Arxiu del Bloc

Un nou probiòtic activa la microbiota contra el càncer de fetge

Click here for the english version:  A new probiotic modulates gut microbiota against hepatocellular carcinoma

13 juliol 2016

Els darrers anys s’han anat desvetllant els efectes beneficiosos de la microbiota intestinal humana sobre diversos marcadors de la salut, com la inflamació, la resposta immune, les funcions metabòliques i el pes, així com la importància que tenen aquests bacteris simbiòtics nostres. En relació a la nostra microbiota vegeu per exemple aquests altres posts del meu blog: “Els clostridis bons ens eviten al·lèrgies“, “Bacteris controlant el que mengem” o “Bacteris de la llet materna“.

Al mateix temps s’ha vist que els probiòtics poden ser una bona solució per a moltes malalties amb la microbiota intestinal afectada. Efectivament, s’ha demostrat el paper beneficiós dels probiòtics per tal de reduir la inflamació gastrointestinal i prevenir el càncer colorectal.

Ara bé, recentment s’ha observat que els probiòtics poden tenir efectes beneficiosos en altres parts del cos més enllà del tracte gastrointestinal, en concret amb efectes immunomoduladors sobre un carcinoma hepatocel·lular (CHC). En efecte, investigadors de la Universitat de Hong Kong, juntament amb altres de la Universitat de Finlàndia Oriental, han publicat un estudi (Li et al, PNAS, 2016) en aquest sentit, en el qual han vist reduccions del 40% del pes i mida del tumor CHC del fetge de ratolins als que se’ls havia administrat un nou producte barreja de probiòtics, “Prohep”.

El carcinoma hepatocel·lular (CHC) és el tipus més usual de càncer de fetge, és el 2n càncer més mortal, i força abundant en llocs amb taxes altes d’hepatitis. A més, el fàrmac més utilitzat per reduir la proliferació del tumor, el sorafenib, és caríssim. El cost d’aquest inhibidor multiquinasa és de 3400€, per a les 112 pastilles de 200 mg del tractament recomanat de 4 pastilles al dia durant un mes. En canvi, qualsevol tractament amb probiòtics que s’arribés a demostrar que fos eficaç i pogués substituir aquest fàrmac, seria molt més econòmic.

La nova barreja de probiòtics Prohep està compost per diversos bacteris: Lactobacillus rhamnosus GG (LGG), Escherichia coli Nissle 1917 (EcN), i el conjunt inactivat pel calor VSL#3 (1:1:1), que conté Streptococcus thermophilus, Bifidobacterium breve, Bf. longum, Bf. infantis, Lb. acidophilus, Lb. plantarum, Lb. paracasei, i Lb. delbrueckii.

En el treball esmentat, Li et al. (2016) van alimentar ratolins amb el Prohep durant una setmana abans d’inocular-los un tumor al fetge, i van observar una reducció del 40% del pes i mida del tumor en comparació als animals control. Com veiem a la Figura 1, l’efecte és significatiu als 35 dies, i també per als que se’ls administra el Prohep el mateix dia de la inoculació del tumor. Lògicament, l’efecte de reducció és molt més manifest en administrar un compost antitumoral com Cisplatina.

Aquests investigadors van veure que la reducció del tumor era degut a la inhibició de l’angiogènesi, el procés que fa generar nous vasos sanguinis a partir dels existents, cosa essencial per al creixement tumoral. Relacionat amb la reducció tumoral, van trobar nivells alts del GLUT-1+ hipòxic, o sigui, que al tumor hi havia hipòxia causada pel menor flux sanguini, ja que aquest era un 54% menor, respecte als controls.

 

Fig 1 Li-Fig1B tumor size - days tumor

Figura 1. Variació de mida del tumor. ProPre: administració de Prohep 1 setmana abans d’inoculació del tumor; ProTreat: administració de Prohep el mateix dia d’inoculació del tumor; Cisplatin: administració d’aquest antitumoral. (Fig 1 B de Li et al, 2016).

 

També van determinar que hi havia una menor quantitat del factor angiogènic proinflamatori IL-17 i de les cèl·lules Th17 del sistema immune, que s’associen també al càncer. La menor inflamació i angiogènesi limiten el creixement del tumor.

I a més a més, aquests investigadors van establir que aquests efectes beneficiosos de l’administració dels probiòtics estava relacionats amb l’abundància de bacteris beneficiosos de la microbiota intestinal pròpia dels ratolins, que analitzaren per metagenòmica. O sigui, que els probiòtics modulen la microbiota, afavorint alguns bacteris propis, que són els que produeixen metabòlits antiinflamatoris com la citoquina IL-10 i que suprimeixen la diferenciació de les cèl·lules Th17.

 

Fig 2 gut microbiota Eye of Science

Figura 2. Bacteris de la microbiota intestinal humana al microscopi electrònic de rastreig (SEM) (Imatge colorejada, de Eye of Science / Science Source)

 

Alguns d’aquests bacteris de la microbiota identificats per metagenòmica als ratolins que se’ls havia administrat el Prohep són Prevotella i Oscillibacter. El primer és un bacteri gram-negatiu bacteroidal, que és abundant a la microbiota de nen africans rurals amb dietes riques en carbohidrats. Oscillibacter és un gram-positiu clostridial, que es coneix als humans com a productor del neurotransmissor GABA. Són un exemple més de la importància d’alguns bacteroidals i clostridials en la microbiota intestinal, ja que en són majoria, i malgrat que no són ni molt menys utilitzats com a probiòtics, cada cop se’ls troba més funcions positives, com per exemple evitant al·lèrgies (Els clostridis bons ens eviten al·lèrgies).

Se sap que aquests bacteris produeixen metabòlits antiinflamatoris i per tant serien els principals implicats en regular l’activitat de les cèl·lules immunes que propicien el creixement del tumor. La reducció del tumor observada en aquests experiments amb ratolins seria efecte de l’acció combinada dels mateixos bacteris probiòtics administrats junt amb la microbiota pròpia afavorida per aquests. Veiem un possible esquema d’aquestes accions a la Figura 3.

