IngredientesPropionibacterium freudenreichii pertenece al dominio Bacteria, filo Actinomycetota, clase Actinomycetes, orden Propionibacteriales, familia Propionibacteriaceae y género Propionibacterium. El género Propionibacterium pertenece a la clase de actinobacterias de alto contenido GC, y todas las especies de este género producen ácido propiónico como principal producto final metabólico. Los estudios taxonómicos distinguen claramente dos grupos de propionibacterias: cutáneas y lácticas (dairy). P. freudenreichii pertenece al grupo taxonómico de las propionibacterias lácticas, en contraste con la especie cutánea P. acnes.
P. freudenreichii se divide actualmente en dos subespecies, según el fenotipo de fermentación de lactosa y reducción de nitrato (lac+/nit− y lac−/nit+ para P. freudenreichii subsp. shermanii y subsp. freudenreichii, respectivamente). Sin embargo, también se ha reportado la existencia de cepas no clasificables (lac+/nit+ y lac−/nit−). La denominación taxonómica formal de Propionibacterium freudenreichii ocurrió en 1928 por el microbiólogo Cornelis B. van Niel, quien la clasificó dentro del género Propionibacterium con base en sus propiedades metabólicas, en particular su capacidad de fermentar carbohidratos hasta ácido propiónico en condiciones anaeróbicas.
Las propionibacterias son microorganismos grampositivos, anaerobios a aerotolerantes, no móviles, con alto contenido de GC. Las células adoptan con mayor frecuencia la forma de bastones pleomórficos (0.2–1.5 μm × 1–5 μm), pero también pueden ser cocoides, bífidas, ramificadas o filamentosas, con una longitud que puede llegar hasta 20 μm. Cuando se cultivan en medios sólidos, las colonias pueden aparecer lisas, convexas o rugosas. El genoma de P. freudenreichii CIRM-BIA1T consiste en un cromosoma circular de 2,616,384 pares de bases (pb) con un contenido de GC del 67%.
Hace más de un siglo, P. freudenreichii fue la primera especie láctica aislada del queso Emmental. Propionibacterium freudenreichii es una bacteria grampositiva y no móvil que desempeña un papel importante en la elaboración del queso Emmental, y en cierta medida, del queso Jarlsberg, Leerdammer y Maasdam. Su concentración en los quesos de tipo suizo es más alta que en cualquier otro queso. Aunque las propionibacterias lácticas se originan principalmente del entorno lácteo, también pueden aislarse de ensilaje, suelo, rumen y otros hábitats.
P. freudenreichii se cultiva y consume ampliamente en productos lácteos fermentados como el queso de tipo suizo y en suplementos probióticos alimentarios. Se emplea ampliamente tanto en la fabricación de productos lácteos fermentados como los quesos de tipo suizo como en la producción de complementos alimentarios probióticos, en forma de polvos liofilizados. Una preparación comercial destacada, el cultivo ET-3 (de Meiji Dairies Corporation), se suministra como un polvo liofilizado de color blanco anaranjado pálido. Se elabora agregando ascorbato de sodio al medio de cultivo ET-3, seguido de esterilización y liofilización. Se estima que hay presentes mil millones de células vivas de P. freudenreichii en un gramo de queso Emmental.
Propionibacterium freudenreichii fue descubierto y aislado por primera vez a principios del siglo XX por Eduard von Freudenreich y Sigurd Orla-Jensen. Descubrieron la bacteria mientras estudiaban la fermentación del ácido propiónico en el queso Emmental. Su género recibe su nombre del ácido propiónico, que esta bacteria produce, y el epíteto de la especie freudenreichii se nombra en honor a von Freudenreich.
Debido a su prolongado uso documentado en la elaboración de queso, y en particular en los quesos de tipo suizo, P. freudenreichii tiene una historia consolidada como microorganismo alimentario. Cuando se produce el queso Emmental, P. freudenreichii fermenta el lactato para formar acetato, propionato y dióxido de carbono (3 C3H6O3 → 2 C2H5CO2 + C2H3O2 + CO2). Los productos de esta fermentación contribuyen a los sabores dulces y a nuez del queso, y el dióxido de carbono resultante es responsable de la formación de los característicos agujeros, u "ojos", del queso. Los productores de queso controlan el tamaño de los agujeros modificando la acidez, la temperatura y el tiempo de curado de la mezcla.
