Avances en la caracterización de bacterias productoras de GABA, el aminoácido que hace los lácteos más saludables

Los alimentos funcionales son aquellos que, además de los beneficios nutritivos, proporcionan otros que contribuyen al mantenimiento o mejora de la salud.  

La funcionalidad de estos alimentos se puede alcanzar de diversas formas. Las más típicas comprenden: 

• La eliminación de uno o más compuestos perjudiciales presentes de forma natural en el alimento.  
• El incremento en la concentración o la biodisponibilidad de los componentes beneficiosos.
• La adición de un compuesto saludable que no está presente en el alimento o lo está en muy baja concentración.  

Los productos lácteos constituyen uno de los grupos de alimentos con más atribuciones funcionales. Así, en el mercado disponemos de leches desnatadas, sin lactosa, enriquecidas en componentes bioactivos (vitaminas, calcio, esteroles vegetales, probióticos), etc. Por el momento, en Europa no hay una definición legal de 'alimento funcional'. 

Sin embargo, el concepto ya está firmemente instalado en los mercados, de manera que el consumidor acepta y busca alimentos con estas propiedades. De forma reciente, algunos países (Italia, Dinamarca, República Checa) han autorizado el término probiótico, al que, tal vez en un futuro próximo, pueda seguir la aceptación de otras funcionalidades.  

Figura 1. Los productos lácteos constituyen uno de los grupos de alimentos con más atribuciones funcionales.

También se de un buen número de productos lácteos fermentados en los que los beneficios en la salud están promovidos por la actividad biológica de los microorganismos que participan en la fermentación. Para este propósito se requiere de la selección de cultivos con propiedades funcionales específicas que permitan el desarrollo de productos lácteos con características mejoradas o nuevas.  

El ácido gamma-aminobutírico (GABA) 

El GABA es un aminoácido no proteico ampliamente distribuido en animales y plantas que se sintetiza a partir del ácido glutámico por la enzima glutamato descarboxilasa (GAD), utilizando fosfato de piridoxal (vitamina B6) como cofactor. El GABA actúa como uno de los neurotransmisores principales en el sistema nervioso central de los mamíferos. La ingesta de GABA disminuye la presión arterial, reduce el estrés psicológico y se comporta como un tranquilizante. Además, el GABA modula la función renal, lo que contribuye a reducir la hipertensión. Por todo ello, el GABA se considera un compuesto funcional.  

Debido a sus múltiples efectos beneficiosos sobre la salud, la industria alimentaria en general está muy interesada en la producción de alimentos enriquecidos con GABA. En Japón y en otros países asiáticos existen ya numerosos suplementos de GABA comerciales y muchos productos alimenticios suplementados con este compuesto. Entre estos que podemos mencionar bebidas de té verde, bebidas de tempeh fermentadas, leche y leche fermentadas. Con estos alimentos enriquecidos, se ha demostrado una reducción de la presión arterial en animales de experimentación. 

Figura 2.- La industria alimentaria está muy interesada en la producción de alimentos enriquecidos con GABA, como por ejemplo el té verde.

GABA, productos lácteos y bacterias del ácido láctico 

Las caseínas tienen una alta concentración de ácido glutámico, por lo que el aminoácido precursor de GABA es abundante en la leche. En los productos lácteos, existen posibilidades de producción de GABA si en la matriz hay ácido glutámico libre (para lo que se precisa de una alta proteólisis previa) y numerosos microorganismos con actividad GAD (de los cultivos iniciadores, de los cultivos adjuntos y de maduración o de la microbiota natural de la leche. 

Alternativamente, los alimentos fermentados se pueden suplementar con glutamato monosódico (GMS), el cuál puede convertirse en su derivado bioactivo GABA por la acción de microorganismos productores. En un trabajo relativamente reciente, un grupo de investigación irlandés ha descrito la producción de GABA durante la fabricación de yogur mediante el empleo de una cepa productora de ‘Streptococcus thermophilus’ aislada del intestino de peces. 