 

Fig 3 Sung fig 2

Figura 3. Diagrama simplificat dels possibles mecanismes dels bacteris intestinals influint sobre la polarització de les cèl·lules Th17 de la làmina pròpia de la mucosa intestinal. Els bacteris de la microbiota activarien les cèl·lules dendrítiques, les quals segreguen citoquines (IL-22, IL-23, IL-27). Els bacteris poden promoure la immunitat de Th17 induint IL-23, que pot estar involucrada mitjançant la senyal de lligands TLR, o ATP extracel·lular o l’amiloide A sèric (SAA). Mentrestant, algunes soques probiòtiques podrien inhibir el desenvolupament de Th17 per la via de la producció de IL-12 i IL-27, a banda d’afavorir el creixement i colonització dels bacteris propis que indueixen Th17 (Sung et al 2012, Fig. 2).

 

Encara que ja sabem que la progressió dels càncers és un procés molt complex, i que als microambients del tumor hi ha una infiltració de molts diversos tipus de cèl·lules del sistema immunitari com cèl·lules T, neutròfils, cèl·lules killer, macròfags, etc, la subpoblació de cèl·lules helper Th17 sembla que és prevalent en la progressió dels tumors, i per tant, aquests efectes dels probiòtics i la microbiota obren bones perspectives.

Encara és aviat per dir si aquests descobriments contribuiran a un tractament del càncer de fetge humà, i per tant calen investigacions en humans per veure si aquests probiòtics podrien ser utilitzats com a tal o en tàndem amb algun fàrmac, en funció del estadi i mida del tumor. En qualsevol cas, s’obre un nou ventall de possibilitats de recerca dels mecanismes moleculars dels efectes beneficiosos dels probiòtics més enllà del tracte intestinal.

 

Bibliografia

El-Nezami H (2016 april 27) HKU develops novel probiotic mixture “Prohep” that may offer potential therapeutic effects on liver cancer. The University of Hong Kong (HKU) 27 Apr 2016

El-Nezamy H, Lee PY, Huang J, Sung YJ (2015) Method and compositions for treating cancer using probiotics. Patent WO 2015021936 A1

Li J, Sung CYJ, Lee N, Ni Y, Pihlajamäki J, Panagiotou G, El-Nezami H (2016) Probiotics modulated gut microbiota suppresses hepatocellular carcinoma growth in mice. PNAS E1306-E1315

Oelschlaeger TA (2010) Mechanisms of probiotic actions – A review. Int J Med Microbiol 300, 57-62

Packham C (2016) Probiotics dramatically modulate liver cancer growth in mice. Medical Press, Med Research 23 Feb 2016

Silgailis M (2016) Treating some cancers with probiotics in the future ? Probiotic Prohep. Lacto Bacto: Health, Microbes and More 23 Feb 2016

Sung CYJ, Lee NP, El-Nezami H (2012) Regulation of T helper by bacteria: an approach for the treatment of hepatocellular carcinoma. Int J Hepatology ID439024, doi:10.1155/2012/439024

UEF News and Events (2016) A novel probiotic mixture may offer potential therapeutic effects on hepatocellular carcinoma. University of Eastern Finland 1 Mar 2016

 

Els bacteris de la vinya i del “terroir”, i presència d’Oenococcus als raïms del Priorat

Click here for the english version: Bacteria of vineyard and terroir, and presence of Oenococcus in Priorat (South Catalonia) grapes

22 abril 2015 

Els viticultors creuen que la terra en la qual creixen les vinyes dóna una qualitat única als seus vins, i d’això en diuen el terroir, o terrer si ho traduïm al català. Es pot considerar que la resposta fisiològica de les vinyes al tipus de sòl i les condicions climàtiques, juntament amb les característiques de la varietat i la forma de cultiu, donen lloc a unes propietats organolèptiques del vi que defineixen el seu terroir (Zarraonaindia et al 2015). Ara bé, no es coneix gaire si hi podria haver una microbiota específica de cada terroir, ja que aquest tema s’ha estudiat relativament poc.

Els microorganismes vínics als raïms ? Saccharomyces no hi és o no se’l troba

Els principals protagonistes de les fermentacions víniques, la alcohòlica (Saccharomyces cerevisiae) i la malolàctica (Oenococcus oeni) normalment no apareixen fins que el most està fermentant, ja doncs al celler. En condicions normals de raïms sans, pràcticament no es troba S. cerevisiae.

Oenococcus oeni als raïms ? Em sembla que nosaltres l’hem trobat !

En quant a O. oeni, fins ara s’ha publicat molt poc sobre la seva presència i aïllament en els raïms. En diversos treballs, com Sieiro et al (1990), o més recentment Bae et al (2006), ja havien aïllat alguns bacteris làctics de la superfície de raïms, però no O. oeni. Només Garijo et al (2011) van aconseguir aïllar una colònia (una només) d’O. oeni a partir de raïms de la Rioja. D’altra banda, s’ha detectat el DNA d’O. oeni en alguna mostra de raïms de Bordeus (Renouf et al 2005, Renouf et al 2007) per PCR-DGGE del gen rpoB, encara que no van aïllar cap bacteri d’aquesta espècie.