P. freudenreichii es una bacteria asociada a los lácteos, utilizada tradicionalmente en la producción de quesos de tipo suizo y también para la producción a escala industrial de vitamina B12. Esta especie "generalmente reconocida como segura" (GRAS, por sus siglas en inglés) se utiliza tradicionalmente como fermento iniciador para quesos de tipo suizo, donde es responsable de los agujeros y de la producción de aroma, como productora de vitamina B12 y ácido propiónico en biotecnologías blancas, y como probiótico para uso en humanos y animales debido a sus propiedades bifidogénicas y antiinflamatorias.
Un producto libre de células de la fermentación de suero de leche utilizando P. freudenreichii ET-3 (7025) se ha utilizado como ingrediente alimentario en Japón, donde promovió el crecimiento de bifidobacterias mediante la acción del ácido 1,4-dihidroxi-2-naftoico (DHNA), aunque su seguridad mediante pruebas de toxicidad tradicionales no se evaluó formalmente hasta un período relativamente reciente.
Propionibacterium freudenreichii es una bacteria láctica tradicional y productora de ácidos grasos de cadena corta (ácidos propiónico y acético), así como de vitamina B12. Se han identificado diversas vías para la formación de compuestos de sabor del queso y productos finales metabólicos: el ciclo de Wood-Werkman para la formación de ácido propiónico, las vías de degradación de aminoácidos que dan lugar a la formación de ácidos grasos volátiles de cadena ramificada, y las esterasas implicadas en la formación de ácidos grasos libres y ésteres. El ácido propiónico (propionato) y el ácido acético (acetato) son los principales productos finales de ácidos grasos de cadena corta (AGCC) de la fermentación de P. freudenreichii y se consideran centrales en varios mecanismos de salud propuestos.
Propionibacterium freudenreichii es una bacteria de grado alimentario que ha atraído atención como productora de cantidades apreciables de cobalamina, una cobamida con actividad de vitamina B12. La vitamina B12 activa se distingue de la pseudovitamina por la presencia de 5,6-dimetilbenzimidazol (DMBI) como ligando inferior. El genoma de P. freudenreichii posee una enzima de fusión BluB/CobT2 implicada en la producción de la forma activa de la vitamina B12. Comprender los mecanismos que afectan la síntesis de las diferentes formas de cobalamina es importante en el contexto de la selección de cepas. Treinta genes están implicados en la biosíntesis de la vitamina B12 en P. freudenreichii.
La investigación ha demostrado que los productos de cereales pueden fortificarse naturalmente con B12 activa hasta un nivel nutricionalmente relevante mediante la fermentación con P. freudenreichii. La vitamina B12 está naturalmente presente solo en alimentos de origen animal y en ciertos alimentos vegetales fermentados o productos fortificados. Según una revisión de la OMS, las deficiencias de B12 y folato pueden constituir problemas de salud pública en todo el mundo, particularmente en países en desarrollo debido a un consumo inadecuado de alimentos de origen animal; en países más ricos, los vegetarianos, los veganos y las personas mayores corren riesgo de deficiencia.
Durante la fabricación, P. freudenreichii es responsable de la producción de los beneficiosos ácidos grasos de cadena corta acetato y propionato, las vitaminas B9 (folato) y B12 (cobalamina), y los compuestos bifidogénicos DHNA (ácido 1,4-dihidroxi-2-naftoico) y ACNQ (2-amino-3-carboxi-1,4-naftoquinona). En la industria alimentaria, P. freudenreichii también se utiliza como productora de vitaminas, ya que ciertas cepas tienen la capacidad de producir vitaminas como la riboflavina y la cobalamina (vitamina B12). Además de ser una excelente fuente de trehalosa y de vitaminas B12, B9 y K, se ha reportado que las propionibacterias fortalecen el sistema inmunitario y eliminan micotoxinas del tracto digestivo.
