Metagenómica, la microbiología del futuro

En los últimos años la metagenómica ha revolucionado la microbiología tradicional. La principal ventaja que nos ofrece el análisis metagenómico 16S es que nos permite identificar, en su totalidad, los microorganismos presentes en cualquier muestra ambiental. Los resultados del análisis metagenómico permiten obtener una gran cantidad de datos a partir de una sola muestra, identificando también aquellos microorganismos que no pueden ser aislados por cultivo en placa, como los viables no cultivables. Además, se obtiene una identificación precisa de los microorganismos presentes en cada muestra, a todos los niveles taxonómicos: Filo, Clase, Orden, Familia, Género y Especie, acompañados en cada caso de su abundancia relativa.
Este tipo de análisis abre la puerta a un gran abanico de posibilidades que incluyen la identificación de microorganismos causantes de alteraciones en los alimentos, el estudio de las relaciones entre la presencia de determinados microorganismos y la vida útil de los alimentos, la caracterización microbiana de procesos productivos o el estudio del impacto de los procesos habituales de higiene en la ecología microbiana de las plantas de producción de alimentos.

La caracterización de la ecología microbiana de un proceso productivo en una industria alimentaria nos aporta muchísima información que puede ser muy útil, ya que nos permite conocer en profundidad todos los microorganismos que se encuentran en cada uno de los puntos de procesado del producto, para así poder detectar la presencia de microorganismos patógenos y/o alterantes, además de microorganismos con capacidad para formar biofilms o formas de resistencia, así como asociaciones entre microorganismos.
Con este tipo de análisis podemos, además, comparar la ecología microbiana de diferentes industrias de producción de alimentos. En este sentido, el análisis metagenómico 16S nos ha permitido caracterizar microbiológicamente diferentes procesos productivos en distintas industrias alimentarias, concretamente una industria pesquera y una industria de vegetales congelados.
En el caso de la industria pesquera, los resultados de metagenómica han permitido identificar un gran número de microorganismos diferentes, hasta 1.808 especies bacterianas, tal y como se observa en la Tabla 1.

Tabla 1. Número de microorganismos identificados en cada nivel taxonómico en industria pesquera.

Estos datos se corresponden, concretamente, con los procesos productivos de salmón y atún. En las Figuras 1 y 2 se especifican con detalle los 10 géneros bacterianos mayoritarios en cada uno de los puntos muestreados, así como su abundancia relativa.

Figura 1. Principales géneros microbianos presentes en el proceso de producción de atún.

Tal y como se puede observar en las Figuras 1 y 2, uno de los géneros bacterianos mayoritarios a lo largo de todo el proceso de elaboración tanto del atún como del salmón es Pseudomonas spp. Las bacterias pertenecientes a este género son Gram-negativas, ubicuas, que se establecen con facilidad en ambientes húmedos y pueden ser persistentes en ambientes de procesado de alimentos (Palleroni, 2015). Su persistencia se ve favorecida por sus bajos requerimientos de crecimiento, así como por su capacidad de crecer a bajas temperaturas o de formar biofilms, lo que les permite protegerse de los agentes biocidas, aumentando su tolerancia a los mismos (Moretro y Langsrud, 2017).

Asimismo, cabe destacar la presencia de otros géneros bacterianos como Stenotrophomonas spp., Vagococcus spp. o Enterobacter spp. El género Stenotrophomonas spp. está formado por bacterias Gram-negativas, que se pueden aislar de todo tipo de ambientes. Poseen pili o fimbrias, que están implicadas tanto en su adhesión a las superficies como en la formación de biofilms. Por su parte, el género Vagococcus spp. está formado por bacterias Gram-positivas, anaerobias facultativas, que poseen flagelos peritricos y se aíslan normalmente del agua o de peces salmónidos. Finalmente, las bacterias del género Enterobacter spp. son Gram-negativas, anaerobias facultativas y presentan flagelos peritricos. Se pueden encontrar en gran variedad de ambientes como agua, suelo o aguas residuales.

Figura 2.Principales géneros microbianos presentes en el proceso de producción de salmón.

Respecto a los resultados metagenómicos obtenidos en la industria de vegetales congelados, tal y como se puede apreciar en la Tabla 2, se han identificado un total de 2.367 especies bacterianas. En la Figura 3 se detallan los 10 géneros bacterianos con una mayor abundancia relativa en cada uno de los puntos muestreados.

Tabla 2. Número de microorganismos identificados en cada nivel taxonómico en la industria de vegetales congelados.

En el proceso productivo de vegetales congelados cabe destacar la presencia, en todos los puntos muestreados, del género bacteriano Calothrix spp. Las bacterias que conforman este género son cianobacterias, que pueden ser aisladas de gran variedad de ambientes terrestres y de agua dulce. Además, presentan la capacidad de formar biofilms, en los cuales se pueden encontrar, junto a otras cianobacterias, en ambientes muy diversos tales como el suelo, plantas, cuevas o glaciares (Rippka et al., 2015; Bharti et al., 2017).

Además, los géneros bacterianos Weissella spp., Prevotella spp. y Rickettsia spp. presentan valores destacados de abundancia relativa a lo largo de todo el proceso productivo. Concretamente, Weissella spp. es un género de bacterias Gram-positivas, anaerobias facultativas, con un metabolismo fermentativo obligado, que pueden aislarse de una amplia variedad de ambientes, como por ejemplo, plantas y vegetales, piel, leche o heces de animales, así como diferentes productos fermentados. Rickettsia spp. es un género constituido por bacterias Gram-negativas, que suelen tener como vía de transmisión los animales artrópodos. Por último, el género bacteriano Prevotella spp. está formado por bacterias Gram-negativas, anaeróbicas y con capacidad de formar biofilms.

Figura 3. Principales géneros microbianos presentes en el proceso de producción de vegetales congelados.

Finalmente, el estudio pormenorizado de los resultados obtenidos por análisis metagenómico nos permite concluir que existen géneros bacterianos presentes en todos los puntos de muestreo a lo largo de los procesos productivos estudiados. Estos géneros, Pseudomonas spp. en el caso de la industria pesquera y Calothrix spp. en el caso de la industria de vegetales congelados, presentan a su vez capacidad de formar biofilms. Por lo tanto, estos géneros bacterianos podrían estar de forma persistente a lo largo de todo el proceso productivo en forma de biofilms y favorecer, además, la adhesión a este biofilm del resto de géneros bacterianos identificados o incluso de bacterias patógenas y/o alterantes procedentes de la materia prima o del ambiente, dando lugar a biofilms multiespecie.

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Referencias

Bharti, A., Velmourougane, K., Prasanna, R. (2017). Phototrophic biofilms: diversity, ecology and applications. Journal of applied Phycology. DOI 10.1007/s10811-017-1172-9.

Moretro, T., Langsrud, S. (2017). Residential Bacteria on Surfaces in the Food Industry and Their Implications for Food Safety and Quality. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety, 16.

Palleroni, N.J. (2015). Pseudomonas. Bergey’s Manual of Systematics of Archaea and Bacteria. DOI: 10.1002/9781118960608.gbm01210.

Rippka, R., Castenholz, R.W., Herdman, M. (2015). Form-Calothrix. Bergey’s Manual of Systematics of Archaea and Bacteria. DOI: 10.1002/9781118960608.gbm00462.

*Este estudio científico ha sido presentado esta misma semana en el V Congreso Internacional de Calidad y Seguridad alimentaria, organizado por ACOFESAL celebrado en Barcelona del 19 al 21 de junio de 2019.