Em plau poder comentar que recentment al nostre grup hem aconseguit aïllar O. oeni dels raïms i tipificar-ne diverses soques, i justament estem elaborant una publicació al respecte (Franquès et al 2015). Efectivament, l’equip de recerca de bacteris làctics BL-URV, junt amb els companys de llevats del mateix grup de Biotecnologia Enològica (Facultat d’Enologia de la Universitat Rovira i Virgili a Tarragona) estem treballant en un projecte europeu, el “Wildwine” (FP7-SME-2012 -315065), que té per objectius analitzar els microorganismes autòctons (d’aquí lo de “wild”) del sistema vitivinícola del Priorat, i seleccionar-ne soques amb potencial enològic. Al projecte també hi participen la DOQ Priorat i el celler Ferrer-Bobet, així com grups de recerca i associacions de cellers de Bordeus, el Piemont i Grècia. En el marc d’aquest projecte vam prendre mostres de raïms (garnatxa i carinyena) de diverses finques del Priorat (Figura 1), així com també de vins realitzant la fermentació malolàctica, i en vam obtenir uns 1900 aïllats de bacteris làctics. Vam optimitzar l’aïllament a partir dels raïms a partir de la polpa i del most amb diversos mètodes d’enriquiment, i així vam obtenir uns 110 aïllats de raïms, identificats com O. oeni per tècniques moleculars específiques. Un cop tipificats, hem comprovat que els seus perfils moleculars no coincideixen amb soques comercials i per tant són autòctones. A més, alguns d’aquests aïllats dels raïms també els hem trobat als vins fets als cellers corresponents.

Fig 1 garna-cari Priorat

Figura 1. Prenent mostres de garnatxa (esquerra) i carinyena (dreta) de finques del Priorat per tal d’aïllar bacteris làctics com Oenococcus (Fotos Albert Bordons).


La microbiota dels raïms

Els raïms tenen una ecologia microbiana complexa que inclou llevats, fongs micelials i bacteris. Alguns només es troben als raïms, com els fongs paràsits i els bacteris ambientals, i altres tenen la capacitat de sobreviure i créixer als vins: sobretot llevats, bacteris làctics i bacteris acètics. La proporció de tots plegats depèn de l’estat de maduració del raïm i de la disponibilitat de nutrients.

Quan els fruits són intactes, la microbiota predominant són els llevats basidiomicets com Cryptococcus i Rhodotorula, però quan són més madurs, comencen a tenir microfisures que faciliten la disponibilitat de nutrients i expliquen la predominança just abans de la verema d’ascomicets lleugerament fermentatius com Candida, Hanseniaspora, Metschnikowia i Pichia. Quan la pell ja està més danyada poden aparèixer llevats perjudicials com Zygosaccharomyces i Torulaspora, i bacteris acètics. Entre els fongs filamentosos poden haver-hi ocasionalment alguns molt perjudicials com Botrytis (la podridura) o Aspergillus productors d’ocratoxina, que encara que només són actius a la vinya, els seus productes poden afectar la qualitat del vi.

D’altra banda, a la superfície dels raïms s’han aïllat bacteris ubics ambientalment com diversos enterobacteris, Bacillus, i estafilococs, però cap d’ells pot créixer al vi (Barata et al 2012).

Tornant a la possible microbiota específica del terroir, s’ha vist que alguns compostos volàtils que contribueixen a l’aroma del vi, com 2-metil-butanoic o 3-metil-butanol, són produïts per microorganismes aïllats a les vinyes, com el bacteri grampositiu Paenibacillus, o el fong basidiomicet Sporobolomyces o l’ascomicet Aureobasidium. Per tant, podria haver una relació entre algunes de les espècies microbianes trobades a la vinya i alguns aromes detectats al vi, procedents del most, és clar (Verginer et al 2010).

La metagenòmica com a eina analítica de la microbiota dels raïms

Donat que els mètodes clàssics d’aïllament i cultiu dels microorganismes són lents, laboriosos i alguns dels microbis no s’aconsegueix fer-los créixer en els medis d’aïllament, actualment es recorre als mètodes de seqüenciació massiva o metagenòmica. Aquests consisteixen en analitzar el DNA present i a partir de les seqüències, deduir amb les bases de dades quins són els microorganismes presents a la mostra. En el cas dels bacteris sovint s’utilitza el DNA amplificat del fragment V4 del gen 16S RNA (Caporaso et al 2012).

S’ha utilitzat en mostres de vins botrititzats (Bokulich et al 2012) i s’han trobat proporcions de diversos bacteris làctics (però no Oenococcus), inclosos alguns no associats normalment a vi. També s’ha utilitzat per veure la microbiota resident als cellers i com canvia segons les estacions, comprovant que a les superfícies dels dipòsits i maquinària del celler hi ha una majoria de microorganismes no relacionats amb el vi ni tampoc perjudicials (Bokulich 2013).

Amb aquesta tècnica Bokulich et al (2014) també han analitzat els raïms i han vist diferències clares entre les proporcions dels diversos grups bacterians (i de fongs) entre diferents llocs, diferents varietats, i també segons les condicions ambientals o biogeogràfiques. Per exemple, en analitzar 273 mostres de mostos de raïms de Califòrnia, les 3 varietats (Cabernet, Chardonnay i Zinfandel) queden bastant discriminades en una anàlisi de components principals respecte a les comunitats bacterianes trobades a cada mostra (Figura 2).

Així doncs, els grups o taxons bacterians dominants en una varietat o ambient determinat podrien aportar unes característiques específiques en aquells vins, i això podria explicar alguns patrons regionals o de terroir en les propietats organolèptiques d’aquests vins (Bokulich et al 2014).

Fig 2 ACP Bokulich 2014

Figura 2. Anàlisi de components principals de les comunitats bacterianes de mostres de mostos de raïms de Sonoma (Califòrnia) de 3 varietats diferents (Cabernet en vermell, Chardonnay en verd i Zinfandel en blau) (Bokulich et al 2014).


Nosaltres també hem realitzat un estudi de seqüenciació massiva amb les mostres de raïms de les quals hem obtingut aïllats d’O. oeni, com he comentat abans (Franquès et al 2015), i en més 600.000 seqüències del rRNA 16S analitzades hem trobat sobretot Proteobacteris i Firmicutes. Entre aquests grampositius, hem trobat seqüències de bacteris làctics (un 15%) i d’aquests hem pogut confirmar amb èxit la presència d’O. oeni en un 5% de les seqüències. Per tant, hem aïllat O. oeni dels raïms i n’hem detectat el seu DNA en força mostres.

