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Le applicazioni attuali delle biotecnologie NON OGM nel settore alimentare

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Presentazione sul tema: "Le applicazioni attuali delle biotecnologie NON OGM nel settore alimentare"— Transcript della presentazione:

1 Le applicazioni attuali delle biotecnologie NON OGM nel settore alimentare

2 I MICRORGANISMI E GLI ALIMENTI

3 Streptococcus thermophilus Lactobacillus delbruecki bulgaricus Penicillium roqueforti Saccharomyces cerevisiae Bifidobacterium bifidum Quanti microrganismi ingeriamo con gli alimenti? Si ingeriscono anche vivi?

4 La MICROBIOLOGIA ALIMENTARE può essere considerata una branca dellECOLOGIA MICROBICA Al fine di gestire al meglio le condizioni di crescita e le attività metaboliche dei microrganismi per lottenimento di alimenti sono necessarie una serie di informazioni inerenti a: Lidentità tassonomica, cioè il numero delle specie, e il grado di diversità biologica dei ceppi che colonizzano lalimento in ogni stadio del processo produttivo, dalla materia prima al prodotto finito; La valutazione del grado di diversità biologica rimane sempre una stima della reale diversità microbica esistente sia per la difficoltà di recuperare le specie presenti a bassa concentrazione nel campione, sia per lannoso problema delle specie non coltivabili. dati quantitativi che descrivono landamento delle popolazioni di specie e ceppi microbici durante le diversi fasi del processo produttivo; effetto dei fattori intrinseci e di processo-conservazione che possono influenzare la crescita, la sopravvivenza e le attività metaboliche microbiche; distribuzione spaziale delle specie microbiche nel prodotto;

5 L identità tassonomica e il grado di diversità biologica … CARATTERIZZAZIONE GENETICA E FENOTIPICA DI MICRORGANISMI DI INTERESSE ALIMENTARE Identificazione a livello di genere e specie, secondo un approccio POLIFASICO ovvero di un approccio basato su valutazioni fenotipiche e genotipiche. Analisi filogenetica basata sulla sequenza del gene 16S rRNA del ceppo isolato. L identificazione appropriata di una specie batterica avviene essenzialmente attraverso analisi molecolari … ma non è mai una pratica semplice e scontata ! … perché la definizione di specie batterica non ha contorni definiti... perché non è così raro individuare ceppi batterici che appartengono a specie o generi non ancora descritti GENOTIPO (per identificare la specie) Variabilità fenotipica tra ceppi che appartengono alla stessa specie

6 GENOTIPO (per ottenere gruppi omogenei di ceppi appartenenti alla stessa specie) Come procedere quando devo identificare un numero elevato di ceppi isolati da un determinato prodotto alimentare? Tecniche molecolari basate sulla reazione a catena della polimerasi (PCR) e quindi su informazioni presenti a livello del genoma batterico. ARDRA (Amplified Ribosomal DNA Restriction Analysis) ITS (Internal Transcribed ribosomal Spacer analysi) RAPD (Random Amplified Polimorphic DNA fingerprinting analysis) Rep-PCR (Repetitive Elements PCR) PCR-based fingerprinting methods (AFLP) Potere di risoluzione

7 Ceppi Isolati in coltura pura Specie DSpecie ESpecie BSpecie C Specie A Specie B e C Specie D e E Potere di risoluzione 16S rRNA ITS (16S-23S rRNA) RAPD, rep-PCR, etc. Specie BSpecie CSpecie A Specie D e E

8 La CARATTERIZZAZIONE GENOTIPICA ottenuta a livello di CEPPO Mette in evidenza una VARIABILITA GENOTIPICA NON NECESSARIAMENTE CORRISPONDENTE ALLA VARIABILITA FISIOLOGICA e alle caratteristiche TECNOLOGICHE del ceppo Indispensabile una caratterizzazione FENOTIPICA Metabolismo Energetico Primario (Respirazione e/o Fermentazione). Questa informazione si può considerare acquisita contemporaneamente allidentificazione molecolare a livello di specie. Caratterizzazione delle attività metaboliche di interesse tecnologico. Spesso si tratta di caratteristiche dei singoli ceppi piuttosto che della specie. Potere di risoluzione

