Nisina

Infotaula de compost químicNisina
Substància químicagrup d'estereoisòmers Modifica el valor a Wikidata
Rolantibiòtic i food preservative (en) Tradueix Modifica el valor a Wikidata
Estructura química
Fórmula químicaC₁₄₃H₂₃₀N₄₂O₃₇S₇ Modifica el valor a Wikidata

La nisina és una bacteriocina peptídica policíclica sintetitzada de manera natural per diferents soques de Lactococcus lactis. La molècula conté 34 aminoàcids en els quals destaquen alguns aminoàcids no gaire comuns com lantionina, β-metil lantionina, metilantionina, dehidroalanina i àcid dehidroaminobutíric.[1] Està inclosa a la llista d'additius de la Unió Europea amb el número E-234.[2] Es troba dins la classe dels lantibiòtics, juntament amb la subtilina i la mersacidina.[3][4]

La nisina es va descobrir l'any 1928 perquè Streptococcus inhibia els cultius iniciadors per la producció de formatge. Inicialment se sospitava que la causa de la inhibició era la presència de bacteriòfags, però les investigacions van indicar que n'era responsable un polipèptid produït per certes soques de Streptococcus lactis. L'any 1947, Mattick i Hirsch la van anomenar nisina derivant el nom de “Substància Inhibidora del grup N”, sent N el serotip de S. lactis anomenat per Lancefield.[5] Actualment Streptococcus lactis s'anomena Lactococcus lactis.[6] Es va començar a utilitzar com a conservant en aliments l'any 1951. L'organització de les Nacions Unides per l'Agricultura i l'Alimentació (ONUAA) i l'Organització Mundial de la Salut (OMS) van acceptar la nisina l'any 1969 i l'Administració d'Aliments i Medicaments dels Estats Units (FDA), l'any 1988. Avui en dia, hi ha diferents preparats que contenen nisina que s'utilitzen com a conservants. Un d'ells és el Nisaplin.[3][7]

Biosíntesi

[modifica]

El pèptid precursor de la nisina està format per 57 aminoàcids. Abans de ser secretat a l'exterior de la cèl·lula, pateix una sèrie de modificacions post traduccionals. Els residus de serina i treonina es deshidraten formant dehidroalanina i àcid dehidroaminobutíric, respectivament; i en cinc casos formen ponts tioèters intramoleculars amb residus de cisteïna presents en el pèptid precursor.[8]

Mecanisme d'acció

[modifica]

La nisina mata eficientment els bacteris mitjançant la combinació de dos mecanismes: la inhibició de la biosíntesi de la paret cel·lular i la formació de porus a les membranes citoplasmàtiques. La molècula té càrrega neta positiva, i això afavoreix que pugui interaccionar amb els fosfolípids de membrana carregats negativament. En concret, interacciona amb el lípid II, precursor de la paret cel·lular. Aquesta interacció anul·la el potencial de la membrana i provoca que la nisina pateixi una translocació en un extrem, la qual cosa causa la formació d'un porus que permet la sortida de soluts del citoplasma, provocant la mort cel·lular.[5][9][10] Els bacteris Gram negatiu solen ser resistents a la nisina perquè la membrana exterior de la cèl·lula impedeix el seu pas cap a la membrana citoplasmàtica.[11]

Aplicacions

[modifica]

Alimentació

[modifica]

Si bé, en general, la majoria de bacteriocines inhibeixen només espècies estretament relacionades amb l'espècie productora, la nisina és un exemple poc freqüent de bacteriocina d'ampli espectre eficaç contra molts microorganismes Gram positius com Listeria monocytogenes, Staphylococcus aureus, Bacillus cereus i Clostridium botulinum i especialment eficaç contra espores. No obstant això, no té gran influència sobre els bacteris Gram negatiu, fongs filamentosos o llevats, tot i que els bacteris Gram negatiu poden arribar a ser susceptibles a l'acció de la nisina després d'un xoc tèrmic o si interaccionen amb el quallant EDTA. La nisina és bastant resistent a tractaments tèrmics, especialment si es realitzen a pH menor de 3,5. La solubilitat de la nisina en aigua depèn del pH: a pH 2,2 és més soluble que a pH 11. La seva concentració es pot mesurar mitjançant diverses tècniques com la cromatografia líquida (HPLC) o mitjançant una bioanàlisi de difusió en agar.[1][12][13][14]