Las propionibacterias producen los ácidos grasos de cadena corta (AGCC) acetato y propionato, así como otros metabolitos beneficiosos como las vitaminas B9 y B12, además del ácido 1,4-dihidroxi-2-naftoico (DHNA) y la 2-amino-3-carboxi-1,4-naftoquinona (ACNQ), que fueron descritos como estimuladores del crecimiento bifidogénico. La modulación de la microbiota intestinal depende de la producción de las moléculas DHNA y ACNQ, que favorecen a las bifidobacterias a expensas del patobionte Bacteroides.
Se han identificado proteínas relacionadas con la pared celular, proteínas de tipo capa S, proteínas "moonlighting" y proteínas relacionadas con las interacciones con el huésped como agentes importantes en la inmunomodulación de la cepa CIRM-BIA 129 de P. freudenreichii. Específicamente, los estudios reportaron el papel de la proteína de capa superficial B (SlpB) de esta cepa en la adhesión bacteriana a células intestinales HT-29 y en la inmunomodulación, así como el de la proteína de capa superficial grande A (LspA) de la cepa P. UF1 en la regulación de las células dendríticas colónicas durante la inflamación mediante unión a SIGNR1.
Las vesículas extracelulares (VE) son estructuras esféricas nanométricas involucradas en la comunicación intercelular, y las VE bacterianas están asociadas con varios procesos, incluidos la supervivencia, la competencia, la patogénesis y la inmunomodulación. Entre las bacterias grampositivas probióticas, algunas cepas de P. freudenreichii exhiben actividad antiinflamatoria notablemente a través de proteínas de superficie como SlpB. La evidencia sugiere que, además de la exposición superficial y secreción de proteínas, P. freudenreichii puede producir VE que exportan proteínas inmunomoduladoras para interactuar con el huésped.
P. freudenreichii produce un compuesto bifidogénico que ayuda a estimular el crecimiento bifidobacteriano. Los experimentos in vivo indican que el consumo de P. freudenreichii produce una modulación de la microbiota intestinal, incluido el aumento de la población bifidobacteriana y la disminución de Clostridium y Bacteroides. También se reportó una modulación de la actividad enzimática del contenido intestinal, incluido el aumento de la actividad de beta-galactosidasa y la disminución de las actividades de beta-glucuronidasa y azorreductasa.
Se sabe que P. freudenreichii se adhiere a las células epiteliales intestinales y al moco, y que modula funciones importantes de la mucosa intestinal, incluida la proliferación celular y la respuesta inmunitaria. La eliminación de las proteínas de capa superficial (capa S) de las propionibacterias, que están ancladas de forma no covalente a la superficie celular mediante un dominio de homología de capa S (SLH), suprimió la inducción de citocinas antiinflamatorias. En ensayos in vitro, la cepa silvestre de P. freudenreichii redujo la expresión de las citocinas IL-8 y TNF-α en células HT-29 estimuladas con LPS; una cepa mutante carente de la proteína SlpB no lo consiguió.
En 2012, Cousin y colaboradores demostraron que las propionibacterias lácteas inducen la producción de la citocina reguladora IL-10 ex vivo en explantes de mucosa colónica porcina y disminuyen la producción de citocinas proinflamatorias como la IL-8 y el factor de necrosis tumoral alfa (TNFα) en la mucosa intestinal de lechones tras la estimulación con lipopolisacárido (LPS).
Se demostró que las propionibacterias lácteas grampositivas, como la especie probiótica P. freudenreichii, inducen la apoptosis de células de cáncer de colon a través de la vía apoptótica intrínseca. Estas propionibacterias inducen la apoptosis mediante la producción de AGCC no solo in vitro, sino también in vivo en ratas asociadas a microbiota humana. Curiosamente, P. freudenreichii potencia la apoptosis y reduce la proliferación únicamente en el contexto de la carcinogénesis, y no en condiciones saludables. Cabe destacar que P. freudenreichii no muestra citotoxicidad ni inhibe la proliferación de células colónicas normales, como las células epiteliales intestinales humanas (HIEC).