La microbiota bacteriana de tota la vinya i del sòl

Com veiem, s’ha estudiat una mica la microbiota dels raïms i dels vins, però molt menys la microbiota dels sòls, la qual pot definir més bé el terroir, que està influït pel clima local i les característiques de la vinya.

Veiem a la Figura 3 un resum dels principals gèneres trobats a les diferents parts de la vinya i al sòl (Gilbert et al 2014).

Fig 3 Gilbert 2014

Figura 3. Principals bacteris i fongs associats als òrgans i sòl de Vitis vinifera (Gilbert et al 2014)


Recentment s’ha publicat un treball interessant (Zarraonaindia et al 2015) sobre aquest tema, amb l’objectiu de veure si el sòl podria ser la principal font de bacteris que colonitzen els raïms. Han agafat mostres de sòl, arrels, fulles, raïms i flors de Merlot, de diferents terrenys i anys, de Suffolk, Nova York, i n’han analitzat el DNA dels bacteris presents mitjançant seqüenciació del 16S rRNA. Han trobat que un 40% de les espècies trobades són presents a totes les mostres de sòls i arrels, mentre que en fulles i fruits hi ha més variabilitat, i a més un 40% de les trobades en fulles i fruits també apareixen a les mostres de sòls. Tot plegat suggereix que molts dels bacteris s’originen al sòl.

En quant als tipus de bacteris presents, com veiem (Figura 4), predominen els Proteobacteris (sobretot Pseudomonas i Methylobacterium), principalment a les parts aèries de la planta. També hi han Firmicutes lògicament, i Acidobacteria i Bacteroides.

Fig 4 microbiota vineyard

Figura 4. Composició de la comunitat bacteriana, a nivell taxonómic de fílum, en mostres de diferents òrgans de la vinya i el seu sòl (Zarraonaindia et al 2015).


Encara que s’observen variacions en totes les mostres en funció de l’any (poden tenir diferents condicions climàtiques) i en funció de factors edàfics diferents (pH, C:N, humitat), com veiem (Figura 5) les anàlisis de components principals demostren que els tipus de mostres (sòl, arrels, fulles, raïms) es diferencien força bé, i mostres de mostos abans de fermentar queden semblants a les de raïms.

Fig 5 distribució grups mostres OTUs

Figura 5. Anàlisi de components principals mostrant les semblances en quant a la composició dels grups taxonòmics presents, entre tots els tipus de mostres, incloent-ne de mostos (Zarraonaindia et al 2015).


Això suggereix que la comunitat bacteriana present als raïms roman relativament estable fins al most, i si més no, més estable que les diferències entre òrgans. Al mateix temps, una part important dels representants dels fílums bacterians dels raïms vindrien del sòl. Això es pot explicar perquè en fer la verema manual els raïms sovint són situats en caixes que es deixen a terra, o bé si es fa verema mecànica, la maquinària utilitzada remou el terra i genera pols, que pot colonitzar els raïms.

Per tant, la microbiota del sòl és una font de bacteris associats a la vinya i pot tenir un paper en el most, i per tant en la vinificació, i potencialment en la formació de les característiques del terroir. Alguns d’aquest bacteris poden tenir papers no coneguts de productivitat o de resistència a malalties de la planta, o contribuir a les característiques organolèptiques del vi (Zarraonaindia et al 2015).

A banda d’això, i pensant en els microorganismes vínics, responsables de les fermentacions, com he comentat, al nostre laboratori hem pogut confirmar que als raïms hi ha algunes soques d’Oenococcus oeni i ho hem corroborat amb la detecció del seu DNA als mateixos raïms.


Bibliografia

Bae S, Fleet GH, Heard GM (2006) Lactic acid bacteria associated with wine grapes from several Australian vineyards. J Appl Microbiol 100, 712-727

Barata A, Malfeito-Ferreira M, Loureiro V (2012) The microbial ecology of wine grapes (Review). Int J Food Microbiol 153, 243-259

Bokulich NA, Joseph CML, Allen G, Benson AK, Mills DA (2012) Next-generation sequencing reveals significant bacterial diversity of botrytized wine. Plos One 7, e36357

Bokulich NA, Ohta M, Richardson PM, Mills DA (2013) Monitoring seasonal changes in winery-resident microbiota. Plos One 8, e66437

Bokulich NA, Thorngate JH, Richardson PM, Mills DA (2014) Microbial biogeography of wine grapes is conditioned by cultivar, vintage, and climate. PNAS nov 25, E139-E148

Caporaso JG, Lauber CL, Walters WA, Berg-Lyons D, Huntley J, Fierer N, Owens SM, Betley J, Fraser L, Bauer M, Gormley N, Gilbert JA, Smith G, Knight R (2012) Ultra-high-throughput microbial community analysis on the Illumina HiSeq and MiSeq platforms. ISME J 6, 1621–1624

Franquès J, Araque I, Portillo C, Reguant C, Bordons A (2015) Presence of autochthonous Oenococcus oeni in grapes and wines of Priorat in South Catalonia. Article en elaboració.

