Els bacteris làctics, també coneguts com a bacteris de l'àcid làctic (BAL) o cultius làctics, constitueixen un grup de bacteris grampositius que comparteixen característiques metabòliques i fisiològiques.Gabriel Vinderola, Arthur Ouwehand, Seppo Salminen, Atte von Wright. Lactic Acid Bacteria : Microbiological and Functional Aspects. Vol Fifth edition. CRC Press; 2019. Són bacteris anaerobis que toleren l'oxigen i que produeixen àcid làctic a partir de la degradació de la glucosa (fermentació làctica).
Al llarg de la història, l'ús d'aquests bacteris ha estat associat amb aliments fermentats, com el quefir d'aigua, ja que s'utilitzen com a cultius iniciadors (starter cultures en anglès) per elaborar productes lactis (contribuint al gust), productes carnis (millorant el gust, aportant dolçor), productes de la pesca o vegetals. També els trobem a la panificació de massa mare on ajuden a desenvolupar el gust, la textura i promouen la bona conservació del pa. Juntament amb el procés de backslopping, els BAL es mantenen actius i asseguren una acidesa i un gust determinats a llarg termini del pa.
La seva presència a vegades també pot causar alteracions no desitjades en el producte final, per exemple, en el vi i la cervesa. Són àmpliament utilitzats com a probiòtics en aliments i en suplements alimentaris ja que aporten activitat antimicrobiana i antioxidant, com a bioconservants i tenen aplicació biotecnològica per a la producció d'àcid làctic. Alhora promouen la descomposició de proteïnes i greixos generant així precursors com aminoàcids i àcids grassos lliures que aporten gustos característics als aliments fermentats on es troben.
Característiques Els bacteris làctics són cocs o bacils grampositius que poden arribar a agrupar-se formant cadenes, parelles o tètrades. Normalment són catalasa negatius, anaerobis facultatius o estrictes, no formadors d'espores, amb un baix contingut de guanina i citosina, ubics i àcid tolerants. Com a producte metabòlic final de la fermentació dels glúcids produeixen àcid làctic (>50%). L'àcid làctic i altres productes metabòlics dels BAL contribueixen a les propietats organolèptiques dels aliments. Alguns BAL són productors de bacterocines, el suposa un benefici perquè dificulta el creixement microorganismes patògens. Excepte algunes espècies, la majoria dels BAL són neutròfils, és a dir, el seu interval de pH òptim de creixement és entre 5-8.
Taxonomia Tradicionalment, els bacteris làctics s'han classificat basant-se en les seves propietats fenotípiques, és a dir, la morfologia, el metabolisme, l'interval de temperatura de creixement, la conformació isomèrica de l'àcid làctic i l'habilitat de fermentar diferents glúcids.
Els diferents gèneres que comprenen els bacteris làctics pertanyen al fílum Firmicutes, classe Bacilli i ordre Lactobacillales. Dins d'aquest ordre hi ha 6 famílies: Aerococcaceae, Carnobacteriaceae, Enterococcaceae, Lactobacillaceae, Leuconostocaceae i Streptococcaceae. Les més utilitzades a la indústria són: la família Leuconostocaceae composta pels gèneres Convivina, Fructobacillus, Leuconostoc, Oenococcus i Weissella; la família Enterococcaceae formada pels gèneres Bavariicoccus, Catellicoccus, Melissococcus, Vagococcus, Tetragenococcus, Enterococcus i Pilibacter; la família Streptococcaceae formada pels gèneres Streptococcus, Lactococcus, Lactovum i Floricoccus; i, per acabar, la família Lactobacillaceae que comprenia 3 gèneres (Lactobacillus, Paralactobacillus i Pediococcus) però l'any 2020, després de la seqüenciació completa del genoma de totes les espècies, un grup de científics de diversos països treballant coordinadament van proposar la reclassificació del gènere Lactobacillus i van establir 23 nous gèneres. Actualment, doncs, la família Lactobacillaceae està formada per 26 gèneres: Lactobacillus, Paralactobacillus, Pediococcus, Amylolactobacillus, Holzapfelia, Bombilactobacillus, Companilactobacillus, Lapidilactobacillus, Agrilactobacillus, Schleiferilactobacillus, Lacticaseibacillus, Latilactobacillus, Loigolactobacillus, Dellaglioa, Liquorilactobacillus, Ligilactobacillus, Lactiplantibacillus, Furfurilactobacillus, Paucilactobacillus, Limosilactobacillus, Secundilactobacillus, Levilactobacillus, Fructilactobacillus, Acetilactobacillus, Apilactobacillus i Lentilactobacillus.
Metabolisme Els BAL són ubics, és a dir, es poden trobar en qualsevol ambient. A la natura estan sotmesos a condicions adverses, a les quals han de donar una resposta ràpida i eficaç per garantir la pròpia supervivència. La resposta adaptativa molecular és, en part, específica de cada espècie. Depenent de les circumstàncies en les quals es troben i el substrat lliure que aporta el medi, els BAL utilitzen diferents vies metabòliques.
El metabolisme dels BAL es caracteritza per la seva eficiència a l'hora de fermentar glúcids lligada a la fosforilació a nivell de substrat (formació d'ATP). Aquest ATP generat és utilitzat per altres vies. Les diferències metabòliques i els punts de ramificació més importants que caracteritzen les diverses espècies, depenen més de la via que utilitzen per fermentar hexoses que de la capacitat que tenen per fermentar pentoses. Poden tenir un metabolisme homofermentatiu, heterofermentatiu facultatiu o heterofermentatiu estricte, donant com a producte majoritari de la fermentació l'àcid làctic. El que diferencia el tipus de metabolisme és el percentatge final d'àcid làctic; els homofermentatius en produiran més del 85% i els heterofermentatius només el 50%. Altres subproductes del metabolisme heterofermentatiu són: etanol, CO₂ i àcid acètic.
Els gèneres de bacteris làctics homofermentatius estrictes són: Pediococcus, Streptococcus, Lactococcus i Vagococcus. Els gèneres que tenen un metabolisme heterofermentatiu estricte són Carnococcus, Enterococcus, Leuconostoc, Oenococcus i Weissella. El gènere Lactobacillus i els que s'han establert després de la proposta de Zheng et al. comprenen espècies que disposen d'un metabolisme homofermentatiu o heterofermentatiu tant estricte com facultatiu. miniatura|Vies de degradació de la glucosa: mixta, homofermentativa i heterofermentativa.
Metabolisme dels glúcids Fermentació d'hexoses Glucosa
Algunes espècies de BAL que fan la fermentació homolàctica utilitzen la via Emden-Meyerhof-Parnas per convertir la glucosa en piruvat (glicòlisi) i el piruvat en àcid làctic. La fructosa-1,6-difosfat (FDP), producte de la primera fase de la glicòlisi, mitjançant la FDP aldolasa, trenca la molècula en dihidroxicetona fosfat (DHAP) i gliceraldehid-3-fosfat (GAP). Mentre que la DHAP es converteix en GAP per l'acció de la triosa fosfat isomerasa, el GAP, a partir de l'acció de diferents enzims, passa a ser fosfoenolpiruvat (PEP). L'enzim piruvat quinasa s'encarrega de desfosforilar el PEP per obtenir piruvat. El piruvat es redueix a lactat per l'acció de l'enzim lactat deshidrogenasa. El producte final de la fermentació homolàctica és únicament l'àcid làctic, però perquè sigui així, s'han de complir un seguit de condicions: excés de substrat (hexosa) i anaerobiosi. D'aquesta forma, a partir d'una sola molècula de glucosa, s'obtenen dues molècules de lactat. Altres bacteris utilitzen el sistema fosfotransferasa del sucre del fosfoenolpiruvat (PTS) on el PEP és donador d'un grup fosforil a un conjunt d'enzims i passa a piruvat.
La via utilitzada per alguns bacteris làctics per a la fermentació heterolàctica és la fosfocetolasa. A partir de la deshidrogenació d'una molècula de glucosa fosforilada per l'hexoquinasa (glucosa-6-fosfat), s'obté el 6-fosfogluconat. Aquest pateix una descarboxilació i passa a ribulosa-5-fosfat o xilulosa-5-fosfat (pentosa-5-fosfat). La molècula generada es trenca en dues de noves per l'acció de la fosfocetolasa: el GAP i l'acetil fosfat. El GAP s'acabarà convertint en lactat per la mateixa via que la de la fermentació homolàctica, la de la glicòlisi. En una situació on no hi ha un acceptor d'electrons disponible, l'acetil fosfat es redueix a etanol passant, primerament, per acetil-CoA i, finalment, per acetaldehid (consum de dos NADH).
Galactosa
Existeixen dues vies per fermentar a galactosa: la via tagatosa-6-fosfat i la via Leloir.
Via tagatosa-6-fosfat: per a que la galactosa passi a tagatosa-6-fosfat primer s'ha de fosforilar mitjançant el PTS. A partir del consum d'una molècula d'ATP, la tagatosa-6-fosfat esdevé tagatosa-1,6-difosfat la qual es trenca en dues molècules: DHAP i GAP. El GAP s'incorpora a la via glicolítica.
Via Leloir: algunes espècies de BAL tenen la capacitat de transportar la galactosa amb una permeasa i convertir-la en glucosa-6-fosfat. A partir d'aquí ja passa a realitzar la glicòlisi.
Altres
Altres hexoses com són la fructosa i la manosa, després de patir un procés d'isomerització (maltosa) i fosforilació (fructosa), entren a la glicòlisi a partir de les molècules glucosa-6-fosfat i fructosa-6-fosfat, respectivament.
Fermentació de pentoses Els BAL que tenen un metabolisme homofermentatiu i utilitzen les pentoses com a substrat, ho fan mitjançant la via de les pentoses fosfat. En el procés de conversió de les pentoses per obtenir lactat, es donen un seguit de reaccions catalitzades per enzims, la transcetolasa i la transaldolasa. D'aquesta forma, a partir de la conversió de tres pentoses en ribosa-5-fosfat i xilulosa-5-fosfat gràcies al consum de tres ATP, s'obtenen cinc GAP, els quals utilitzen la segona part de la glicòlisi per obtenir piruvat (5 mol) i, conseqüentment, lactat (5 mol). El rendiment energètic d'aquesta via és molt més elevat que el de la via Ebden-Meyerhof-Parnas: s'obtenen set ATP a partir de tres molècules de pentosa.
La fermentació heterolàctica de les pentoses utilitza la mateixa via que la glucosa, la fosfocetolasa, però es diferencien en el producte final. Quan la fosfocetolasa trenca la molècula en GAP i acetil fosfat, el GAP segueix la mateixa via que la glucosa per obtenir àcid làctic, però, en canvi, l'acetil fosfat passa a acetat alliberant-se una molècula d'ATP i és l'acetat el nou producte final de la fermentació.
Fermentació de disacàrids Lactosa
La lactosa entra fosforilada dins la cèl·lula, és a dir, en forma lactosa-6-fosfat. Això és a causa del sistema lactosa PTS. Un cop dins, la fosfo-β-galactosidasa trenca la molècula en glucosa i galactosa-6-fosfat. La glucosa passa directament a la via Emden-Meyerhoff-Parnas mentre que la galactosa-6-fosfat es metabolitza a la via tagatosa-6-fosfat.
Maltosa
La molècula de maltosa es trenca en glucosa i β-glucosa-1-fosfat per l'acció de la maltosa fosforilasa. La glucosa és l'única molècula que es metabolitza per mitjà de la glicòlisi per obtenir lactat.
Sacarosa
La sacarosa entra dins la cèl·lula gràcies a una permeasa i s'hidrolitza en glucosa i fructosa. Una altra forma d'entrar és mitjançant la sacarosa PTS i l'enzim sacarosa-6-fosfat hidrolasa el qual trenca la sacarosa-6-fosfat en glucosa-6-fosfat i fructosa.
Bacteris làctics amilolítics Hi ha un conjunt de BAL que són capaços d'hidrolitzar el midó i convertir-lo directament en àcid làctic. El procés fermentatiu que té lloc quan s'utilitzen aquest tipus de bacteris és més econòmic que quan s'utilitzen altres bacteris làctics perquè la fermentació es produeix en un únic pas. Els primers bacteris aïllats que presentaven aquesta activitat van ser Amylolactobacillus amylophilus i Lactobacillus amylovorus al 1979 i 1981, respectivament. Els gèneres que tenen espècies amb capacitat amilolítica són: Lactococcus, Leuconostoc, Streptococcus, Lactobacillus, Lactiplantibacillus, Amylolactobacillus, Limosilactobacillus i Lacticaseibacillus.
Producció d'exopolisacàrids