Assessment of potential probiotic properties of lactic acid bacteria and yeasts isolated from kefir fermentation

Abstract

Resumo: A seleção de microrganismos probióticos segue o modelo estabelecido pela Organização Mundial da Saúde (OMS) desde 2002. Esse guia inclui testes básicos, como agregação, co-agregação, hidrofobicidade, resistência as condições do trato gastrointestinal e resistência a antibióticos. Todo microrganismo isolado para fins probióticos requer essas validações. Porém, desde 2002 novas tecnologias e metodologias vem sendo utilizadas e desenvolvidas para avaliação de outras características pertinentes, como produção de antioxidantes, produção de enzimas digestivas e capacidade de proteção ao DNA. Apesar de se tratar de técnicas com alto valor tecnológico e industrial, ainda são negligenciadas em muitos trabalhos, e espécies com características únicas são desprezadas. Esse trabalho teve como objetivo propor um novo modelo de seleção, incluindo técnicas de biologia molecular para identificação de novas espécies probióticas e validar esse método com cepas derivadas do kefir. O trabalho foi dividido em dois capítulos, sendo que o primeiro contém a revisão bibliográfica de técnicas utilizadas para seleção e proposta do novo modelo, e a validação do método de isolamento e seleção no segundo capítulo. De acordo com o levantamento de novas técnicas, é possível observar que bactérias láticas e leveduras possuem capacidade de proteção ao DNA, produção de antioxidantes, e produção de diversas enzimas que podem ser utilizadas de diversas maneiras na indústria. Sendo assim, um novo modelo de seleção foi proposto, incluindo novas técnicas e aplicações. Em seguida, o modelo foi utilizado para isolar e caracterizar cepas isoladas da fermentação de mel por grãos de kefir. Três cepas foram capazes de sobreviver através do trato gastrointestinal, sendo elas Lactobacillus satsumensis (LPBF1), Leuconostoc mesenteroides (LPBF2) e Sacharomyces cerevisiae (LPBF3). Através da técnica molecular Cometa foi possível verificar que as cepas foram capazes de proteger o DNA contra o estresse oxidativo, além de produzirem antioxidantes e possuirem atividade antimicrobiana. Com isso é possível afirmar que o modelo proposto é capaz de selecionar microrganismos probióticos com características específicas.

Abstract: The probiotic microorganisms selection follows the model stablished by the World Health Organization (WHO) since 2002. This guide includes basic methods, such as aggregation, co-aggregation, hydrophobicity, survival in the gastrointestinal tract, and antibiotic resistance. Every microorganism isolated for probiotic proposes requires this validation. However, since 2002 new technologies and methodologies have been used and developed to evaluate other relevant characteristics, like the production of antioxidants, digestive and sensorial enzymes, and DNA protective capacity. Despite the fact these techniques possess high technologial and industrial values, they are still negligenciated in some studies, and species with unique characteristics are despised. This work's objective was to propose a new selection model, including molecular biology techniques for identification of new probiotic species, and to validate this method through kefir strains. This work was divided in two chapters; the first has the bibliographic review of techniques used for selection and the new method propose. The isolation and selection validation are included in the second chapter. According to the new techniques review, it is possible to observe that lactic acid bacteria and yeasts have the capacity to protect the DNA against damages, antioxidant and enzymes production that can be used in several industrial applications. Therefore, a new selection model was suggested including novel techniques and applications. Followed by that, the model was used to isolate and characterize strains from the fermentation of honey by kefir grains. Three strains were able to survive through the gastrointestinal tract; Lactobacillus satsumensis (LPBF1), Leuconostoc mesenteroides (LPBF2) and Sacharomyces cerevisiae (LPBF3). By the molecular biology technique, the comet assay, it was possible to evaluate the DNA protection against oxidative stress, besides the antioxidant production, and antimicrobial activity. With this it can be affirmed that the proposed method can select probiotic microbes with specific characteristics.