# Bactérias ácido-láticas

Lactobacillales são uma ordem de bactérias gram-positivas, de baixo GC, tolerantes a ácidos, geralmente não esporulantes, sem respiração, em forma de bastonete (bacilos) ou esféricas (cocos) que compartilham características metabólicas e fisiológicas comuns. Essas bactérias, geralmente encontradas em plantas em decomposição e produtos lácteos, produzem ácido lático como o principal produto final metabólico da fermentação de carboidratos, dando-lhes o nome comum de bactérias lácticas (LAB).
A produção de ácido lático vinculou as BAL com fermentações de alimentos, pois a acidificação inibe o crescimento de agentes de deterioração. As bacteriocinas proteicas são produzidas por várias cepas de LAB e fornecem um obstáculo adicional para a deterioração e microorganismos patogênicos . Além disso, o ácido lático e outros produtos metabólicos contribuem para o perfil organoléptico e textural de um alimento. A importância industrial do LAB é ainda evidenciada por seu status geralmente reconhecido como seguro (GRAS), devido à sua aparência onipresente em alimentos e sua contribuição para a microbiota saudável das superfícies mucosas de animais e humanos.
Os gêneros que compõem o LAB são, em seu núcleo, Lactobacillus, Leuconostoc, Pediococcus, Lactococcus e Streptococcus, bem como os mais periféricos Aerococcus, Carnobacterium, Enterococcus, Oenococcus, Sporolactobacillus, Tetragenococcus, Vagococcus e Weissella . Todos, exceto Sporolactobacillus, são membros da ordem Lactobacillales e todos são membros do filo Bacillota.
Embora as bactérias do ácido lático estejam geralmente associadas à ordem Lactobacillales, as bactérias do gênero Bifidobacterium (filo Actinomycetota ) também produzem ácido lático como o principal produto do metabolismo de carboidratos.

## Características

As bactérias do ácido lático (LAB) são em forma de bastonete (bacilos) ou esféricas (cocos), e são caracterizadas por uma maior tolerância à acidez (baixa faixa de pH). Este aspecto ajuda o LAB a competir com outras bactérias em uma fermentação natural, pois elas podem suportar o aumento da acidez da produção de ácido orgânico (por exemplo, ácido lático). Os meios de laboratório usados para LAB normalmente incluem uma fonte de carboidratos, já que a maioria das espécies é incapaz de respirar. LAB são catalase -negativos. LAB estão entre os grupos mais importantes de microrganismos utilizados na indústria alimentícia. Seu metabolismo relativamente simples também levou ao seu uso como fábricas de células microbianas para a produção de várias commodities para os setores alimentício e não alimentício.

## Metabolismo

Os gêneros LAB são classificados em termos de duas vias principais de fermentação de hexose:
* Sob condições de excesso de glicose e oxigênio limitado, o LAB homolático cataboliza um mol de glicose na via Embden-Meyerhof-Parnas para produzir dois mols de piruvato . O equilíbrio redox intracelular é mantido pela oxidação do NADH, concomitante à redução do piruvato a ácido lático. Este processo produz dois moles de ATP por mol de glicose consumido. Gêneros LAB homoláticos representativos incluem Lactococcus, Enterococcus, Streptococcus, Pediococcus e lactobacilos do grupo I
* As BAL heterofermentativas usam a via da pentose fosfato, alternativamente referida como a via da pentose fosfocetolase. Um mol de glicose-6-fosfato é inicialmente desidrogenado a 6-fosfogluconato e subsequentemente descarboxilado para produzir um mol de CO $_2$ . A pentose-5-fosfato resultante é clivada em um mol de gliceraldeído fosfato (GAP) e um mol de acetil fosfato. O GAP é posteriormente metabolizado em lactato como na homofermentação, com o acetil fosfato reduzido a etanol via intermediários acetil-CoA e acetaldeído . Em teoria, os produtos finais (incluindo ATP) são produzidos em quantidades equimolares a partir do catabolismo de um mol de glicose. As BAL heterofermentativas obrigatórias incluem Leuconostoc, Oenococcus, Weissella e lactobacilos do grupo III
Alguns membros de Lactobacillus parecem também capazes de realizar respiração aeróbica, tornando-os anaeróbios facultativos, ao contrário dos outros membros da ordem, que são todos aerotolerantes. O uso de oxigênio ajuda essas bactérias a lidar com o estresse.