9 Caratterizzazione delle attività metaboliche di interesse tecnologico. Caratteristiche dei singoli ceppi piuttosto che della specie. Metabolismo del LATTOSIO/Galattosio Sistema PROTEOLITICO LAUTOLISI La produzione di AROMI La sintesi di ESOPOLISACCARDI La produzione di MOLECOLE ad ATTIVITA ANTIBATTERICA La RESISTENZA AI BATTERIOFAGI

10 Metabolismo del LATTOSIO/Galattosio Effetti diretti sulla velocità di acidificazione S. thermophilus non utilizza il galattosio derivato dallidrolisi del lattosio e il suo accumulo nella matrice alimentare può facilitare lo sviluppo di microrganismi alterativi In alcuni casi si preferisce selezionare ceppi incapaci di utilizzare il lattosio (L. delbrueckii per produzione di yogurt) ?

11 Sistema PROTEOLITICO Effetti diretti sulla velocità di acidificazione Effetti indiretti sul processo di maturazione dei formaggi (endopeptidasi) Può determinare la formazione di peptidi BIOATTIVI a partire dallidrolisi delle proteine del latte (Inibitori dellACE e casomorfine) Modulare lo sviluppo di sapori amari dovuti alla formazione di peptidi conteneti amminoacidi idrofobici (Leu, Phe e Pro)

12 LAUTOLISI Effetti diretti sul processo di maturazione dei formaggi. Inoculi con ceppi selezionati autolitici riducono i tempi del processo di maturazione. endopeptidasi

13 La produzione di AROMI Effetti diretti sulle qualità organolettiche del prodotto finito. (Enzimi coinvolti nel catabolismo degli amminoacidi, glutammato-deidrogenasi, transaminasi, idrossimetil- transferasi) Diacetile, acetaldeide etc.

14 La sintesi di ESOPOLISACCARDI Effetti diretti sulla texture del prodotto fermentato (Yogurt). Consente di ridurre la % di sostanza grassa.

15 batteri patogeni e/o alterativi La produzione di MOLECOLE ad ATTIVITA ANTIBATTERICA Si tratta di molecole di sintesi proteica (batteriocine), direttamente coinvolti nel processo di fermentazione, e in grado di contrastare lo sviluppo di microrganismi alterativi o patogeni. Rappresentano un valore aggiunto nelle caratteristiche di una coltura starter. ceppo batterico pro-tecnologico

16 La RESISTENZA AI BATTERIOFAGI Importante sia in fase produttiva di biomasse da utilizzare come starter che in fase di caseificazione In alcuni casi linduzione di un ciclo litico viene sfruttato per accelerare il processo di maturazione dei formaggi

17 Ladesione alle cellule epiteliali intestinali delle specie PROBIOTICHE … una delle condizioni essenziali per definire un ceppo probiotico

18 Adesione di Bifidobacterium bifidum NAB1 su cellule epiteliali intestinali coltivate in vitro (Caco-2 cell layer) Lactobacillus sp. B. Bifidum NAB1. B. Bifidum NAB1

19 genomi di piccole dimensioni (1,8 – 3 Mbp) il background culturale (biologia molecolare, genetica, biotecnologie) consente una loro facile annotazione … posso prevedere cosa sa fare un microrganismo sulla base della sequenza del suo genoma … attribuire a ciascun gene una funzione nel metabolismo cellulare Un aiuto dal sequenziamento dei genomi microbici

20 Streptococcus thermophilus - genome

21 La variabilità genetica e la biodiversità esistenti nel mondo microbico consentono, nella maggior parte dei casi, di individuare il microrganismo (ceppo) più adatto ad un determinato processo produttivo … quando ciò non è possibile … la selezione di mutanti naturali rappresenta un ottimo strumento per ottenere il nuovo microrganismo con le caratteristiche desiderate … … in ogni caso la costruzione di microrganismi geneticamente modificati può aiutare (in laboratorio) a comprendere le funzioni di singoli geni o gruppi di geni nel metabolismo cellulare e il loro contributo tecnologico … … esistono tecnologie Food-Grade per ottenere microrganismi ricombinanti …ma non sono attualmente accettate dai consumatori perché …


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