Garijo P, Lçopez R, Santamaría P, Ocón E, Olarte C, Sanz S, Gutiérrez AR (2011) Eur Food Res Technol 233, 359-365

Gilbert JA, van der Lelie D, Zarraonaindia I (2014) Microbial terroir for wine grapes. PNAS 111, 5-6

Renouf V, Claisse O, Lonvaud-Funel A (2005) Understanding the microbial ecosystem on the grape berry surface through numeration and identification of yeast and bacteria. Aust J Grape Wine Res 11, 316-327

Renouf V, Claisse O, Lonvaud-Funel A (2007) Inventory and monitoring of wine microbial consortia. Appl Microbiol Biotechnol 75, 149-164

Sieiro C, Cansado J, Agrelo D, Velázquez JB, Villa TG (1990) Isolation and enological characterization of malolactic bacteria from the vineyards of Northwestern Spain. Appl Environ Microbiol 56, 2936-2938

Verginer M, Leitner E, Berg G (2010) Production pf volatile metabolites by grape-associated microorganisms. J Agric Food Chem 58, 8344-8350

Els bons bacteris de la llet materna

Click here for the english version:  The good bacteria of breast milk

La llet materna, a més de ser molt nutritiva, aporta constituents bioactius que afavoreixen el desenvolupament del sistema immunològic de l’infant i el prevenen de malalties infeccioses. Des d’aquest punt de vista, els compostos materns més coneguts són immunoglobulines, cèl·lules immunocompetents i diversos antimicrobians. També conté substàncies prebiòtiques, o sigui, diverses molècules, com oligosacàrids, que estimulen el creixement específic de determinats bacteris a l’intestí de l’infant.

Tanmateix, uns altres constituents importants de la llet materna insospitats fins fa no gaire anys són els mateixos bacteris. En efecte, la llet no és estèril, conté microorganismes, bàsicament bacteris beneficiosos, que contribueixen a establir la microbiota intestinal del nadó, i que de fet són els primers en establir-s’hi. Encara que les llets artificials maternitzades es formulen per semblar-se al màxim a la llet materna, segueixen sent diferents i no contenen bacteris, i com a conseqüència la microbiota del tracte intestinal dels infants alimentats amb llet materna és diferent dels alimentats amb lllet artificial.

1-BL-mamant

Lactobacils (imatge de AJC1 Flickr) i nadó mamant (© Photos.com)

Precisament fa unes setmanes s’ha publicat un treball (Cabrera-Rubio et al., 2012) al American Journal of Clinical Nutrition que ha tingut força ressó als mitjans, blogs i les xarxes (cliqueu aquí per a un exemple), perquè demostra la gran diversitat de bacteris presents a la llet materna.

Encara que aquest treball fet per investigadors valencians (de l’Institut Cavanilles, Universitat de València, i del CSIC-IATA) juntament amb investigadors finlandesos, no és el primer treball que estudia aquest tema, el treball demostra que els bacteris són de molt diverses espècies.

Una de les novetats d’aquest treball és el mètode utilitzat, aprofitant els darrers avenços de biologia molecular: han estudiat el microbioma de la llet materna, o sigui, l’anàlisi de tots els possibles bacteris presents seqüenciant el DNA, sense fer els aïllaments dels bacteris fets clàssicament. Per fer-ho, a partir de la llet recollida estèrilment, s’extreu tot el DNA i d’aquest s’amplifica per PCR quantitativa el corresponent a fragments del gen bacterià del RNA ribosòmic 16S, i aquests gens amplificats són seqüenciats per piroseqüenciació (454 Roche GS-FLX), la tècnica més novedosa i ràpida de seqüenciació: una máquina d’aquestes permet fer uns 400 milions de parells de bases (pb) de DNA en unes 10 hores. Del gen rRNA de cada possible bacteri se’n seqüencien unes 500 pb. Amb això, en aquest treball han analitzat unes 120.000 seqüències, que corresponen a unes 2600 seqüències per mostra de llet.

Contrastant aquestes seqüències amb les de les bases de dades i aplicant mètodes estadístics es poden treure conclusions de quins grups taxonòmics (gèneres i espècies) bacterians hi són presents i en quina proporció.

2-Cabrera2012 generes bacteris

Gèneres de bacteris predominants en la llet materna (Cabrera-Rubio et al., 2012)

Com veiem a la figura d’aqui dalt, Cabrera et al. han trobat que en la llet de mares sanes els gèneres predominants són Leuconostoc, Weissella, Lactococcus i Staphylococcus, dels quals els 3 primers són bacteris làctics. Encara que aquests són predominants al calostre i a la llet dels primers mesos, després van augmentant altres bacteris com Veillonella o Leptotrichia (bacteris gram-negatius anaeròbics), que són típics comensals de la cavitat oral. En total, han trobat unes 1000 espècies, que varien segons les mares, i sobretot que varien curiosament en funció de si el part fou vaginal o per cesària, i de l’obesitat de la mare. Les raons d’això encara no estan clares.

I d’on venen els bacteris de la llet materna ?

A banda de les identificacions fetes en aquest estudi de Cabrera et al. (2012) en base als DNA presents, fent recompte de viables s’ha vist que el nombre total de bacteris a la llet materna és entre 2·104 i 3·105 per ml (Juan Miguel Rodríguez), o sigui gens menyspreable. Quin és el seu origen ?

L’estudi del microbioma de Cabrera et al. també conclou que la composició dels diferents bacteris presents és quelcom diferent de la d’altres comunitats bacterianes del cos humà (els nínxols bacterians humans: pell, boca, digestiu, vagina etc), i per tant el microbioma de la llet no és un subconjunt concret d’un d’aquests nínxols.

El grup Probilac de de la Universidad Complutense de Madrid, del qual el responsable és en Juan Miguel Rodríguez, amic i company de la Red BAL (Red espanyola de Bacteris Làctics), fa anys que treballen en aquest tema (ex. Martín et al 2003; Martín et al 2004).

Tal com es comenta en una recent revisió publicada d’aquest grup (Fernández et al 2012), els bacteris presents a la llet materna vindrien de 3 possibles fonts (figura d’aquí sota): bacteris de la pell del mateix pit, de la cavitat oral de l’infant, i el més sorprenent, bacteris comensals intestinals de la mare que passen a la llet per la ruta enteromamària.

3-fig Fdez Review

Fonts potencials dels bacteris presents al calostre i la llet humana, incloent el trànsit dels bacteris comensals intestinals a la llet materna per la ruta enteromamària (Fernández et al., 2012). DC: cèl·lules dendrítiques.

