os alimentos probióticos son un tipo de alimentos cuyo proceso de fabricación está dominado por uno o varios tipos de microorganismos vivos que pueden llegar a colonizar la microbiota del intestino, pudiendo colonizar el mismo y aportar efectos beneficiosos para el huésped que los ingiere. Los ejemplos más evidentes son los quesos, yogures, encurtidos, cuyos microorganismos que están involucrados en su proceso de producción (las bacterias lácticas), pueden llegar a colonizar el intestino del que lo ingiere, pudiendo desplazar la microbiota del intestino y mejorando el funcionamiento del mismo. Pero ese desplazamiento de la microbiota acarrea muchas más interacciones que no se tienen tanto en cuenta y que de verdad pueden influir en el comportamiento y la salud del ser humano.

Ilustración de Betty Bau

Influencia de las aminas biógenas en los seres vivos

Las aminas biógenas son compuestos producidos por seres vivos a partir de aminoácidos. Estos compuestos suelen producirse como neurotransmisores o moduladores de respuesta, como serotonina (5-hidroxitriptamina (5-HT)) o histamina (4-(2-aminoetil)-1,3-diazol); o bien obtenerse como producto a partir de la descarboxilación de aminoácidos para favorecer el crecimiento de microorganismos en condiciones de estrés, como es el caso de producción de histamina en vino por parte de géneros como Pediococcus o Oenococcus. Pero, en animales, el empleo de estas moléculas como neurotransmisores causa un nuevo eje de estudio, ya que la interacción entre bacterias que produzcan estas sustancias y su posible modulación en el proceso fisiológico del animal podría condicionar las respuestas del mismo¹. Por tanto, ¿estos procesos podrían llegar a influir en nuestro comportamiento?

La presencia de bacterias lácticas está bastante extendida en el mundo animal y vegetal. En el mundo animal, la presencia de bacterias lácticas en el tracto digestivo es primordial para poder realizar la digestión y extraer mejor los nutrientes de los alimentos. Así mismo, la relación simbiótica que existe entre la flora intestinal de los animales y los propios animales hace que se produzcan determinados nutrientes que sin esas mismas bacterias no se podrían conseguir, como la producción de vitamina B12². Así mismo, estas relaciones interespecíficas entre flora bacteriana-animal también se ven influidas por las mismas relaciones interespecíficas e intraespecíficas que tienen entre las mismas bacterias que forman la flora bacteriana (fenómenos de quorum sensing, en los que a partir de cierta concentración umbral de determinada molécula, comienzan a producir un determinado compuesto como señal al resto de colonias)^3,4. Así mismo, en el mundo vegetal también se encuentran las bacterias lácticas, sobre todo en la superficie de las flores y frutos. La presencia de dichos microorganismos viene determinada por la coevolución animal-planta de manera principal y el fenómeno de zoogamia o polinización por animales, en la que las plantas desarrollan estructuras atrayentes para animales como flores vistosas para que acudan a ellas y se impregnen del polen que contienen, o producción de frutos dulces con los que el animal se puede alimentar. El contacto del abdomen del animal con la superficie de la planta provocaría la transmisión de dichos microorganismos a la planta, lo que implicaría la presencia de dichas bacterias en la superficie del fruto, como en el caso de levaduras en el viñedo gracias a individuos de la familia Hymenopterae como Bracon hebetor o dípteros como Drosophila melanogaster⁵.

Pero, ¿tienen este tipo de microorganismos influencia sobre el comportamiento animal? Por ejemplo, en abejas, uno de los insectos cuya sociedad se constituye en castas (insecto eusocial), ciertos compuestos producidos por la flora bacteriana pueden llegar a servir como señal en el proceso de comunicación boca-ano llevado a cabo por dichos insectos, actuando como feromonas de alerta en caso de peligro externo en la colmena³. En el ser humano también influye en el comportamiento. La flora bacteriana, con alta presencia de bacterias lácticas, también produce compuestos como GABA (ácido ϒ-aminobutírico) o histamina, que pasan al suero sanguíneo por absorción intestinal llegando a causar efectos como dolores de cabeza, migrañas o malestar. Esto puede derivar en comportamientos más agresivos, dependiendo del establecimiento de la flora bacteriana, la cual también sirve como inmunomodulador (mantiene alerta al sistema inmune en el intestino, ayudando a reconocer mejor los antígenos y evitando alergias).

