Propionibacterium freudenreichii: Uma Joia Escondida na Nutrição Láctea
Pesquisas mostram novas informações sobre o papel do PFR na produção de vitamina B12.
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Índice
Propionibacterium freudenreichii (PFR) é um tipo de bactéria que a gente costuma encontrar em produtos lácteos, principalmente no queijo suíço. Essa bactéria é importante porque ajuda a criar o sabor e a textura únicos desses queijos. Ela age quebrando o lactato para produzir ácido propiónico e dióxido de carbono. Esse processo gera bolhas de gás que dão aos queijos suíços os furos característicos. Além de sua função na produção de queijo, o PFR tem atraído atenção pelos possíveis benefícios à saúde, como seu potencial para apoiar o sistema imunológico e produzir Vitamina B12.
A vitamina B12 é um nutriente essencial para várias funções do corpo. Ao contrário da maioria dos seres vivos, os humanos não conseguem produzir essa vitamina e precisam obtê-la pela comida ou de bactérias como o PFR. A bactéria tem um histórico seguro em alimentos fermentados e é capaz de produzir vitamina B12, tornando-se interessante tanto para a indústria alimentícia quanto para a farmacêutica. Como muitas pessoas não têm vitamina B12 - especialmente aqueles que seguem dietas vegetarianas ou veganas - a produção dessa vitamina pelo PFR poderia ser uma solução para combater deficiências.
A forma como o PFR produz vitamina B12 depende do seu ambiente, especialmente da disponibilidade de oxigênio. Nos primeiros estágios da produção de vitamina B12, ele segue um processo que não requer oxigênio. No entanto, para produzir uma parte da vitamina chamada 5,6-dimetilbenzimidazol, precisa de oxigênio. Se não houver oxigênio, o PFR acaba produzindo uma variante da vitamina B12 que não é efetiva no corpo, conhecida como pseudo-B12.
A cepa específica de PFR chamada DSM 20271 foi estudada pela sua capacidade de produzir vitamina B12 ativa em vários alimentos de origem vegetal. Os pesquisadores descobriram que essa cepa pode na verdade tolerar um pouco de oxigênio e cresce bem mesmo com um pouco de ar presente, o que é legal porque se pensava que ela só se dava em ambientes sem oxigênio. Estudos recentes mostraram que DSM 20271 consegue crescer em condições com baixo oxigênio e pode adaptar seu metabolismo para lidar com as mudanças no ambiente.
Esse estudo focou em como DSM 20271 responde a diferentes níveis de oxigênio, cultivando as bactérias em ambientes controlados e analisando seu comportamento. Os pesquisadores coletaram amostras ao longo do tempo para monitorar o crescimento, a produção de vitamina B12 e outros compostos, além de mudanças em nível molecular. Os resultados desse trabalho visam entender melhor como o PFR reage ao oxigênio e como otimizar seu crescimento para usos industriais.
Principais Descobertas
Características de Crescimento e Formação de Biomassa
Durante o experimento, os pesquisadores compararam o crescimento do PFR em ambientes com e sem oxigênio. Eles descobriram que o PFR cresceu significativamente melhor na presença de oxigênio, atingindo densidades celulares mais altas. Isso significa que, quando havia oxigênio, as bactérias se multiplicaram mais rápido e de forma mais eficaz.
Produção de Ácidos Orgânicos
Quando as bactérias foram cultivadas sem oxigênio, consumiram lactato rapidamente. Mas mesmo em ambientes com suporte, parecia que elas processavam essa fonte de energia de maneira diferente. Em condições de baixo oxigênio, os níveis de propionato e acetato aumentaram, mostrando que as bactérias estavam metabolizando ativamente esses ácidos. Em contrapartida, em condições de alto oxigênio, esses compostos eram menos prevalentes, indicando um processo metabólico diferente.
Níveis de Vitamina B12 e Pseudo-B12
O estudo também investigou quanto de vitamina B12 e sua variante, pseudo-B12, foram produzidos sob diferentes níveis de oxigênio. Eles descobriram que em condições de crescimento Aeróbico, muito pouca B12 era produzida no ambiente das bactérias. No entanto, sob condições anaeróbicas, os níveis de vitamina B12 aumentaram, alcançando uma quantidade significativa conforme a fermentação progredia. Em condições microaeróbicas, as bactérias produziram ainda mais B12 em comparação com quando não tinham ar, sugerindo que as condições ideais para a produção de B12 podem estar em algum lugar entre a completa ausência de oxigênio e a exposição total.
Análise da Expressão Gênica
Para entender a resposta molecular do DSM 20271 ao oxigênio, os pesquisadores analisaram a atividade gênica nas bactérias. Eles descobriram que um grande número de genes foi ativado em condições aeróbicas comparadas às anaeróbicas. Especificamente, vários genes relacionados à produção de energia e metabolismo estavam mais ativos quando o oxigênio estava presente. Isso sugere que o PFR pode ajustar seu metabolismo com base na disponibilidade de oxigênio, o que é importante para seu crescimento e sobrevivência.
Proteínas de Superfície e Suas Funções
A pesquisa também olhou para as proteínas encontradas na superfície do PFR. Essas proteínas desempenham papéis essenciais em como as bactérias interagem com o ambiente. O estudo mostrou diferenças nos tipos e quantidades de proteínas de superfície quando cultivadas sob diferentes condições. Algumas proteínas aumentaram em abundância quando o oxigênio estava disponível, enquanto outras eram mais comuns quando havia falta de oxigênio. Isso indica que o PFR pode adaptar suas características de superfície com base em seu entorno, o que pode ajudá-lo a sobreviver e prosperar em ambientes em mudança.