Efectivament, diversos estudis ja havien demostrat que cèl·lules dendrítiques atravessen l’epiteli intestinal (entre els enteròcits) i poden agafar bacteris comensals del lumen del digestiu, incorporant-les per endocitosi, però conservant-les vives. Vegeu el detall a l’esquema següent.

4-JM Rodríguez dendritic LAB no lege

Cèl·lula dendrítica capturant un bacteri de l’intestí (Esquema de J.M. Rodríguez, grup Probilac, Univ. Complutense de Madrid).

Aquestes cèl·lules dendrítiques viatgen a través del sistema circulatori, arribant a les glàndules mamàries, on sembla que incorporen els bacteris a la llet. Això és la ruta enteromamària.

En aquesta microbiota mamària també s’incorporarien bacteris de la pell del pit i de la boca de l’infant. Alguns d’aquests bacteris de la cavitat oral de fet estarien relacionats amb els del tracte gastrointestinal de l’infant. Com que els primers bacteris que colonitzen aquest tracte són els de la microbiota vaginal durant el part (i intestinal si es fa per cesària), això explicaria les relacions filogenètiques d’alguns bacteris de la llet amb els d’aquestes microbiotes.

En resum, veiem com els “bons” bacteris (bacteris làctics, però també bifidobacteris, i altres) del digestiu de la mare, per diferents vies, mitjançant la llet, arriben al digestiu de l’infant, desenvolupant-hi la microbiota pròpia, i ajudant a completar el sistema immune neonatal.

Bibliografia

Cabrera-Rubio R, MC Collado, K Laitinen, S Salminen, E Isolauri, A Mira (2012) The human milk microbiome changes over lactation and is shaped by maternal weight and mode of delivery. American J Clinical Nutrition 96, 544–51

Grupo Probilac (Juan Miguel Rodríguez Gómez) Microbiota de la leche humana en condiciones fisiológicas: http://www.ucm.es/info/probilac/microbiota2.htm, Departamento de Nutrición, Bromatología y Tecnología de los Alimentos, Facultad de Veterinaria, Universidad Complutense de Madrid

Fernández L, S Langa, V Martín, A Maldonado, E Jiménez, R Martín, JM Rodríguez (2012) The human milk microbiota: Origin and potential roles in health and disease. Pharmacological Research http://dx.doi.org/10.1016/j.phrs.2012.09.001

Hunt KM JA Foster, LJ Forney, UME Schütte, DL Beck, Z Abdo, LK Fox, JE Williams, MK McGuire, MA McGuire (2011) Characterization of the diversity and temporal stability of bacterial communities in human milk. PLoS ONE 6:e21313.

Martín R, S Langa, C Revriego, E Jiménez, ML Marín, J Xaus, L Fernández, JM Rodríguez (2003) Human milk is a source of lactic acid bacteria for the infant gut. J Ped. 143, 754-758.

Martín R, S Langa, C reviriego, E Jiménez, ML Marín, M Olivares, J Boza, J Jiménez, L fernández, J Xaus, JM Rodríguez (2004) The commensal microflora of human milk: new perspectives for food bacteriotherapy and probiotics. Trends Food Sci Technol 15:121–7.

Altres referències

Adlerberth I (2006) Reduced enterobacterial and increased staphylococcal colonization of the infantile bowel: an effect of hygienic lifestyle. Pediatric Res 59, 96-101.

Albesharata R et al (2011) Phenotypic and genotypic analyses of lactic acid bacteria in local fermented food, breast milk and faeces of mothers and their babies. Syst App Microb 34, 148–155

Domínguez-Bello MG et al (2010) Delivery mode shapes the acquisition and structure of the initial microbiota across multiple body habitats in newborns. Proc Natl Acad Sci USA;107:11971–5.

Huurre A et al (2008) Mode of delivery—effects on gut microbiota and humoral immunity. Neonatology;93:236–40

LeBouder E et al (2006) Modulation of neonatal microbial recognition: TLRmediated innate immune responses are specifically and differentially modulated by human milk. J Immunol;176:3742–52.

Martín R et al (2009) Isolation of bifidobacteria from breast milk and assessment of the bifidobacterial population by PCR-denaturing gradient gel electrophoresis and quantitative real-time PCR. Appl Environ Microbiol 75:965–9.

Pérez PF et al (2007) Bacterial imprinting of the neonatal immune system: lessons from maternal cells? Pediatrics 119: 724–732.

Rescigno M et al (2001) Dendritic cells shuttle microbes across gut epithelial monolayers. Immunobiology 204:572–81.

Stockinger S et al (2001) Establishment of intestinal homeostasis during the neonatal period. Cell Mol Life Sci;68: 3699–712.

Canvi climàtic i vi: finalització del projecte CENIT DEMÉTER

El passat 15 de novembre se celebrà a Madrid, a la seu central del CSIC, la jornada de Clausura del projecte CENIT DEMÉTER sobre la influència del canvi climàtic en la viticultura i enologia, projecte en el qual he tingut el plaer de participar.

Assistents a Jornada Clausura Demeter

Representants d’empreses i dels grups de recerca juntament amb personal del CDTI a la Jornada de Clausura del projecte CENIT DEMÉTER al CSIC de Madrid, 15 novembre 2012. Foto de Procrea.

Efectes del canvi climàtic sobre la viticultura i la vinificació

Malgrat que encara hi ha gent que ho posa en dubte, el canvi climàtic a la Terra és científicament evident. Com veiem a la Figura d’aquí sota, si es consideren els darrers 150 anys, l’augment de la temperatura global ha estat de 0,05ºC cada 10 anys, però si es consideren només els darrers 25 anys, l’augment ha estat de 0,18ºC cada 10 anys: Per tant, la tendència és clara cap a augmentar.

global mean temp

Temperatura mitjana global els darrers 150 anys. Figura adaptada de Robert A. Rohde.

