Gluconobacter pertenece al grupo de las bacterias ácido acéticas (ABB) las cuales están caracterizadas por su habilidad para oxidar incompletamente un amplio rango de carbohidratos y alcoholes. Los productos correspondientes (aldehídos, cetonas y ácidos orgánicos) son casi por completo excretados al medio. En la mayoría de los casos, las reacciones son catalizadas por deshidrogenasas conectadas a la cadena respiratoria. Los centros reactivos de las enzimas están orientados hacia el espacio periplásmico, el transporte de sustratos y productos dentro y fuera de la célula no son necesarios. Así, la rápida acumulación de productos oxidados en el medio es facilitada. Estos organismos son capaces de crecer en soluciones con altas concentraciones de azúcar y, a bajos valores de pH. Los rangos de oxidación alta están correlacionados con la baja producción de biomasa, los cual hace a las cepas Gluconobacter interesantes organismos para la aplicación industrial. Los modernos procesos de fermentación, tales como la producción de L-sorbosa (síntesis de vitamina C) y 6-amino-L-sorbosa (síntesis del miglitol, fármaco antidiabético) son llevadas a cabo por miembros del género. Otros productos importantes son el dihidroxiacetona, gluconato y quetogluconato. Las bacterias que pertenecen al género Glunobacter exhiben una extraordinaria unicidad no solo en su bioquímica si no también en su crecimiento y respuesta a condiciones extremas de cultivo.

INTRODUCCIÓN

Los microorganismos aeróbicos usualmente oxidan completamente sus fuentes de carbono a CO2 y agua. Durante este proceso degradativo, la energía y los metabolitos secundarios para la biosíntesis son generados. Bajo circunstancias especiales no es completada la oxidación del sustrato (ejemplo el exceso del sustrato de carbono, condiciones fisiológicas anormales, o la presencia de compuestos inhibitorios). En contraste, algunos microorganismos oxidan su sustrato incompletamente incluso en condiciones de crecimiento normal. Las bacterias acido acéticas son especialmente famosas por su rápida e incompleta oxidación de un amplio rango de azúcares y alcoholes y la casi cuantitativa excreción de productos de oxidación en el medio. Miembros del género Gluconobacter, Gluconacetobacter y Acetobacter pertenecientes a la familia Acetobacteriaceae han sido usados desde tiempos históricos para la producción de vinagre. Las cepas Gluconobacter son distinguidas del género Acetobacter y de la mayoría de las especies Gluconacetobacter por su incapacidad para oxidar acetato y lactato a CO2. Mientras que la producción de ácido acético del etanol es eficiente con las cepas Acetobacter, la actividad oxidativa hacia azúcares es más pronunciada en cepas Gluconobacter. En la naturaleza, las bacterias del ácido acético parecen particularmente bien adaptadas a las soluciones azucaradas o alcohólicas. Por lo tanto, los hábitats naturales de las cepas Gluconobacter son flores y frutas. También se encuentran en las bebidas alcohólicas (vinos y cervezas) y bebidas no alcohólicas, donde algunos de ellos causan malos sabores.

Las cepas Gluconobacter son estrictamente aeróbicas, y usan una variedad de azúcares, alcoholes y polioles como sustrato que oxidan incompletamente. Usualmente, ellas crecen en medios que contienen altas cantidades de azúcares o polioles suplementado con extracto de levadura o casitona. Los organismos también se pueden mantener en medios sin aminoácidos utilizando iones de amonio como fuente de nitrógeno. Las características bioquímicas inusuales de las cepas Gluconobacter y sus aplicaciones biotecnológicas serán descritas en esta trabajo.

CARACTERÍSTICAS FENOTÍPICAS GENERALES Y ASPECTOS TAXONÓMICOS

AAB son gram negativos o gram-variables, no forman esporas, elipsoidales con forma de vara puede presentarse individuales, parejas o en cadenas cortas. Pueden ser móviles debido a la presencia de flagelos peritricos o polares. Son positivas a la catalasa y negativa a oxidasa. AAB tiene un metabolismo aerobio obligado, con oxígeno como receptor terminal de electrones. El pH óptimo para el crecimiento es 5-6.5, mientras que pueden crecer a valores más bajos (3-4). Su temperatura óptima varía entre 28 y 30°C, aunque algunas especies se reconocen como termotolerantes. Pueden producir pigmentos y también diferentes tipos de exopolisacáridos. Principales rasgos distintivos de las AAB.

AAB se asignan al orden Rhodospirillales como parte de las Alphaproteobacteria, dentro de la familia Acetobacteraceae. En la actualidad están representados por los siguientes géneros: Acetobacter, Acidomonas, Ameyamaea, Asaia, Gluconacetobacter, Gluconobacter, Granulibacter, Kozakia, Neoasaia, Neokomagataea, Saccharibacter, Swaminathania y Tanticharoenia.

METABOLISMO DE LOS CARBOHIDRATOS

Las bacterias ácido acéticas no son superadas por ningún otro organismo en su habilidad para oxidar incompletamente una gran variedad de carbohidratos, alcoholes y compuestos relacionados. Se ha mostrado que azúcares, alcoholes y polioles son oxidados por dos vías alternativas. Por lo tanto, dos tipos de sistemas enzimáticos capaces de deshidrogenar reacciones son encontrados en estas bacterias. Estos sistemas difieren en su localización y función en la célula. La entonces llamada vía de la oxidación directa involucra la oxidación no fosforilativa de azúcares, polioles, alcoholes alifáticos y cíclicos, englobando a casi la producción cuantitativa de los productos de oxidación. Las reacciones son catalizadas por deshidrogenasas localizadas en la membrana citoplasmática que están unidas a la cadena respiratoria. Sus sitios activos están orientados hacia el periplasma. Así, las sustancias que son usadas como fuentes de energía solo cruzan la membrana exterior. La oxidación de los productos son fácilmente liberados en el medio vía porinas en la membrana externa de las bacterias Gram-negativas. Para el segundo tipo de sistema enzimático, es requerido un consumo del sustrato dentro de la célula. Los sustratos son oxidados por el NAD(P)+-dependiente de enzimas y el intermediarios resultantes son fosforilados, además metabolizada por la vía de las pentosas fosfato.

Se ha demostrado que las deshidrogenasas unidas a la membrana son responsable de la rápida oxidación de sustratos biotecnológicamente importantes. Se cree que el NAD(P)+-dependiente de enzimas participa en la síntesis

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