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Las nuevas técnicas de análisis metagenómico permiten caracterizar de forma completa las comunidades microbianas presentes en alimentos y entornos de trabajo.

Metasafe, un nivel superior de conocimiento sobre la microbiota

Doctor Fernando Lorenzo, director de Innovación y Calidad en Betelgeux

28/09/2016
Nuestro mundo está dominado por los microbios. Aunque generalmente no podemos verlos, los microbios son esenciales para todos los aspectos de la vida en el planeta. Su abundancia y diversidad en el entorno es enorme: un litro de agua marina o un kg de tierra pueden contener mil millones de microorganismos y hasta 100.000 especies diferentes.
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La abundancia y diversidad de microbios se extiende a los alimentos, que albergan numerosas especies de microorganismos y a las superficies en contacto con los mismos. Desafortunadamente, se estima que el 99% de los microorganismos existentes no son cultivables en condiciones de laboratorio. Esto limita enormemente nuestra capacidad para conocer de forma detallada la flora microbiana presente en alimentos y entornos de trabajo, y para identificar los microorganismos que pueden causar problemas de calidad o seguridad en los alimentos.

Uno de los acontecimientos más notables en el campo de la ecología microbiana en los últimos años es el desarrollo de la metagenómica, favorecido por los avances producidos en técnicas de secuenciación genética masiva y en las técnicas informáticas para el procesado de datos. La metagenómica se define como el análisis directo del material genético contenido en una muestra. Esta técnica no precisa el cultivo de microorganismos y permite conocer la identidad de los microorganismos presentes en la muestra a nivel de género y, en muchas ocasiones, de especie.

El estudio de la diversidad bacteriana en muestras de alimentos y superficies se basa en la secuenciación del fragmento de ADN bacteriano que codifica la formación del RNA ribosomal 16S. El gen 16S rRNA está presente en todas las bacterias y presenta regiones fuertemente conservadas y comunes a todas ellas, lo que permite el diseño de reactivos específicos para la extracción y amplificación de estos fragmentos. Asimismo, el gen 16S rRNA contiene regiones variables, específicas de géneros y especies bacterianos, lo que permite su identificación.

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Figura 1. Representación esquemática de los procesos implicados en el análisis metagenómico de muestras ambientales.

La utilidad y relevancia de esta técnica es enorme para afrontar problemas relacionados con la presencia de microorganismos no deseados en los alimentos e instalaciones de producción: alteración de los alimentos, intoxicaciones de origen alimentario, contaminación persistente, etc. Sin embargo, el estudio metagenómico no es trivial, y requiere un adecuado ajuste de los protocolos de recogida de muestras y extracción del material genético, así como un complejo análisis bioinformático de los resultados obtenidos y su posterior interpretación. Por estas razones, es necesario un profundo conocimiento del proceso de secuenciación genética, así como de la ecología microbiana en la industria alimentaria para conseguir un estudio exitoso. El servicio MetaSafe, ofrecido por las empresas Betelgeux e Imegen agro, es una herramienta pionera en la industria alimentaria, y gracias a la especialización de los equipos técnicos y al esfuerzo realizado por ambas empresas, ya se encuentra disponible en el mercado.

Las aplicaciones de esta tecnología para la mejora de los procesos de producción e higiene de alimentos son numerosas, todas ellas basadas en la adquisición de un nivel de conocimiento de la comunidad microbiana superior al que es posible obtener mediante técnicas convencionales. Por ejemplo, el estudio metagenómico periódico de alimentos e instalaciones permite establecer una ecología microbiana típica, representativa de los procesos de producción e higiene normales. De esta forma, es posible identificar alteraciones en la comunidad microbiana relacionadas con alteraciones o degradación de los alimentos o con cambios en los procesos de producción e higiene. Así, es posible adquirir mayor conocimiento sobre la relación entre las propiedades de los alimentos, su microbiota y la microbiota del entorno que los rodea, lo que permite generar procesos productivos más robustos y fiables.

A continuación se muestran de forma resumida los resultados obtenidos en un ensayo del servicio MetaSafe, en el que se tomaron muestras de distintas superficies de trabajo en dos industrias pesqueras diferentes (ver Tabla 1).

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Tabla 1. Resumen de características de la ecología microbiana encontrada en muestras tomadas en dos industrias pesqueras mediante análisis metagenómico (servicio MetaSafe).

Los resultados obtenidos permiten evaluar el amplio rango de información que proporciona el análisis metagenómico frente al control microbiológico convencional. Las muestras analizadas muestran una compleja composición microbiana, cuyas características son específicas de la industria analizada. Así, en una de las industrias pesqueras estudiadas se identificaron un total de 1289 especies bacterianas, pertenecientes a 563 géneros distintos, siendo Vibrio y Cobetia los predominantes. En la segunda industria estudiada, se identificaron un total de 1455 especies, pertenecientes a 648 géneros bacterianos, entre los que Pseudomonas y Acinetobacter fueron los predominantes.

Aparte de las diferencias encontradas entre las comunidades microbianas en ambas industrias, se encontraron también similitudes y diferencias entre grupos de muestras de la misma industria. Por ejemplo, las muestras de suelos presentaron una composición microbiana sustancialmente diferente a las muestras recogidas en cintas y superficies de acero inoxidable, que mostraron una composición más homogénea entre las mismas.

Finalmente, el estudio realizado permitió evaluar el impacto de las actividades de limpieza y desinfección sobre la flora microbiana de las superficies. Así, se encontró que determinados procedimientos y productos utilizados afectan de forma desigual a las diferentes bacterias encontradas, de manera que es necesario ajustar estos procesos de higiene a la ecología microbiana particular de cada caso.

La información obtenida en el estudio descrito no se puede obtener de forma viable mediante métodos convencionales, basados en el cultivo o en la identificación individual de los microorganismos en la muestra. La potencia del análisis metagenómico para el estudio de comunidades microbiológicas complejas supone una herramienta potencialmente revolucionaria para el sector alimentario. La aplicación de estas técnicas, acompañada de un adecuado diseño de los estudios e interpretación de los resultados, permite conocer en detalle las interacciones de las comunidades microbianas de alimentos y su entorno con distintos factores productivos y de higiene. Esto permite, por un lado, ajustar estos procesos productivos y de higiene a las características particulares de cada industria alimentaria, teniendo en cuenta la idoneidad en el uso de los distintos principios activos biocidas permitidos, así como la necesidad de ajustar la rotación de estos principios activos sobre la base de estos resultados. Por otro lado, mediante este conocimiento es posible diseñar nuevos procesos que mejoren las propiedades, calidad y seguridad de los alimentos producidos.

Las crecientes demandas sociales, normativas y técnicas a las que está sometida la industria alimentaria requieren una evolución constante y alto grado de profesionalización de todos sus procesos, incluido el mantenimiento de la higiene. Por esta razón, es necesario incorporar los avances que se producen en distintas disciplinas científicas y tecnológicas, como es el caso del análisis metagenómico, con el fin de mejorar los procesos productivos y la competitividad de las industrias. Consideramos que esta nueva herramienta de control microbiológico nos va a permitir ajustar y optimizar los procesos de limpieza y desinfección industriales, pudiendo controlar de manera exhaustiva la eficacia y eficiencia de los protocolos establecidos. También podremos así detectar aquellas zonas o puntos de las plantas de procesado en las que por resultados incorrectos deberemos actuar de manera diferente, por ejemplo identificando con técnicas de control específicas (TBF 300S), la posible presencia de biofilms.

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