Probióticos y bacterias lácticas: el caso del vino

Pero, atendiendo más a un aspecto biotecnológico, la formación de aminas biógenas por parte de estas bacterias puede ser también, aparte de una herramienta útil a conocer para evitar su formación en probióticos, una herramienta también útil a la hora de formar determinados compuestos.

En el caso de la selección de probióticos con características dirigidas a la reducción de formación de estos compuestos, destaca no sólo la acción de estos microorganismos sobre la formación de estos compuestos, sino también la utilización de diferentes cepas para la instauración de dichos microorganismos en la flora bacteriana del intestino⁶. Por ejemplo, en la elaboración de yogures, donde se ingiere el cultivo vivo, se busca una cepa que, además de no producir estos compuestos en el yogur, tampoco sea capaz de producir esos compuestos si llega a instaurarse entre la población de bacterias intestinales.

En el caso del vino, las bacterias lácticas predominantes en la fermentación maloláctica son de la especie Oenococcus oeni, pero también aparecen especies como Lactobacillus plantarum o especies de Pediococcus spp..⁷ La prevención de cara a la producción de estos compuestos se realiza en vistas a la fermentación maloláctica en el vino, donde estas bacterias pueden llegar a producir aminas biógenas como histamina, putrescina o tiramina a partir de la descarboxilación de aminoácidos como histidina, ornitina o tirosina, respectivamente. Estos compuestos, además de producir malos olores, como en el caso de la putrescina, pueden llegar a producir efectos más perjudiciales para el individuo que ingiere el alimento, como la histamina, neurotransmisor implicado también en la modulación del flujo sanguíneo, actuando como vasodilatador en los tejidos y órganos e implicado directamente en la respuesta a procesos alérgicos. Así mismo, estas bacterias lácticas pueden instaurarse en el intestino del que ingiere el alimento de la misma manera que pasaría con el yogur, pudiendo realizar funciones de inmunomodulación o incluso producción de sustancias, desplazando a otras bacterias predominantes y formando su propio nicho en el intestino⁷. Por tanto, el seguimiento de la producción de estas sustancias debe ser exhaustivo, porque no sólo se pueden producir en el producto, sino también pueden influir en el individuo tras haber ingerido el vino, pudiendo influir tanto en la salud del individuo a corto plazo por la ingesta de la molécula, como por la misma producción de la misma en su interior. Pero, ¿puede llegar a tener algún efecto beneficioso este tipo de producción de aminas biógenas?

Influencia de aminas biógenas en el cuerpo humano

Las aminas biógenas cumplen un papel crucial, sin embargo, en el cuerpo humano. Su papel como neurotransmisores en el cerebro, así como regulación en procesos del sueño o estados de ánimo del individuo hace que este tipo de moléculas sean tan importantes a la hora del control de calidad del producto. Derivados aminoacídicos producidos por las bacterias lácticas como la histamina o triptamina están implicados directa e indirectamente en la química cerebral. La histamina, en su rol de neurotransmisor, se ve implicado, entre otros muchos papeles, en la regulación del sueño, en el que la variación de concentración de neurotransmisor en las neuronas histaminérgicas puede causar desórdenes en el descanso del individuo⁸. Así mismo, la histidina tiene doble rol como modulador del flujo sanguíneo como vasodilatador, formando parte como mediador en procesos de reacciones alérgicas, así como en procesos como defensa del organismo frente a patógenos por parte de los mastocitos, que liberan, entre otras moléculas, histamina.

