Carnobacterium és un gènere de bacteris grampositius de la família de les carnobacteriàcies (Carnobacteriaceae). Són uns dels responsables de fer malbé aliments com el peix, la carn i els productes lactis.
Són bacteris de l'àcid làctic en forma de bacil, catalasa positius. Són tolerants a un ampli interval de temperatures, creixen tant aeròbicament com anaeròbicament (anaerobis facultatius) i amb concentracions de diòxid de carboni altes. Metabolitzen l'arginina i altres carbohidrats, com ara la quitina.
Aquests microorganismes s'han estudiat al llarg de dues dècades per tal d'inhibir el deteriorament d'aliments com el peix i productes carnis. També s'ha destacat sobretot en la importància dels patògens del peix en la indústria de les piscifactories.
Aquest gènere malmet productes làctics com la llet, el formatge (mozzarella i formatge camembert entre altres), i també productes carnis i pesquers.Tot i així, es necessiten unes concentracions molt elevades dels microorganismes presents en els productes alimentaris per a poder dir que són els responsables de la seva alteració.
Taxonomia El gènere bacterià Carnobacterium forma part dels bactèris de l'àcid làctic dins la divisió Firmicutes, de l'ordre Lactobacillales i la família Carnobacteriaceae.
Espècies Encara hi ha molts Carnobacterium no classificats. En aquest gènere s'inclouen espècies com:
Carnobacterium funditium Carnobacterium gallinarum Carnobacterium inhibens Carnobacterium maltaromaticum Carnobacterium antarticum Carnobacterium mobile Carnobacterium divergens Carnobacterium pleistocenium Carnobacterium viridans Carnobacterium iners Carnobacterium jeotgali Carnobacterium alterfunditium
Entre les espècies conegudes, Carnobacterium maltaromaticum i C. divergens són les més estudiades i les que normalment es troben en els ambients relacionats amb els productes alimentaris, a causa dels seu potencial per produir diferents components antibacterians que poden inhibir el creixement de bacteris relacionats en el deteriorament d'aliments. S'ha aconseguit aïllar el seu genoma en l'ambient natural i en productes d'origen alimentari. Mitjançant una anàlisi de PCR del rRNA 16S-23S es pot identificar i discriminar entre espècies pertanyents al gènere Carnobacterium i altres espècies de bacteris de l'àcid làctic relacionades filogenèticament.
El genoma de Carnobacterium sp. està completament seqüenciat i va ser determinat gràcies al sistema 454 GS-FLX. També mitjançant la piroseqüenciació. El primer assemblatge de seqüències que es va fer va resultar en 19 scaffolds i 69 contings. Gràcies a la PCR i la tècnica de Sanger es van poder omplir els espais que quedaven. El genoma final de Carnobacterium comprèn un cromosoma amb uns 2,635,294 parells de bases i un plasmidi de 50,105 parells de bases.
Ecologia Aquests bacteris tenen la capacitat de créixer en condicions anòxiques, baixa temperatura (fins a 1,5 °C) i tolerar pressions molt extremes. Un exemple d'aquestes condicions és que s'ha pogut obtenir sis aïllats bacterians d'una extracció de permagel en una zona del nord-est de Sibèria i, mitjançant anàlisi del RNA ribosòmic, identificar les espècies com a pertanyents d'aquest gènere. De les espècies identificades, cinc estaven relacionades amb C. inhibens i una amb C. viridans. L'espècie C. pleistocenium, únicament s'ha pogut aïllar del permagel. També s'ha pogut observar la presència de Carnobacterium en altres ambients terrestres, com en el sòl del Canadà i en piles de compost. Per altra banda, també es pot trobar en ambients completament diferents com en l'intestí d'algunes arnes. Per aquest motiu, Carnobacterium es pot dir que apareix tant en ambients temperats com en ambients polars i, tant ambients aquàtics com terrestres poden ser el seus hàbitats naturals.