El prometedor potencial probiótico de P. freudenreichii depende en gran medida de la liberación activa de metabolitos beneficiosos dentro del intestino, así como de la expresión de proteínas de superficie clave implicadas en la inmunomodulación. La adaptación al entorno del colon es un requisito indispensable para la liberación activa de metabolitos beneficiosos de las propionibacterias y constituye un cuello de botella para la actividad metabólica in vivo. Para desencadenar efectos beneficiosos en el tracto digestivo, es crucial que las propionibacterias se consuman vivas, lo cual depende estrechamente de la tecnología de secado utilizada.
Se ha demostrado que el cultivo P. freudenreichii ET-3, un producto libre de células de la fermentación de suero de leche, promueve el crecimiento de bifidobacterias mediante la acción del ácido 1,4-dihidroxi-2-naftoico (DHNA), y por lo tanto tiene un uso potencial en las industrias alimentaria y de suplementos. En humanos, P. freudenreichii alivió la constipación en 41 mujeres jóvenes sanas. Se han realizado estudios en voluntarios humanos para evaluar los efectos bifidogénicos del consumo de P. freudenreichii, con evidencia de que las poblaciones bifidobacterianas en el colon se estimulan selectivamente. Determinadas cepas de P. freudenreichii pueden modular la microbiota intestinal tanto en el contexto de colitis como en condiciones saludables.
Fortaleza de la evidencia: El efecto bifidogénico es una de las actividades mejor caracterizadas de P. freudenreichii, respaldada tanto por estudios en voluntarios humanos como por trabajos mecanísticos in vitro/in vivo. Sin embargo, los estudios humanos disponibles son generalmente pequeños y no constituyen ensayos controlados aleatorizados con potencia estadística completa; se necesitan ensayos más amplios y rigurosamente controlados para confirmar la significancia clínica.
Se demostró que el suero de leche fermentado por P. freudenreichii alivia los síntomas de la colitis ulcerosa en humanos. P. freudenreichii también se administró oralmente a pacientes humanos en un estudio piloto, resultando prometedor para el tratamiento de la colitis ulcerosa. En este estudio piloto en humanos, P. freudenreichii mejoró los síntomas de la colitis ulcerosa leve a moderada. En trabajos preclínicos, P. freudenreichii también aceleró la curación en ratas con colitis.
Un estudio evaluó si el cultivo de suero de leche con P. freudenreichii ET-3 (que tiene reportada actividad bifidogénica) era eficaz en la colitis inducida por ácido 2,4,6-trinitrobencensulfónico (TNBS) en ratas. La colitis se indujo mediante inyección intracolónica de TNBS; luego se administró el cultivo de suero de leche por vía oral en dosis de 1 y 3 g/kg dos veces al día durante 9 días. En el décimo día, se sacrificaron las ratas y se midió el tamaño de la úlcera. El cultivo de suero de leche aceleró significativamente la curación de la colitis de manera dependiente de la dosis, mientras que el medio de cultivo solo no lo hizo.
El DHNA atenuó la inflamación mediante la modulación de la microbiota bacteriana intestinal y la supresión de la infiltración de linfocitos. También se ha demostrado que las cepas de P. freudenreichii, aisladas o asociadas con otras bacterias probióticas, atenúan la colitis inducida por ácido trinitrobencensulfónico (TNBS) en ratones BALB/c.
Fortaleza de la evidencia: La evidencia de P. freudenreichii en la EII/colitis incluye un pequeño estudio piloto en humanos y múltiples estudios en animales que muestran efectos beneficiosos consistentes. El estudio piloto en humanos se describe como un estudio piloto con poder estadístico limitado; no constituye evidencia de alto nivel. Los datos preclínicos son de apoyo pero no pueden extrapolarse directamente a la eficacia en humanos.
Un estudio en ratas evaluó el impacto de P. freudenreichii contra el cáncer colorrectal (CCR) inducido por azoximetano (AOM). El experimento se realizó usando cuatro grupos de ratas SD: control normal, grupo AOM, grupo PF (1 × 109 UFC/mL) y control con fármaco estándar (5-fluorouracilo, 35 mg/kg). La tinción con azul de metileno de los tejidos de colon mostró que la administración de PF redujo significativamente la formación de focos de criptas aberrantes (FCA) colónicas en comparación con el grupo control AOM.