La actividad GAD se ha detectado ya en numerosas especies de bacterias ácido-lácticas (BAL) como ‘Lactococcus lactis, Levilactobacillus brevis’ (antes ‘Lactobacillus brevis’), ‘Lacticaseibacillus paracasei’ (antes ‘Lactobacillus paracasei’) o, como se ha mencionado, ‘S. thermophilus’. La actividad GAD descarboxilasa parece proporcionar a los microorganismos que la poseen una mayor resistencia a la acidez, como la que se genera durante la elaboración de muchos productos lácteos fermentados (queso, yogur, leches fermentadas, etc.).  

En algunas especies de BAL, la descarboxilación parece estar acoplada también a la biosíntesis de ATP, por lo que la conversión de ácido glutámico en GABA proporciona a las células una doble ventaja: resistencia al pH ácido y energía. Las cepas de BAL con mayor capacidad de producción de GABA pertenecen a la especie ‘L. brevis’.

Las cepas de esta especie, sin embargo, no son realmente adecuadas para la producción de productos lácteos fermentados, debido a que son heterofermentadoras (producen gas en exceso) y son productoras de aminas biogénicas tóxicas procedentes de la decarboxilación de aminoácidos como la tiroxina (tiramina) y la histidina (histamina). 

El empleo de cepas de BAL productoras de GABA en los productos lácteos fermentados requiere, por tanto, la identificación de cepas productoras que, a su vez, presenten buenas aptitudes tecnológicas: rápido crecimiento en leche, producción de aromas deseables, resistencia a bacteriófagos, etc. Cepas de BAL con estas propiedades no están disponibles en los portafolios de las empresas de fermentos, lo que abre grandes oportunidades para la búsqueda de cepas productoras de este compuesto bioactivo. 

Estos cultivos permitirán el desarrollo de productos lácteos funcionales orientados a la salud y el material biológico seleccionado podrá transferirse fácilmente a la industria láctea, contribuyendo a incrementar la competitividad del sector mediante el desarrollo de (nuevos) productos lácteos orientados a mejorar la salud de los consumidores. 

Figura 3.- Producción de GABA por cepas de bacterias ácido-lácticas a partir de glutamato monosódico (1  % p/v) 

Resultados de nuestro grupo de investigación 

Nuestro grupo de investigación viene desarrollando desde hace tiempo un cribado de las colecciones de BAL procedentes de diversos productos lácteos fermentados tradicionales y del tracto gastrointestinal humano de que disponemos con el objetivo de identificar y seleccionar cepas con capacidad de producir GABA y con buenas aptitudes tecnológicas para emplearlas en diversas matrices lácteas. 

Figura 4. Detección del gen GAD en cepas de Lactococcus lactis (A) y Streptococcus thermophilus (B).

Hasta el momento, hemos analizado más de 260 cepas en las que se ha analizado la producción de GABA en medio de cultivo suplementado con un 1 % de MSG. Aproximadamente la mitad de las cepas resultaron ser productoras de GABA (Figura 3). La producción de GABA se cuantificó posteriormente mediante HPLC. 

Entre las cepas productoras, se han seleccionado 19 (16 ‘L. lactis subsp. lactis’ y 3 ‘S. thermophilus’) capaces de producir cantidades de GABA >1 mM.  

Estas cepas se han sometido a una exhaustiva caracterización fenotípica y genética adicionales. Ninguna de las cepas seleccionadas produce aminas biógenas o porta genes de resistencia transmisibles a antibióticos, por lo que se las considera seguras. Utilizando cebadores específicos de especie, el gen que codifica la enzima GAD se amplificó por PCR en todos los productores de GABA (Figura 4). 

También se ha secuenciado y caracterizado el genoma de algunas cepas productoras seleccionadas y se ha caracterizado genéticamente el gen GAD y el antiporter ácido glutámico-GABA asociado. En el caso de la cepa de ‘S. thermophilus’ estudiada estos genes se situaban entre dos secuencias de inserción (Figura 5), lo que sugiere una adquisición reciente desde bacterias del ambiente lácteo mediante transferencia horizontal.  

En la actualidad, estamos diseñando mezclas de cepas para el ensayo de la producción de GABA durante la elaboración de productos fermentados como yogur y queso. Estamos iniciado también estudios de regulación de la producción de GABA para determinar qué condiciones pueden emplearse con el fin de maximizar su formación. 

Figura 5. Organización génica del gen GAD (gadB) y del antiporter GABA-glutamato asociado (gadC) en el genoma de la cepa S. thermophilus St10.