Del gènere de Carnobacterium, cal destacar que C. divergens i C. maltaromaticum són aïllats freqüentment de l'ambient i de productes alimentaris. Carnobacterium funditum ha sigut aïllat en poques ocasions en peixos i gambes. Per tant, quant als productes alimentaris, són bacteris freqüentment aïllats de mostres de menjar, especialment d'aquelles provinents de carn empaquetada al buit, en condicions anaeròbiques i a temperatura de refrigeració. Tot i així, el seu paper en el deteriorament de l'aliment encara no està del tot determinat. EspèciesFreqüència d'aïllamentAïllament de productes productes alimentàriesAmbientCarnobacterium divergensAltaProductes làctics, carn, peix i gambesInestí de peixos i permafrost alpí.C. gallinarumBaixaCarnPeixosC. inhibensMolt baixaNo reportadesSalmó atlànticC. maltaromaticumAltaProductes làctics, carn, peix i gambesPeixos sans i malalts, intestí mig d'arnes, oceà polar.C. viridansMolt baixCarnNo trobatC. mobileBaixaCarn i gambesPeixos Carnobacterium maltaromaticum i C.divergens han sigut aïllats de peixos tropicals com el Pseudoplatystoma i en tonyina procedent de l'oceà Índic empaquetat al buit. També s'ha trobat que C. divergens i C. maltaromaticum s'han pogut aïllar del gènere d'esfange en un estanc, així que pot sobreviure en aigua, encara que la seva supervivència en aquest ambient no es tan bona com altres bacteris grampositius relacionades.
Respecte a la flexibilitat de substrats, una espècie com Carnobacterium maltaromaticum, expressa activitat quitinasa ja que aquesta podria facilitar l'adherència i la supervivència en el zooplàncton i també pot explicar com aquestes espècies es poden trobar en la fase larvària de les arnes. La via d'arginina desaminasa és expressada també més freqüentment per diferents espècies d'aquest gènere com ara C. divergents, C. gallinarum, C. maltaromaticum o C. mobile; en canvi, no hi és present en C. inhibens i C. viridans. El gènere Carnobacterium és capaç de catabolitzar una gran varietat de carbohidrats. L'arginina pot representar una font d'energia addicional per al creixement i la supervivència quan hi ha una carència de carbohidrats i pot aportar una resistència enfront a estrès causat per un ambient àcid.
Productes alimentaris Per a que la seva activitat pugui influenciar les propietats d'un producte alimentari determinat, es necessiten grans concentracions de microorganisme, al voltant de més d'entre 10 a 107 unitats formadores de colònies (CFU) per gram. Per això, la seva cinètica és clau juntament amb la informació emmagatzemada sobre la seva incidència en productes processats o frescos. La presència de Carnobacterium en els productes diaris és més aviat no reportada ja que la majoria d'agars de mostreig utilitzats com Agar MRS o Agar Rogosa (utilitzat en l'enumeració de bacteris de l'àcid làctic) contenen acetat, que inhibeix el creixement de Carnobacterium.
Carnobacterium maltaromaticum juntament amb altres espècies del seu gènere s'han aïllat de llet, destacant C. divergens que s'ha detectat en una gran varietat de formatges. Carnobacterium divergens i C. maltaromaticum són presents en marisc i poden créixer en diferents concentracions i en diferents productes alimentaris, tant frescos com a lleugerament conservats. Diferents estudis de productes contaminats suggereixen quines són les condicions emmagatzematge i les característiques del producte seleccionat. Per marisc congelat no s'ha vist informes on C. divergens i C. maltaromaticum dominessin les comunitats microbianes en productes emmagatzemats aeròbicament, però se n'han vist informes en productes de diferents peixos que han estat emmagatzemats amb una atmosfera modificada.
Després de l'emmagatzemament per congelació, C. divergens i C. malaromaticum es veu que són particularment prominents en peixos refrigerats i en salmó, tonyina i bacallà. Aquest creixement és degut al fet que poden sobreviure a temperatures tan baixes com d'entre 2 a 1.5 °C, com s'ha vist en productes d'origen carni. A més a més, es coneix que són microorganismes predominants en comunitats microbianes com en la carn crua. Encara que també s'ha vist la presència d'aquest microorganisme en aliments carnis fermentats. Aquest gènere s'ha aïllat també de components de l'ou i s'ha vist que té l'habilitat de poder penetrar la closca de l'ou i contaminar tots els components de l'interior.