In vitro, se descubrió que P. freudenreichii inicia la apoptosis de células de cáncer gástrico humano HGT-1 al actuar sobre las mitocondrias de las células de cáncer colorrectal a través del metabolito propionato. Además, varios estudios han demostrado que P. freudenreichii exhibe efectos inhibitorios sobre diversas líneas celulares de carcinoma de colon, incluidas las células HT-29, HeLa y CaCo-2. P. freudenreichii subsp. shermanii induce la apoptosis de células de cáncer de colon, lo cual se atribuye a la producción de propionato y acetato.
Se obtuvo una primera leche fermentada exclusivamente por P. freudenreichii y se demostró que induce apoptosis en células de cáncer gástrico humano HGT-1.
Fortaleza de la evidencia: Faltan estudios clínicos en esta área, y no está claro si los resultados en cultivos celulares y animales serán en absoluto relevantes para los cánceres humanos. Toda la evidencia relacionada con el cáncer de P. freudenreichii se encuentra actualmente en fase preclínica in vitro y en animales. No se han publicado ensayos clínicos en humanos que evalúen a P. freudenreichii como intervención oncológica.
P. freudenreichii CIRM-BIA 129 es una bacteria probiótica que ejerce efectos inmunomoduladores. Esta cepa posee proteínas de superficie extraíbles, incluida SlpB, que están implicadas en el efecto antiinflamatorio y en la adhesión a las células epiteliales. Los investigadores examinaron el impacto de la mutación del gen slpB en la inmunomodulación in vitro e in vivo. Este trabajo demostró que un mutante de P. freudenreichii carente de SlpB pierde la capacidad de regular las citocinas proinflamatorias en células HT-29 estimuladas con LPS y de aliviar la mucositis inducida por 5-FU. Las guías clínicas para el manejo de la mucositis han añadido recientemente una sugerencia para el uso de probióticos.
Fortaleza de la evidencia: La evidencia para la mitigación de la mucositis proviene de estudios in vitro y en animales que demuestran plausibilidad mecanística (inmunomodulación dependiente de SlpB). No se han publicado datos clínicos en humanos específicamente para P. freudenreichii en este contexto.
Un estudio investigó el impacto potencial de P. freudenreichii CIRM-BIA129, una bacteria probiótica inmunomoduladora reconocida, en el desarrollo de alergia alimentaria en un modelo murino. Se evaluaron los efectos preventivos de este probiótico en el contexto de una alergia inducida por gliadina de trigo. Tras la sensibilización con gliadinas, se monitorearon parámetros clínicos e inmunológicos después de una provocación oral con gliadina de trigo.
Fortaleza de la evidencia: Solo preclínica (modelo murino). No hay datos disponibles en humanos. El estudio proporciona la generación de una hipótesis mecanística, no evidencia clínica.
P. freudenreichii es una productora de ácidos grasos de cadena corta y vitamina B12, y es un organismo prometedor para la fortificación in situ de alimentos con vitamina B12, ya que está generalmente reconocida como segura y es capaz de sintetizar la forma biológicamente activa de la vitamina. Se produjo un contenido de 12–37 μg/kg de B12 activa en matrices de tipo pan; este contenido aumentó 10 veces con la suplementación con cobalto y alcanzó 940–1,480 μg/kg con cobalto y DMBI simultáneamente. Con la suplementación de riboflavina y nicotinamida, la producción de B12 en el medio suplementado con cobalto aumentó a 712 μg/kg.
Fortaleza de la evidencia: La capacidad de P. freudenreichii para producir y suministrar vitamina B12 biológicamente activa está bien documentada a nivel de la ciencia de los alimentos. La investigación continúa para optimizar las condiciones de producción para aplicaciones prácticas de fortificación, particularmente para alimentos de origen vegetal. Los resultados clínicos de la fortificación con B12 mediante alimentos fermentados con P. freudenreichii específicamente en humanos aún no se han reportado ampliamente en ensayos controlados.