Así mismo, la serotonina (5-Hidroxitriptamina), cuyo precursor es la triptamina, producida por bacterias lácticas, tiene funciones, en cierto modo, antagónicas, tanto en el sistema nervioso como en la modulación de la función circulatoria, actuando como vasoconstrictor. Neurotransmisor relacionado con la felicidad, esta molécula está implicada desde los estados de ánimo hasta la regulación del proceso del sueño⁸. Esta molécula también está relacionada con la modulación de la función circulatoria, ejerciendo de vasoconstrictor en áreas cerebrales. Ambas moléculas, serotonina e histamina, son degradadas en el hígado y en las neuronas por las enzimas monoaminooxidasa (MAO) y diaminooxidasa (DAO), las cuales se pueden ver influidas por la acción de etanol o de antidepresivos Inhibidores de la Mono Amino Oxidasa (IMAO), basados en una inhibición de la enzima para aumentar la cantidad de neurotransmisor y aumentar la sensación de felicidad^8,9.

Hemarajata, P. & Versalovic, J. Effects of probiotics on gut microbiota: mechanisms of intestinal immunomodulation and neuromodulation. Therap. Adv. Gastroenterol. 6, 39–51 (2013).

La producción de estas moléculas a partir de bacterias lácticas en el vino produce, en el ser humano, distintas reacciones según el tipo de molécula. Atendiendo a la matriz del vino, posee, entre otros muchos componentes, etanol, en una proporción de un 10-13 % v/v. Si a esto le sumamos la presencia de histamina en mayor cantidad que triptamina, la absorción de esta molécula se producirá de manera directa en el intestino. El mal procesamiento por parte del hígado de esta molécula al haber presencia de etanol en el vino producirá una incorporación directa en la sangre, que llevará la molécula al resto del cuerpo⁹. El aumento de concentración de esta molécula en sangre producirá en la cabeza una vasodilatación de los vasos sanguíneos del encéfalo, lo que aumentará la presión sanguínea del encéfalo, produciendo dolor de cabeza, migrañas y malestar⁹, así como una alteración en los ciclos del sueño, debido a la función reguladora del sueño en el encéfalo.

Ilustración de Betty Bau

Por otro lado, la presencia de triptamina en vino produciría el efecto contrario. Su incorporación en el organismo y su hidroxilación para la formación de serotonina (5-HT) por parte de la microbiota del intestino se puede incorporar también directamente en el intestino¹⁰. Dada la anterior inhibición explicada de la enzima MAO, la serotonina puede incorporarse al organismo por el torrente sanguíneo y llegar al encéfalo, produciendo el efecto contrario a la histamina. El efecto modulador de la serotonina sobre el sistema circulatorio reduce la presión sanguínea en el cerebro, disminuyendo el riesgo de dolor de cabeza y migrañas, pudiendo actuar con un doble rol de neurotransmisor, actuando también como influyente en el estado de ánimo del individuo, pudiendo aumentar su grado de felicidad^8–10.

Hemarajata, P. & Versalovic, J. Effects of probiotics on gut microbiota: mechanisms of intestinal immunomodulation and neuromodulation. Therap. Adv. Gastroenterol. 6, 39–51 (2013)

Aminas biógenas y bacterias lácticas: ¿Defecto o utilidad?

Vista toda la producción de aminas biógenas por parte de bacterias lácticas, el rol que juegan en los seres vivos y los mecanismos fisiológicos que derivan de la acción de dichas moléculas sobre el organismo, cabe preguntarse cuáles serán sus posibles aplicaciones biotecnológicas de cara a una mejora del producto.

Si bien es cierto que la descarboxilación por parte de las bacterias lácticas de aminoácidos como histidina o tirosina producen histamina o tiramina, también cabe destacar los distintos usos que se le pueden dar tanto a la reducción de producción de estas sustancias como parte del control de calidad del producto, como a los nuevos retos que se plantean a la hora de cambiar la composición de dichas aminas en el vino o incluso de eliminarlas a partir de selección de diferentes cultivos de bacterias lácticas capaces de degradar estos compuestos¹¹.