Sistemas de Transporte nas Bactérias
Os pesquisadores notaram que certas proteínas de transporte foram reguladas para cima quando o oxigênio estava presente. Essas proteínas são responsáveis por mover nutrientes essenciais para dentro das bactérias. Isso sugere que, quando há oxigênio, o PFR busca ativamente elementos cruciais, como ferro e outros compostos necessários para a produção de energia.
Conclusão
Esse estudo revela o papel significativo do oxigênio no crescimento e metabolismo do PFR DSM 20271. A bactéria mostra adaptabilidade nas suas condições de crescimento, o que pode ter implicações para seu uso na produção de alimentos e suplementos de saúde. As descobertas sugerem que a melhor forma de cultivar o PFR para a produção de vitamina B12 pode ser em ambientes com níveis limitados de oxigênio. Pesquisas futuras poderiam otimizar as condições para aumentar a produção em aplicações industriais, fornecendo uma solução potencial para a deficiência de vitamina B12 para muitas pessoas.
Aplicações Potenciais
Indústria Alimentícia
As informações obtidas com esse estudo podem beneficiar a indústria alimentícia, especialmente na produção de laticínios. Ao entender como otimizar o crescimento do PFR, os fabricantes podem potencializar o sabor e o valor nutricional de produtos como queijos. A capacidade de produzir B12 de forma eficiente também pode ajudar a criar alimentos fortificados voltados para aqueles com necessidades dietéticas específicas.
Suplementos de Saúde
Dada a importância da vitamina B12, a capacidade do PFR de produzir esse nutriente tem implicações na criação de suplementos alimentares. Isso pode ser especialmente benéfico para vegetarianos e veganos que podem não obter o suficiente de B12 em suas dietas. Entender como manipular as condições de crescimento do PFR pode ajudar a produzir suplementos de B12 de alta qualidade.
Aplicações Médicas
As descobertas da pesquisa também podem ter implicações nas áreas médicas. Compreender como o PFR interage com seu ambiente e modifica seu metabolismo pode informar estudos relacionados à saúde intestinal e ao microbioma humano. Isso pode levar a novas terapias ou abordagens dietéticas que beneficiem a saúde geral.
Direções Futuras
Seguindo em frente, mais pesquisas são necessárias para explorar os efeitos a longo prazo dos níveis de oxigênio no crescimento e metabolismo do PFR. Investigar como diferentes cepas de PFR respondem a fatores ambientais variados pode fornecer mais insights sobre como otimizar seu crescimento para aplicações específicas. Além disso, estudos podem se concentrar em entender toda a gama de compostos produzidos pelo PFR sob diferentes condições e seus potenciais benefícios.
Em resumo, as descobertas deste estudo lançam luz sobre a complexa interação entre fatores ambientais e o crescimento do PFR. A adaptabilidade dessa bactéria destaca seu potencial para várias aplicações na produção de alimentos, suplementos de saúde e pesquisa médica. Com mais exploração, o PFR pode desempenhar um papel fundamental na resolução de deficiências nutricionais e na melhoria da qualidade dos alimentos.
Título: Aerobic Adaptation and Metabolic Dynamics of Propionibacterium freudenreichii DSM 20271: Insights from Comparative Transcriptomics and Surfaceome Analysis
Resumo: Propionibacterium freudenreichii (PFR) DSM 20271 is a bacterium known for its ability to thrive in diverse environments and to produce vitamin B12. Despite its anaerobic preference, recent studies have elucidated its ability to prosper in the presence of oxygen, prompting a deeper exploration of its physiology under aerobic conditions. Here, we investigated the response of DSM 20271 to aerobic growth by employing comparative transcriptomic and surfaceome analyses alongside metabolite profiling. Cultivation under controlled partial pressure of oxygen (pO2) conditions revealed significant increases in biomass formation and altered metabolite production, notably of B12 vitamin, pseudovitamin-B12, propionate and acetate, under aerobic conditions. Transcriptomic analysis identified differential expression of genes involved in lactate metabolism, TCA cycle, and electron transport chain, suggesting metabolic adjustments to aerobic environments. Moreover, surfaceome analysis unveiled growth environment-dependent changes in surface protein abundance, with implications for sensing and adaptation to atmospheric conditions. Supplementation experiments with key compounds highlighted the potential for enhancing aerobic growth, emphasizing the importance of iron and -ketoglutarate availability. Furthermore, in liquid culture, FeSO4 supplementation led to increased heme production and reduced vitamin B12 production, highlighting the impact of oxygen and iron availability on the metabolic pathways. These findings deepen our understanding of PFRs physiological responses to oxygen availability and offer insights for optimizing its growth in industrial applications. ImportanceThe study of the response of Propionibacterium freudenreichii to aerobic growth is crucial for understanding how this bacterium adapts to different environments and produces essential compounds like vitamin B12. By investigating its physiological changes under aerobic conditions, we can gain insights into its metabolic adjustments and potential for enhanced growth. These findings not only deepen our understanding of P. freudenreichii responses to oxygen availability but also offer valuable information for optimizing its growth in industrial applications. This research sheds light on the adaptive mechanisms of this bacterium, providing a foundation for further exploration and potential applications in various fields.
Autores: Pekka Varmanen, I. Loivamaa, A. Sillanpää, P. Deptula, B. Chamlagain, M. Edelmann, P. Auvinen, T. A. Nyman, K. Savijoki, V. Piironen
Última atualização: 2024-05-02 00:00:00
Idioma: English
Fonte URL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.04.30.591863
Fonte PDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.04.30.591863.full.pdf
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