La nisina no se sintetitza químicament sinó que s'obté a partir del cultiu d'algunes soques de Lactococcus lactis en substrats naturals, com la glucosa, o a partir d'una fermentació en medi lacti modificat, per exemple a partir del sèrum lacti. És estable tèrmicament en medi àcid.[1] S'utilitza com a conservant per protegir l'aliment del creixement de patògens, per allargar la vida útil i per disminuir el malbaratament o les possibles alteracions de nombrosos productes com formatges, carns, productes en llauna, llet pasteuritzada i esterilitzada, begudes i postres de llet que inclouen farines, sucre i cremes.[12][15][16] Una altra aplicació és l'ús en envasos actius que s'impregnen amb nisina per allargar la vida útil de la carn de vedella envasada.[17][18] S'han fet estudis que demostren que té un efecte sinèrgic amb el metabisulfit per inhibir el creixement de bacteris acètics del vi. Aquesta combinació d'antimicrobians pot suposar un nou mètode de conservació pel vi que permeti una utilització de menors concentracions de metabisulfit.[19] La nisina funciona millor en aliments líquids o que es puguin homogeneïtzar en comparació amb productes sòlids o heterogenis perquè la bacteriocina pot distribuir-s'hi més uniformement.[5]

Quan es consumeix un aliment amb nisina, els enzims digestius la digereixen ràpidament i, en conseqüència, no és absorbida pel sistema digestiu ni altera la microbiota del tracte intestinal. El valor de la dosi letal 50 (DL50) és, aproximadament, de 7g/kg de pes corporal, similar al de la sal comuna. No hi ha proves de resistència creuada amb antibiòtics utilitzats en medicaments.[1][5]