Com és conegut, la causa principal d’aquest escalfament global és la producció per part dels humans de gasos d’efecte hivernacle, sobretot el CO2 i el CH4. En concret, la concentració de CO2 atmosfèric ha passat en 50 anys d’uns 300 a quasi 400 mg/l. Per a més informació vegeu aquesta pàgina: Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC).

Aquest escalfament global es fa patent a Espanya amb una tendència a l’augment de temperatura sobretot els mesos d’estiu, i una menor precipitació acumulada anual (Informe ECCE de J.M. Moreno Rodríguez, UCLM amb el Ministeri de Medi Ambient, 2005).

I això es reflecteix en la vitivinicultura en un avançament de les dates de verema, com veiem en la Figura d’aquí sota amb dades de Sarral, a la Conca de Barberà. Els darrers 30 anys hi ha hagut un augment de més de 3ºC en les temperatures mitjanes d’abril a agost, que és quan s’està fent el raïm, la qual cosa ha comportat un avançament de la verema de pràcticament un mes.

dates verema2

Augment de la Temperatura mitjana d’abril a agost i conseqüent avançament de la verema de Macabeu els darrers anys a la Conca de Barberà. Figura d’Oscar Saladié, URV, 2007.

S’avança la verema perquè els raïms ja són madurs des del punt de vista de màxima producció de sucres que donaran l’etanol amb la fermentació alcohòlica (o sigui la maduresa industrial), però les pells i especialment els pinyols encara són verds en aquest moment, encara no s’ha arribat a la maduresa fenòlica, la qual cosa comporta una major astringència i un caràcter herbaci no agradables al vi final. A més les altes temperatures també fan que l’acidesa sigui menor, i aquests pHs més alts donen lloc a un major risc de microorganismes contaminants (Brettanomyces per exemple) i menor intensitat colorant en vins negres. Un excès d’etanol produït degut a la major quantitat de sucres al raïm també és un problema, per als mateixos microorganismes, llevats i bacteris làctics, que duen a terme la fermentació alcohòlica i malolàctica respectivament. A més, entre altres problemes, els vins amb més alcohol tenen més rebuig per part de molts consumidors, i més taxes en alguns països.

Així doncs, el canvi climàtic comporta un seguit d’efectes negatius a la vitivinicultura i per això es va engegar el projecte CENIT DEMÉTER, per generar coneixements científics i tecnològics que permetessin atenuar aquests efectes.

raim-viDe la vinya al vi. Imatges tretes del vídeo elaborat per Procrea sobre el projecte Deméter.

El projecte CENIT DEMÉTER

El projecte va començar el 2008 amb la formació del consorci DEMÉTER entre 26 empreses (tant cellers com empreses auxiliars) del sector vitivinícola de tot Espanya (7 empreses catalanes, entre les quals Miguel Torres S.A., líder del projecte), juntament amb 29 grups de recerca (12 catalans) d’organismes públics d’investigació, tant d’universitats com de centres tecnològics.

008900mRelació d’empreses participants al projecte DEMÉTER. Imatge treta del vídeo elaborat per Procrea sobre el projecte.

009117mRelació de grups de recerca participants al projecte DEMÉTER. Imatge treta del vídeo elaborat per Procrea sobre el projecte.

El projecte fou finançat pel pla estratègic Ingenio 2010 gestionat pel CDTI dins del programa CENIT, impulsat i desenvolupat el 2006 per l’anterior govern socialista, per tal d’estimular la cooperació publico-privada en recerca industrial, subvencionant projectes consorciats de grans dimensions que tinguessin una planificació científico-tecnològica en àrees estratègiques de cara al futur. Durant els anys de vigència del programa CENIT es van finançar 91 projectes amb un total de 1071 milions €. En el cas del DEMÉTER el pressupost total ha estat d’uns 26 milions € per als 4 anys 2008-2012, amb una subvenció del 46% del CDTI.

009271m

Imatge treta del vídeo elaborat per Procrea sobre el projecte.

L’objectiu del projecte DEMÉTER ha estat realitzar una sèrie de projectes per aconseguir coneixements científics i tecnològics que permetin prendre mesures d’adaptació a les noves condicions produïdes per l’escalfament global i també per tal de contribuir a atenuar-ne les conseqüències, incloent l’estalvi d’aigua i minimitzar la petjada de CO2. El conjunt de projectes ha estat de caire multidisciplinar i interregional a nivel espanyol. El DEMÉTER s’ha estructurat en 7 àrees de la línia troncal, finançada per tot el consorci: Transcriptòmica de Vitis, Viticultura, Llevats, Bacteris Làctics, Anàlisi, Cava i Medi Ambient. I el projecte també ha inclòs tot un seguit de projectes de línies específics de cadascuna d’aquestes àrees, en cadascun dels quals han participat algunes de les empreses interessades conjuntament amb algun dels grups de recerca. Algunes de les noves tecnologies emprades, com entre altres, la transcriptòmica aplicada a la vinya, la metabolòmica de Saccharomyces, o els estudis d’expressió gènica d’Oenococcus, han suposat un salt tecnològic per al sector.

Podeu trobar més informació sobre el projecte a http://www.cenitdemeter.es/ i un bon resum al video (34 minuts) del projecte: http://www.youtube.com/watch?v=nW06e_umjsE&feature=plcp

Resum de resultats del projecte DEMÉTER

Els resultats més rellevants del projecte foren presentats a la Jornada de Clausura del passat 15 de novembre pels investigadors vinculats a la línia troncal del projecte, i a continuació els responsables de les empreses van compartir la seva experiència en el projecte i el més rellevant dels seus resultats específics.