P. freudenreichii se emplea ampliamente tanto en la fabricación de productos lácteos fermentados como los quesos de tipo suizo como en la producción de complementos alimentarios probióticos, en forma de polvos liofilizados.
Las siguientes dosis se reportan en estudios específicos y se citan directamente de los materiales de origen:
P. freudenreichii tiene el estatus GRAS (generalmente reconocido como seguro) de acuerdo con una larga y documentada historia de uso seguro en alimentos. P. freudenreichii y P. acidipropionici también han sido incluidas en la lista QPS (Presunción Cualificada de Seguridad) por la autoridad europea de seguridad alimentaria.
Mediante genómica comparativa, no se identificaron en P. freudenreichii factores de patogenicidad encontrados en P. acnes ni en otras especies microbianas patógenas, lo cual es consistente con el estatus de generalmente reconocido como seguro y de presunción cualificada de seguridad de P. freudenreichii.
En un estudio de toxicidad oral de 4 semanas, la administración de 6,000 mg/kg de peso corporal/día de cultivo de P. freudenreichii ET-3 no produjo efectos adversos relacionados con el compuesto en signos clínicos, peso corporal, consumo de alimento, oftalmología, hematología, química clínica, análisis de orina, peso de órganos y hallazgos macroscópicos y microscópicos en ratas Sprague-Dawley macho y hembra.
En el estudio humano de 13 semanas, los cambios en los parámetros hematológicos (proteína total, recuento de leucocitos, hemoglobina, concentración media de hemoglobina corpuscular) observados respecto al valor basal se consideraron no atribuibles a la suplementación con el cultivo de P. freudenreichii ET-3, dado que todos los parámetros permanecieron dentro de los rangos normales y no fueron consistentes con ningún efecto clínicamente significativo.
El género Propionibacterium comprende tanto especies cutáneas (incluida la conocida P. acnes), que pueden actuar como patógenos oportunistas, como especies lácteas, que no tienen efectos adversos reportados. Las especies lácteas Propionibacterium freudenreichii y Propionibacterium acidipropionici son claramente distintas de las especies cutáneas. Esta distinción es clínicamente importante: P. freudenreichii no debe confundirse con las propionibacterias cutáneas asociadas al acné o a infecciones oportunistas.
P. freudenreichii ha recibido el estatus GRAS por su uso en el queso en poblaciones sanas. La seguridad de su consumo en pacientes con cáncer con inmunidad y barrera mucosa comprometidas se ha señalado específicamente como algo que requiere mayor investigación.
Un cuello de botella en la producción de suplementos probióticos es la supervivencia limitada de P. freudenreichii durante el proceso de secado y el almacenamiento. Se han aplicado pretratamientos protectores, pero pueden conferir una resistencia mejorada solo de manera dependiente de la cepa, y se ha publicado muy poca información sobre la adaptación de P. freudenreichii a la liofilización hasta tiempos recientes.
El artículo de prueba del cultivo P. freudenreichii ET-3 utilizado en los estudios formales de seguridad se suministra en un medio a base de suero de leche como polvo liofilizado. Esto es una consideración para las personas con alergia a la proteína de la leche de vaca o intolerancia a la lactosa, ya que la matriz de la preparación puede contener componentes derivados de lácteos.
Condiciones de salud que Propionibacterium freudenreichii puede ayudar a apoyar.
Propionibacterium freudenreichii subsp. shermanii fue un componente clave del ECA humano de referencia (El-Nezami et al., Am J Clin Nutr 2006) que descubrió que una intervención probiótica de 5 semanas en hombres jóvenes chinos redujo significativamente los biomarcadores urinarios de aflatoxina y disminuyó el riesgo de cáncer de hígado. Es una de las pocas bacterias probióticas con evidencia clínica humana directa para la reducción de micotoxinas cuando se usa en combinación con Lactobacillus rhamnosus.
Sistemas corporales que Propionibacterium freudenreichii puede ayudar a apoyar.
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