Referències

[modifica]
  1. ↑ 1,0 1,1 1,2 1,3 Sánchez Martín, María Almudena Salgado Calvo, María Tránsito San Miguel Hernández, Ángel Pachón Julián, Jesús Rodríguez Barbero, Emilio Pastor Martín, María Rosario Cabrero Lobato, Patricia «Nisin (N 234), additive used as a food preservative». Gaceta Medica de Bilbao, 116, 2019. ISSN: 21732302.
  2. ↑ Larry Branen, Alfred. Food Additives. Second Edition. Nova York: Marcel Dekker, 2002, p. 938. ISBN 9780824793432. 
  3. ↑ 3,0 3,1 Kos, Blaženka; Beganović, Jasna; Pavunc, Andreja Leboš; Habjanič, Ksenija; Matošić, Srećko; Šušković, Jagoda «Antimicrobial Activity – The Most Important Property of Probiotic and Starter Lactic Acid Bacteria». Food Technology and Biotechnology, 2010, pàg. 296-307. ISSN: 1334-2606.
  4. ↑ Galvez, Antonio; Grande Burgos, María José; Lucas López, Rosario; Pérez Pulido, Rubén. Food Biopreservation. Nova York, NY: Springer New York, 2014. DOI 10.1007/978-1-4939-2029-7. ISBN 978-1-4939-2028-0. 
  5. ↑ 5,0 5,1 5,2 5,3 Lacroix, Christophe. Protective cultures, antimicrobial metabolites and bacteriophages for food and beverage biopreservation. Oxford: Woodhead Publishing, 2011, p. 489. ISBN 9781613443699. 
  6. ↑ Ramos Gorbeña, Juan Carlos; Agurto Sáenz, Tomás «Bacterias ácido lácticas». Biotempo, 8, 02-09-2017, pàg. 54–64. DOI: 10.31381/biotempo.v8i0.865. ISSN: 2519-5697.
  7. ↑ «[ageconsearch.umn.edu/bitstream/90779/2/CP 01 05 Nisin Report.pdf Nisin and the market for commercial bacteriocins]», 2005. [Consulta: 12 maig 2020].
  8. ↑ «Influence of amino acid substitutions in the nisin leader peptide on biosynthesis and secretion of nisin by Lactococcus lactis». The Journal of biological chemistry (USA), 269. ISSN: 00219258.
  9. ↑ Martínez, Beatriz; Rodríguez, Ana; Suárez, Evaristo. Antimicrobial Peptides Produced by Bacteria: The Bacteriocins (en anglès). Cham: Springer International Publishing, 2016, p. 15–38. DOI 10.1007/978-3-319-28368-5_2. ISBN 978-3-319-28366-1. 
  10. ↑ Christ, Katrin; Wiedemann, Imke; Bakowsky, Udo; Sahl, Hans-Georg; Bendas, Gerd «The role of lipid II in membrane binding of and pore formation by nisin analyzed by two combined biosensor techniques» (en anglès). Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes, 1768, 3, 3-2007, pàg. 694–704. DOI: 10.1016/j.bbamem.2006.12.003.
  11. ↑ Galván Márquez, Imelda J.; McKay, Bruce; Wong, Alex; Cheetham, James J.; Bean, Cody «Mode of action of nisin on Escherichia coli» (en anglès). Canadian Journal of Microbiology, 66, 2, 2-2020, pàg. 161–168. DOI: 10.1139/cjm-2019-0315. ISSN: 0008-4166.
  12. ↑ 12,0 12,1 Roller, Sibel. Natural antimicrobials for the minimal processing of foods. Woodhead Publishing Limited, 2003. DOI 10.1533/9781855737037. ISBN 978-1-85573-669-6. 
  13. ↑ Chandrasekar, Vaishnavi; Knabel, Stephen J.; Anantheswaran, Ramaswamy C. «Modeling development of inhibition zones in an agar diffusion bioassay» (en anglès). Food Science & Nutrition, 3, 5, 9-2015, pàg. 394–403. DOI: 10.1002/fsn3.232. PMC: PMC4576963. PMID: 26405525.
  14. ↑ Angiolillo, L.; Conte, A.; Del Nobile, M.A.. Food Additives: Natural Preservatives (en anglès). Elsevier, 2014, p. 474–476. DOI 10.1016/b978-0-12-378612-8.00438-8. ISBN 978-0-12-378613-5. 
  15. ↑ Comisión Europea. Reglamento (UE) núm. 1129/2011 de la Comisión, de 11 de novembre de 2011, por el que se modifica el anexo II del Reglamento (CE) núm. 1333/2008 del Parlamento Europeo y del Consejo para establecer una lista de aditivos alimentarios de la Unión. Diario Oficial de la Unión Europea L 295, 11 de novembre de 2011, pp. 1-177.
  16. ↑ «Natural preservative Nisin 'kills cancer cells and antibiotic-resistant bacteria'». [Consulta: 11 abril 2020].
  17. ↑ Gharsallaoui, Adem; Oulahal, Nadia; Joly, Catherine; Degraeve, Pascal «Nisin as a Food Preservative: Part 1: Physicochemical Properties, Antimicrobial Activity, and Main Uses» (en anglès). Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 56, 8, 10-06-2016, pàg. 1262–1274. DOI: 10.1080/10408398.2013.763765. ISSN: 1040-8398.
  18. ↑ Chandrasekar, Vaishnavi; Coupland, John N.; Anantheswaran, Ramaswamy C. «Release Kinetics of Nisin from Chitosan-Alginate Complex Films: Nisin diffusion from biopolymer films…» (en anglès). Journal of Food Science, 81, 10, 10-2016, pàg. E2503–E2510. DOI: 10.1111/1750-3841.13443.
  19. ↑ «Efecto antimicrobiano de la nisina sobre la población de bacterias lácticas y acéticas de un vino durante su conservación». Avances en ciencias y técnicas enológicas: transferencia de tecnología de la Red GIENOL al sector vitivinícola, 2007, pàg. 87-89.