## Reclassificação de Streptococcus

Em 1985, os membros do gênero diverso Streptococcus foram reclassificados em Lactococcus, Enterococcus, Vagococcus e Streptococcus com base nas características bioquímicas, bem como nas características moleculares. Anteriormente, os estreptococos eram segregados principalmente com base na sorologia, que provou se correlacionar bem com as definições taxonômicas atuais. Os lactococos (anteriormente estreptococos do grupo N de Lancefield) são usados extensivamente como iniciadores de fermentação na produção de laticínios, estimando-se que os humanos consumam 10 a $^{18}$ lactococos anualmente. Em parte devido à sua relevância industrial, ambas as subespécies de L. lactis ( L. l. lactis e L. l. cremoris ) são amplamente utilizadas como modelos LAB genéricos para pesquisa. L. lactis ssp. cremoris, utilizada na produção de queijos duros, é representada pelas linhagens laboratoriais LM0230 e MG1363. De maneira semelhante, L. lactis ssp. lactis é empregado em fermentações de queijos macios, com a cepa IL1403 onipresente nos laboratórios de pesquisa do LAB. Em 2001, Bolotin et al. sequenciou o genoma de IL1403, que coincidiu com uma mudança significativa de recursos para a compreensão da genômica LAB e aplicações relacionadas.

## Filogenia

A taxonomia atualmente aceita é baseada na Lista de nomes procarióticos com posição na nomenclatura e a filogenia é baseada na liberação 106 LTP baseada em rRNA 16S do Projeto 'The All-Species Living Tree'.

### Lactobacillales parte 2 (continuação)

Notas:<br> ♠ Cepas encontradas no Centro Nacional de Informações sobre Biotecnologia, mas não listadas na Lista de nomes de procariontes com posição na nomenclatura

## Usos
### Probióticos

Os probióticos são produtos destinados a fornecer células bacterianas vivas e potencialmente benéficas ao ecossistema intestinal de humanos e outros animais, enquanto os prebióticos são carboidratos indigeríveis entregues em alimentos ao intestino grosso para fornecer substratos fermentáveis para bactérias selecionadas. A maioria das cepas utilizadas como probióticos pertence ao gênero Lactobacillus. (Outras cepas probióticas utilizadas pertencem ao gênero Bifidobacterium).
Os probióticos foram avaliados em estudos de pesquisa em animais e humanos com relação à diarreia associada a antibióticos, diarreia do viajante, diarreia pediátrica, doença inflamatória intestinal e síndrome do intestino irritável. No futuro, os probióticos possivelmente serão usados para diferentes doenças gastrointestinais, vaginose, ou como sistemas de entrega de vacinas, imunoglobulinas e outras terapias.

### Alimentos

A busca por ingredientes alimentícios com propriedades bioativas valiosas tem estimulado o interesse em exopolissacarídeos de BAL. Produtos alimentícios funcionais que oferecem benefícios à saúde e sensoriais além de sua composição nutricional estão se tornando progressivamente mais importantes para a indústria alimentícia. Os benefícios sensoriais dos exopolissacarídeos estão bem estabelecidos, e há evidências das propriedades de saúde que são atribuíveis aos exopolissacarídeos de LAB. No entanto, existe uma grande variação nas estruturas moleculares dos exopolissacarídeos e na complexidade dos mecanismos pelos quais as mudanças físicas nos alimentos e os efeitos bioativos são provocados.
Algumas BAL produzem bacteriocinas que limitam os patógenos, interferindo na síntese da parede celular ou causando a formação de poros na membrana celular. A nisina, uma bacteriocina produzida por LAB, foi pesquisada pela primeira vez como conservante de alimentos em 1951 e desde então tem sido amplamente utilizada comercialmente em alimentos devido à sua atividade antimicrobiana contra bactérias Gram positivas. A nisina é utilizada como aditivo alimentar em pelo menos 50 países. Além de ter atividade antibacteriana, o LAB pode inibir o crescimento de fungos. Vários LAB, principalmente do gênero Lactococcus e Lactobacillus, suprimem o crescimento de fungos micotoxigênicos devido à produção de metabólitos antifúngicos. Além disso, as BAL têm o potencial de reduzir a abundância de micotoxinas nos alimentos, ligando-se a elas. Em um estudo de segurança de produtos alimentares pós-colheita realizado com 119 LAB isolados da rizosfera de oliveiras e trufas do deserto, principalmente dentro dos gêneros de Enterococcus e Weissella, os pesquisadores encontraram forte atividade antibacteriana contra Stenotrophomonas maltophilia, Pantoea agglomerans, Pseudomonas savastanoi, Staphylococcus aureus e Listeria monocytogenes e atividade antifúngica contra Botrytis cinerea, Penicillium expansum, Verticillium dahliae e Aspergillus niger.

### Fertilizante

Pesquisadores estudaram o impacto das bactérias lácticas na produção de ácido indolacético, solubilização de fosfato e fixação de nitrogênio em citros. Enquanto a maioria dos isolados bacterianos foi capaz de produzir IAA, a solubilização de fosfato foi limitada a apenas um dos oito isolados de LAB.