De les espècies descrites de Carnobacterium, només dues (C. divergens i C. matoromaticum) s'han trobat en una gran varietat de productes alimentaris de consum diari com ara la carn, el peixo les gambes.
Permagel Hi ha bacteris que s'han pogut aïllar en el permagel de Sibèria, on poden sobreviure a temperatures baixes, a una pressió de 7 hP i en una atmosfera enriquida amb diòxid de carboni i anòxica. Per altra banda, hi ha altres tipus en el sòl del Canadà subjectes a temperatures molt baixes.
Amb una quantificació mitjançant assajos de creixement es va poder demostrar que nou espècies compreses en aquest gènere de Carnobacterium podien créixer en el permagel: C. alterfunditum, C. divergens, C. funditium, C. gallinarum, C. inhibens, C. maltaromaticum, C. mobile, C. pleistocenium i C. viridans.
Bacteriocines i propietats antimicrobianes miniatura|Estructura resolta de la proteïna carnobacteriocina B2. Les espècies de Carnobacterium són sovint subjecte d'interès en recerca, particularment en l'exploració de cultius que podrien inhibir microorganismes que són patògens per a la carn i el peix o els deterioren. En productes alimentaris és comú trobar Carnobacterium, i sovint presenta la capacitat de produir pèptids antimicrobians i bacteriocines. Molts bacteris grampositius, sobretot bacteris de l'àcid làctic, secreten proteïnes o pèptids sintetitzats ribosomalment que tenen una activitat antimicrobiana. D'aquests compostos, les bacteriocines han demostrat tenir una activitat inhibitòria contra bacteris estretament relacionats, presentant un potencial ús com a biopreservadors.
Les característiques principals de les bacteriocines produïdes pel gènere Carnobacterium són: pes molecular baix (4.2 a 5 kDa) i un elevat punt isoelèctric, entre 9 i 10.
Les bacteriocines caracteritzades dels carnobacteris pertanyen a la classe I i a la classe II. Tot i que, fins ara, només una bacteriocina de la classe I, la UI149 (lantibiòtic), s'ha vist que és produïda per Carnobacterium. En canvi, deu seqüències aminoacídiques de bacteriocines són de classe II i, més específicament, de classe IIa, que comprèn petits pèptids semblants a pediocines.
Algunes de les bacteriocines trobades en Carnobacterium divergens i C. malatromaticum són: carnobacteriocina A (o Piscicolina 61), carnobacteriocina BM1 (també anomenada carnobacteriocina B1, Piscicolina V1b o Carnocina CP52), carnobacteriocina B2 (Carnocina CP52 o A9b) i psicicolina 126 (o Piscicolina V1a). A més a més, C. divergens també produeix piscicinia CS526, divercina V41, divercina M35, divercina A i divercina 750. També s'han observat les bacteriocines carnocina H i carnocina UI149 en Carnobacterium sp.
L'espectre d'inhibició de les bacteriocines de classe IIa carnobacterianes inclou Listeria i l'activitat antimicrobiana s'exerceix per la formació de porus, la dissipació del potencial de membrana i la filtració de substàncies internes de baix pes molecular. Per exemple, la soca Carnobacterium piscicola C2, aïllada del peix surubim fumat empaquetat al buit i conservat en fred, produeix una bacteriocina que inhibeix el creixement de Listeria monocytogenes en sucs de peix fumat i en homogenats de surubim a 10 °C.
Les bacteriocines de classe IIa són sintetitzades a nivell ribosomal com a pèptids inactius que són modificats post-transcripcionalment del pèptid líder N-terminal per tal d'alliberar pèptids actius i catiònics.
Aplicacions contra Listeria monocytogenes L'interès en l'aplicació de bacteriocines carnobacterianes en aliments i pinsos ha estat dirigida cap a la inhibició de L. monocytogenes i al creixement de microorganismes deteriorants, sobretot per allargar la vida útil de marisc lleugerament conservat.