El uso de Oenococcus oeni por parte del enólogo para la realización de la fermentación maloláctica se ve influida por la producción de aminas biógenas por parte de bacterias lácticas. Sustancias como la histidina, procedente de la histamina, contienen grupos aromáticos, fácilmente detectables de manera rápida, económica y sensible por espectroscopía de fluorescencia de excitación-emisión, utilizada para detección de pesticidas a partir de la respuesta al estrés por variación de estos neurotransmisores en encéfalos de abejas^12,13. Desde el punto de vista del control de la calidad, una detección rápida de una cantidad elevada de histidina podría ayudar, por un lado, al enólogo, a detectar posibles defectos en el vino que podrían devaluar el producto. Seguidamente, este tipo de tecnología podría desarrollar un nuevo tipo de seguimiento de fermentaciones, ya que la formación de histidina está relacionada con el consumo de nutrientes del medio, de manera que una detección fiable de la producción de histidina ayudaría también a una parada de la fermentación maloláctica por sulfitado, evitando pérdidas. Por ello, la producción de histidina puede ser un defecto para la industria vínica, pero también un indicador de fermentación maloláctica fiable, para poder realizar un seguimiento de las fermentaciones más certero. Además, el desarrollo de esta metodología de análisis abre una nueva ventana hacia nuevos métodos de detección no invasivos e in situ, pudiendo detectar desde el principio la producción de aminas biógenas sin necesidad de perder tiempo.

Por otro lado, y utilizando las rutas fisiológicas descritas anteriormente, la concentración de estas aminas biógenas en vino también puede utilizarse para el condicionamiento de nuevos comportamientos de cara a la compra de nuestro producto. Es decir, una producción de histamina elevada podrá producir en el consumidor mayor probabilidad de dolor de cabeza cuando ingiera el producto, mientras que una producción de triptamina producirá el efecto contrario. La combinación de ambas a partir de una modulación de la producción de aminas biógenas en la cepa de Oenococcus oeni produciría un nuevo campo de estudio a partir de los beneficios que puede aportar la ingesta de este tipo de moléculas a partir de alimentos probióticos. Si ya en el yogur o queso se realizan este tipo de experimentos, pudiendo observarse un efecto beneficioso en el individuo, en el vino también se pueden llegar a producir dichos efectos a la hora de la producción de histamina o triptamina.

Por ello, la selección y evolución dirigida de cepas hacia la producción de estos compuestos en mayor o menor medida, según el deseo que se quiera obtener, es otro efecto a tener en cuenta. Además, el desarrollo de nuevas cepas dirigidas hacia este tipo de producciones ayudaría a la producción de nuevas cepas domesticadas, es decir, dependientes del ser humano para sobrevivir, haciendo de Oenococcus oeni un organismo más controlable para la biotecnología microbiana.

Ilustración Betty Bau

Así mismo, otro eje o enfoque a destacar sería el desarrollo de cultivos mixtos en los que se establezcan cepas de Oenococcus oeni y Lactobacillus plantarum. En varios estudios se ha visto que ambas pueden llegar a coexistir en los primeros estadíos de la fermentación maloláctica, aunque se imponga finalmente Oenococcus oeni como la especie predominante en la misma. El tema a tratar es la capacidad de degradación de aminas biógenas por parte de Lactobacillus plantarum en vino¹¹. Esta capacidad, combinada con las propiedades de Oenococcus oeni a la hora de realizar la fermentación maloláctica, es una propiedad bastante interesante a tener en cuenta debido a que reduciría la presencia de estos compuestos en el vino, ayudando a mejorar la calidad del vino y reduciendo riesgos sanitarios.

Por el contrario, el establecimiento de cultivos iniciadores mixtos de ambas bacterias presenta problemas, sobre todo a la hora de la imposición de especies predominantes sobre el cultivo de vino, ya que Oenococcus oeni imperaría en el cultivo, quedando totalmente reducida la población de Lactobacillus plantarum a un número mucho más pequeño. Esto hace que la actividad degradativa de Lactobacillus plantarum sobre las aminas biógenas llegue a ser reducida, debido a que su producción se vería aumentada sobre todo en el período de escasez de nutrientes, donde la población de Lactobacillus plantarum se vería reducida. Por tanto, el establecimiento de dichos cultivos sería una posible solución al defecto, pero también sería un posible beneficio a la hora del desarrollo de nuevos cultivos que aportarían también nuevos matices al utilizar un cultivo mixto de bacterias lácticas.

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