### Fermentação

As bactérias lácticas são utilizadas na indústria alimentícia por diversos motivos, como na produção de queijos e iogurtes. Este processo vem acontecendo há milhares de anos por ancestrais humanos. Mas, algumas das bebidas que apreciamos hoje são produzidas usando bactérias do ácido lático. Bebidas populares, como o kombucha, têm traços de lactobacilos e pediococos quando a bebida é feita.
Até mesmo o processo de fabricação de cerveja e vinho utiliza certas bactérias do ácido lático, principalmente lactobacilos. A interessante relação entre bactérias lácticas e leveduras pode ser observada no processo de vinificação. O LAB é usado para iniciar o processo de vinificação, iniciando a fermentação malolática. Após a fermentação malolática, as células de levedura são usadas para iniciar o processo de fermentação alcoólica nas uvas. O mecanismo de fermentação malolática é principalmente a transformação do ácido L-málico (ácido dicarboxílico) em ácido lático (ácido monocarboxílico). Essa alteração ocorre devido à presença de enzimas maloláticas e málicas. Todo o ácido málico é degradado e isso aumenta os níveis de pH, o que altera o sabor do vinho. Não só iniciam o processo como são responsáveis pelos diferentes aromas produzidos no vinho pela presença de nutrientes e pela qualidade das uvas. Além disso, a presença de diferentes cepas pode alterar a conveniência da presença de aromas. As diferentes disponibilidades de enzimas que contribuem para o vasto espectro de aromas do vinho estão associadas a glicosidases, β-glucosidases, esterases, descarboxilases de ácido fenólico e citrato liases.
Ao usar a biologia molecular, os pesquisadores podem ajudar a escolher diferentes cepas desejáveis que ajudam a melhorar a qualidade do vinho e ajudam na remoção das cepas indesejáveis. O mesmo pode ser dito sobre a fabricação de cerveja, que usa levedura com algumas cervejarias usando bactérias do ácido lático para alterar o sabor de sua cerveja.

## Gestão de bacteriófagos na indústria

Um grande número de produtos alimentícios, produtos químicos de commodities e produtos de biotecnologia são fabricados industrialmente por fermentação bacteriana em larga escala de vários substratos orgânicos. Como isso envolve o cultivo de enormes quantidades de bactérias todos os dias em grandes cubas de fermentação, uma séria ameaça nessas indústrias é o risco de contaminação por bacteriófagos, que podem interromper rapidamente as fermentações e causar contratempos econômicos. As áreas de interesse no gerenciamento desse risco incluem as fontes de contaminação dos fagos, medidas para controlar sua propagação e disseminação e estratégias de defesa biotecnológica desenvolvidas para contê-los. No contexto da indústria de fermentação de alimentos, a relação entre bacteriófagos e seus hospedeiros bacterianos é muito importante. A indústria de fermentação láctea reconheceu abertamente o problema da contaminação por fagos e trabalhou por décadas com a academia e fabricantes de culturas iniciais para desenvolver estratégias e sistemas de defesa para reduzir a propagação e evolução dos fagos.

### Interação bacteriófago-hospedeiro

O primeiro contato entre um fago infectante e seu hospedeiro bacteriano é a ligação do fago à célula hospedeira. Essa ligação é mediada pela proteína de ligação ao receptor do fago (RBP), que reconhece e se liga a um receptor na superfície bacteriana. As RBPs também são referidas como proteínas de especificidade do hospedeiro, determinantes do hospedeiro e antirreceptores. Uma variedade de moléculas tem sido sugerida para atuar como receptores hospedeiros para bacteriófagos que infectam LAB; entre eles estão os polissacarídeos e os ácidos (lipo) teicóicos, bem como uma proteína de membrana única. Um número de RBPs de fagos LAB foram identificados pela geração de fagos híbridos com gamas de hospedeiros alteradas. Esses estudos, no entanto, também descobriram que proteínas fágicas adicionais são importantes para a infecção fágica bem-sucedida. A análise da estrutura cristalina de várias RBPs indica que essas proteínas compartilham um dobramento terciário comum e suportam indicações anteriores da natureza sacarídica do receptor hospedeiro. As BAL Gram-positivas têm uma camada espessa de peptidoglicano, que deve ser atravessada para injetar o genoma do fago no citoplasma bacteriano. Espera-se que as enzimas de degradação de peptidoglicano facilitem essa penetração, e tais enzimas foram encontradas como elementos estruturais de vários fagos LAB.

## Bactérias do ácido lático e placa dental

São capazes de sintetizar levanas a partir da sacarose e dextranas a partir da glicose. Dextranos, como outros glucanos, permitem que as bactérias adiram à superfície dos dentes, o que por sua vez pode causar cáries através da formação de placa dentária e produção de ácido lático. Embora a principal bactéria responsável pela cárie dentária seja o Streptococcus mutans, as LAB estão entre as outras bactérias orais mais comuns que causam cárie.

## Gêneros de bactérias do ácido lático

* Abiotrofia
* Aerococo
* Carnobactéria
* Enterococcus
* Lactobacillus
* Lactococcus
* Leuconostoc
* Enococo
* Pediococo
* Estreptococo
* Tetragenococo
* Vagococcus
* Weissela