Estudios fisiológicos, moleculares y funcionales de la producción de ácido gamma aminobutírico (GABA) en Levilactobacillus brevis CRL 2013

Abstract

El ácido gamma-aminobutírico (GABA) es un aminoácido no proteico que actúa como el principal neurotransmisor inhibidor del sistema nervioso central en mamíferos. El GABA como ingrediente alimentario presenta efectos antihipertensivos, antiinflamatorios y antidepresivos. Además, este metabolito contribuye a la señalización del eje microbiota intestino-cerebro. Las bacterias lácticas (BAL) en general, y Levilactobacillus (L.) brevis en particular, constituyen el grupo de microorganismos más competitivo y tecnológicamente relevante utilizado para sintetizar GABA, ya que son microorganismos de grado alimentario y capaces de producir elevados niveles de este compuesto a partir de diversas matrices alimentarias. Teniendo en cuenta que el contenido de GABA en productos alimenticios naturales es muy bajo y que la fermentación microbiana es uno de los métodos más prometedores para producir GABA, se analizó la producción de este metabolito por diferentes cepas de bacterias, seleccionándose a L. brevis CRL 2013 por su capacidad de síntesis de GABA (conversión >95%). Estos niveles de GABA producidos por L. brevis CRL 2013 son uno de los más elevados entre los descriptos para cepas de BAL cultivadas en lote. Por lo tanto, en esta tesis doctoral este microorganismo fue seleccionado y su genoma fue secuenciado y analizado in sílico. El sistema de la glutamato descarboxilasa (GAD) de L. brevis CRL 2013 está constituido por dos genes que codifican para las isoenzimas GadA y GadB, el gen gadC se encuentra corriente arriba de gadA formando un operón gadCA, mientras que gadB se encuentra separado y alejado del mencionado operón. Un gen adicional, gadR, localizado corriente arriba de gadC codifica para un regulador transcripcional putativo de gadCA. El análisis del genoma también permitió dilucidar su potencial metabólico especializado e inferir sus requerimientos nutricionales. Además, se optimizaron los parámetros fermentativos para la producción de GABA en CRL 2013. Se describe, por primera vez, la activación de la producción de GABA en presencia de pentosas en medios suplementados con etanol. De manera complementaria, en esta tesis, se presenta por primera vez el estudio bioinformático exhaustivo con evidencia experimental del ARN no codificante 6S en el orden filogenético Lactobacillales. Se presenta el análisis transcripcional de la expresión de este ARN regulatorio en L. brevis CRL 2013 bajo diferentes condiciones. Asimismo, se estudió la regulación del sistema GAD a través de análisis genómicos, fisiológicos, transcripcionales y proteómicos demostrándose el efecto de diferentes fuentes de carbono y nitrógeno en la producción de GABA. Se diseñó un jugo de frutilla enriquecido en GABA por fermentación con L. brevis CRL 2013. Esta bebida presentó propiedades antiinflamatorias evaluadas mediante ensayos in vitro e in vivo usando un modelo murino de inflamación por activación del Receptor Tipo Toll 4. Los resultados obtenidos en el marco de esta tesis posibilitarían la aplicación de la cepa CRL 2013 como microorganismo inmunobiótico considerando sus propiedades inmunomoduladoras e incentiva el estudio de su potencial psicobiótico basado en su capacidad de síntesis de GABA. Además, presenta un gran potencial tecnológico para la manufactura de alimentos funcionales bio-enriquecidos con GABA.