En quant a l’estudi transcriptòmic de la vinya, s’han estudiat 800 gens associats a la maduració de les varietats Ull-de-llebre, Albariño i Verdejo, representatives de diferents climes (mediterrani, atlàntic i continental), en hivernacle, a dos temperatures i dos règims hídrics diferents, regant o no. S’ha vist que un augment de 3ºC fa augmentar sobretot l’expressió de gens de la síntesi de precursors de terpens, i en canvi s’ha observat una menor expressió dels transportadors d’antocians, que pot donar lloc a una reducció del color.

Els estudis de viticultura han confirmat que l’aplicació del reg és molt important com a atenuant dels efectes negatius de l’augment de temperatura, i sobretot s’ha estudiat quin és el moment òptim d’inici del reg. S’han realitzat treballs de viticultura de precisió, amb la posta a punt de tècniques d’imatges multiespectrals i sensors per tal de gestionar millor el tractament de les vinyes i la seva classificació de cara a la verema.

En el treball amb llevats s’ha desenvolupat un model metabòlic en cultiu continu per simular diferents moments de la fermentació alcohòlica, la qual cosa ha permès estudiar els diferents aspectes del procès fermentatiu que poden ser alterats pel canvi climàtic. També s’han desenvolupat marcadors bioquímics i moleculars de Saccharomyces indicadors de carències de nitrogen durant la fermentació alcohòlica.

Els resultats de la línia de bacteris làctics en la que hem treballat nosaltres els comento a l’apartat següent.

En aspectes analítics cal senyalar que s’ha aprofondit en el coneixement de l’evolució dels polifenols al llarg de la maduració i s’ha desenvolupat un prototipus per a mesurar aquest paràmetre als cellers. També s’han desenvolupat sistemes ràpids de mesura de Brettanomyces i sondes específiques per a bacteris làctics i acètics, que poden ser aplicats en el control de l’embotellat.

Per al procés del cava s’han desenvolupat metodologies d’anàlisi per millorar la qualitat de l’espuma, com la determinació de polisacàrids per HPLC d’exclusió. S’ha constatat que l’acidesa és un paràmetre clau de qualitat per al cava, amb la qual cosa cal optar per a l’avançament de la verema. Podeu veure una explicació dels efectes del canvi climàtic en el cas del cava i les possibles solucions per part del professor Fernando Zamora (URV) en aquest video: http://www.youtube.com/watch?v=Vz87Ynwt5nw

Finalment, dins les línies de medi ambient s’han realitzat estudis de reutilització d’aigües mitjançant bioreactors de membrana, i els treballs del sector del suro català sobre el cicle de vida dels productes han permès identificar els punts crítics de contaminació ambiental, per tal de corregir-los.

A més de l’ avenç tecnològic en la millora del sector vinícola espanyol que suposen tots aquests resultats, aquests 4 anys d’estudis compartits han estat un clar referent de col.laboració interempresarial i amb els centres de recerca. Les aliances establertes ja estan generant noves línies de recerca que donaran continuïtat a aquest projecte.

La nostra línia de Bacteris Làctics al projecte DEMÉTER

El nostre grupet (Bacteris Làctics, URV, Facultat d’Enologia de Tarragona) hem tingut l’oportunitat de participar aquests darrers 4 anys en la línia troncal del CENIT-DEMÈTER. Hi hem treballat 3 professors del Departament de Bioquímica i Biotecnologia (Cristina Reguant, Nicolas Rozès i jo mateix) junt amb una postdoc (Isabel Araque), una doctoranda que està acabant la tesi en aquest projecte (Meritxell Bordas) i dos estudiants de Màster (Joan Oriol Alegret i Paloma Toraño).

4fotosBLFragment del vídeo elaborat per Procrea amb la part de la nostra línia de bacteris làctics, cliqueu aquí: https://www.youtube.com/watch?v=WpdUgr7vN38&feature=g-upl

 

En la línia del que es comenta al video, els resultats més importants que hem obtingut són per un costat que hem seleccionat 2 soques de Oenococcus oeni (el bacteri que fa la fermentació malolàctica del vi), que tenen una alta tolerància a l’etanol, i per tant són soques candidates per ser estàrters de fermentació.

Per un altre costat, hem comparat aquestes soques tolerants amb altres que no ho són, analitzant quins són els gens clau que s’expressen més en les soques tolerants. Això ho hem fet tant quantificant els RNA de diversos gens concrets, així com realitzant transcriptòmica de tots els gens d’aquest bacteri mitjançant microxips, i hem vist que alguns gens relacionats amb la utilització del citrat i altres gens d’estrès són clau per a la tolerància a l’etanol.

Aquests resultats són útils per a quan es fa selecció de cultius utilitzables per inocular vins amb alta graduació alcohòlica, i per entendre millor com s’adapten els bacteris en funció de les condicions canviants del vi, i per obtenir característiques organolèptiques d’una òptima qualitat.

vinya-clima-microorg-viLa vinya, el canvi climàtic, els microorganismes que el fan i el producte biotecnològic final: el vi

No sé ni cómo te atreves

Fotografía y esas pequeñas cosas de cada día

Pols d'estels

El bloc d'Enric Marco

Life Secrets

For my students

All you need is Biology

Blog professional sobre Biologia · Blog profesional sobre Biología · A professional blog about Biology

Rambles of a PA student

Caffeinated forays into biological imaginings.

Horitzons llunyans

Mirades distants

#4wine

Los vinos son pequeñas historias dentro de una botella y nosotras queremos contarte las nuestras

Vi·moments·persones

Un maridatge a tres bandes

SciLogs: Artificial, naturalmente

Coses interessants de ciències de la vida i de la natura, i altres no tan "Bios"

microBIO

Coses interessants de ciències de la vida i de la natura, i altres no tan "Bios"

RealClimate

Coses interessants de ciències de la vida i de la natura, i altres no tan "Bios"

Què Qui Com

Coses interessants de ciències de la vida i de la natura, i altres no tan "Bios"

Dionís de viatge a Ítaca

Experiències enoturístiques

%d bloggers like this: