Engineering the synthesis of lantibiotics in e. Coli by combining the cynnamicin and nisin modification systems.

I lantibiotici sono molecole peptidiche prodotte da un gran numero di batteri Gram-positivi, posseggono attività antibatterica contro un ampio spettro di germi, e rappresentano una potenziale soluzione alla crescente problematica dei patogeni multi-resistenti. La loro attività consiste nel legame alla membrana del bersaglio, che viene quindi destabilizzata mediante l’induzione di pori che determinano la morte del patogeno. Tipicamente i lantibiotici sono formati da un “leader-peptide” e da un “core-peptide”. Il primo è necessario per il riconoscimento della molecola da parte di enzimi che effettuano modifiche post-traduzionali del secondo - che sarà la regione con attività battericida una volta scissa dal “leader-peptide”. Le modifiche post-traduzionali anticipate determinano il contenuto di amminoacidi lantionina (Lan) e metil-lantionina (MeLan), caratterizzati dalla presenza di ponti-tioetere che conferiscono maggior resistenza contro le proteasi, e permettono di aggirare la principale limitazione all’uso dei peptidi in ambito terapeutico. La nisina è il lantibiotico più studiato e caratterizzato, prodotto dal batterio L. lactis che è stato utilizzato per oltre venti anni nell’industria alimentare. La nisina è un peptide lungo 34 amminoacidi, che contiene anelli di lantionina e metil-lantionina, introdotti dall’azione degli enzimi nisB e nisC, mentre il taglio del “leader-peptide” è svolto dall’enzima nisP. Questo elaborato affronta l’ingegnerizzazione della sintesi e della modifica di lantibiotici nel batterio E.coli. In particolare si affronta l’implementazione dell’espressione eterologa in E.coli del lantibiotico cinnamicina, prodotto in natura dal batterio Streptomyces cinnamoneus. Questo particolare lantibiotico, lungo diciannove amminoacidi dopo il taglio del leader, subisce modifiche da parte dell’enzima CinM, responsabile dell’introduzione degli aminoacidi Lan e MeLan, dell’enzima CinX responsabile dell’idrossilazione dell’acido aspartico (Asp), e infine dell’enzima cinorf7 deputato all’introduzione del ponte di lisinoalanina (Lal). Una volta confermata l’attività della cinnamicina e di conseguenza quella dell’enzima CinM, si è deciso di tentare la modifica della nisina da parte di CinM. A tal proposito è stato necessario progettare un gene sintetico che codifica nisina con un leader chimerico, formato cioè dalla fusione del leader della cinnamicina e del leader della nisina. Il prodotto finale, dopo il taglio del leader da parte di nisP, è una nisina completamente modificata. Questo risultato ne permette però la modifica utilizzando un solo enzima invece di due, riducendo il carico metabolico sul batterio che la produce, e inoltre apre la strada all’utilizzo di CinM per la modifica di altri lantibiotici seguendo lo stesso approccio, nonché all’introduzione del ponte di lisinoalanina, in quanto l’enzima cinorf7 necessita della presenza di CinM per svolgere la sua funzione.

Impiego di batteri lattici di diversa origine per la formulazione di prodotti lattiero-caseari funzionali

L’obbiettivo principale della mia tesi è stato di valutare le potenzialità applicative di un ceppo di Lactobacillus salivarius, un ceppo di Lactobacillus crispatus ed un ceppo di Lactococcus lactis nisina produttore per la produzione di squacquerone. I ceppi erano stati selezionati sulla base di proprietà tecnologiche e antibatteriche. I ceppi oggetto di studio sono stati addizionati come colture aggiuntive, assieme alle colture starter normalmente utilizzate nel processo produttivo di formaggio squacquerone. I formaggi ottenuti sono stati caratterizzati e confrontati con il prodotto tradizionale per le loro caratteristiche microbiologiche, chimico-fisiche, in termini di vitalità delle colture microbiche impiegate e carico di microrganismi degradativi durante la conservazione refrigerata, per le loro caratteristiche reologiche, per il profilo in molecole volatili e per le caratteristiche sensoriali. Tutti i ceppi utilizzati hanno dimostrato una elevata capacità di sopravvivenza alle condizioni di maturazione/conservazione tipiche per questa tipologia di prodotto. Il ceppo di Lactobacillus salivarius e Lactococcus lactis hanno determinato un significativo incremento, rispetto al controllo, di molecole volatili quali chetoni e acidi grassi a corta catena che sono precursori di numerosissime molecole di aroma. Ulteriormente, i ceppi Lactobacillus salivarius e Lactococcus lactis hanno determinato una precoce diminuzione della durezza e della consistenza del prodotto (dopo 6 giorni), ed un incremento dopo 11 giorni di adesività e viscosità rispetto ai campioni di controllo e a quelli ottenuti con Lactobacillus crispatus indice di una più precoce proteolisi. I dati dell’analisi sensoriale indicano che i formaggi ottenuti con i ceppi Lactobacillus salivarius e Lactococcus lactis erano nettamente preferiti dai consumatori dopo 4, 6, e 8 giorni di conservazione. Concludendo, i risultati ottenuti dimostrano come l’addizione delle colture aggiuntive selezionate può rappresentare una strategia vincente per incrementare la shelf-life di formaggi freschi.

Valutazione dell'attivita prebiotica di equiseto e residui della lavorazione degli agrumi

Obiettivo di questa sperimentazione è stata la valutazione in vitro dell’attività prebiotica di un sottoprodotto dell’industria alimentare, il pastazzo di agrumi, ed una pianta officinale largamente diffusa in natura, l’equiseto, nei confronti di alcuni batteri lattici isolati da feci di origine umana. Come riferimento si sono utilizzati due composti a riconosciuta attività prebiotica, l’inulina ed i frutto-oligosaccaridi (FOS), e ceppi di Bifidobacterium isolati da un preparato commerciale (Bifiselle®, Bromatech). I ceppi batterici utilizzati per tale prova sono stati isolati da campioni fecali di individui caratterizzati da differenti regimi alimentari – onnivoro, vegano od ovo-latto vegetariano -nell’ambito delle attività relative al progetto PRIN 2010-2011 “Microrganismi negli alimenti e nell'uomo: studio del microbiota e del relativo metaboloma in funzione della dieta onnivora, vegetariana o vegana (Gut4Diet)”. I risultati ottenuti hanno messo in evidenza come alcuni dei ceppi studiati posseggano una buona capacità di crescita in terreni di coltura con sottoprodotti agrumari ed equiseto come fonti di carbonio. Tramite analisi delle molecole volatili si sono determinate più di 60 molecole appartenenti principalmente alle classi degli acidi organici e loro esteri, alcoli, aldeidi, chetoni e pirazine. Tra queste vi sono alcuni esteri di acidi grassi a corta catena che si sono accumulati soprattutto nei sistemi addizionati di equiseto, FOS ed inulina. E’ noto che gli acidi grassi a corta catena sono prodotti dalla flora batterica intestinale durante la fermentazione di polisaccaridi non digeribili ed esplicano un ruolo protettivo nei confronti di differenti patologie.