Autochthonous lactic acid bacteria from raw milk and soft cheese: screening of bacteriocinogenic cultures, characterization of antagonistic activity and molecular identification

A qualidade microbiológica do leite cru brasileiro é reflexo das precárias condições de higiene usualmente observadas em sua produção. Como consequência, esse produto e seus derivados apresentam altas contagens de microrganismos indicadores de higiene, sugerindo a presença de patógenos. Entretanto, devido a sua fraca capacidade de competição, os patógenos sofrem interferência direta da microbiota autóctone desses produtos. Essa interação é confirmada pela baixa ocorrência desses microrganismos em leite e derivados com elevadas contagens de indicadores de higiene. As bactérias ácido láticas (BAL) são os principais componentes da microbiota láctea que determinam essa interferência, pela habilidade de produzir diversas substâncias com atividade antimicrobiana, como as bacteriocinas. Diversas bacteriocinas são descritas na literatura, como nisina, plantaricina e enterocinas, e são caracterizadas por possuírem atividade antagonista contra diversos patógenos e microrganismos deteriorantes, sendo frequentemente utilizadas como ferramentas para garantia da segurança alimentar. Os objetivos desse estudo foram caracterizar a microbiota de amostras de leite cru e queijo minas frescal, relacionar as populações de BAL com a de outros grupos naturalmente presentes, detectar BAL com atividade antagonista e caracterizar sua natureza bacteriocinogênica, identificar essas culturas por sequenciamento genético, e detectar a presença de genes codificadores de nisina. Amostras de leite cru (n = 36) e queijo minas frescal produzido com leite cru (n = 18) foram coletadas na região de Viçosa, MG e submetidas à pesquisa de aeróbios mesófilos, coliformes totais e Escherichia coli, BAL, Estafilococos coagulase positivoss (ECP), Listeria monocytogenes e Salmonella sp. A partir das placas semeadas para enumeração de BAL, 389 culturas foram aleatoriamente selecionadas e avaliadas quanto à produção de substâncias antimicrobianas com atividade contra L. monocytogenes, S. aureus, Salmonella Typhimurium e Lactobacillus sakei, e quanto à produção de bacteriocinas contra L. monocytogenes. Vinte culturas identificadas como bacteriocinogênicas foram submetidas a testes enzimáticos para confirmação da natureza protéica, à identificação molecular e análise filogenética. O DNA das culturas identificadas como Lactococcus lactis subsp. lactis foram submetidas à reação em cadeia da polimerase para detecção de genes codificadores de nisina. As amostras analisadas apresentaram altas contagens de indicadores de higiene e BAL, baixas contagens de E. coli e ECP e ausência de Salmonella sp. ou L. monocytogenes. As populações de BAL apresentam alta correlação com as populações de aeróbios mesófilos, sugerindo a participação efetiva desse grupo na microbiota das amostras. Foram observadas altas frequências de amostras contendo BAL com atividade antagonista contra os microrganismos alvo, com exceção à S. Typhimurium. Cinquenta e oito (14,9%) culturas de BAL apresentaram atividade bacteriocinogênica contra L. monocytogenes. As culturas submetidas à confirmação da natureza protéica das substâncias antimicrobianas apresentaram distintos padrões de sensibilidade a enzimas, confirmando a produção de bacteriocinas. As culturas bacteriocinogênicas foram identificadas como Lactobacillus plantarum (2) e Lc. lactis subsp. lactis (18), com similaridade genética em diferentes isolados, e agrupadas em diferentes grupos filogenéticos. Das 18 culturas identificas como Lc. lactis subsp. lactis, 7 apresentaram genes relacionados a codificação de nisina. Os resultados obtidos indicam a presença de BAL bacteriocinogênicas como constituintes da microbiota de leite cru e queijo minas frescal, com potencial antagonista contra patógenos. Essas culturas apresentaram diferentes perfis genéticos e quanto à produção de bacteriocinas, revelando seu uso potencial no controle de L. monocytogenes em alimentos.The poor microbiological quality of Brazilian raw milk as a result of poor hygienic conditions usually observed during the production. As consequence, raw milk and dairy products present high levels of hygiene indicators microorganisms, suggesting the presence of pathogens. However, pathogens have low competitive ability, suffering direct interference of the autochthonous microbiota of these products. This interference is confirmed by the low occurrence of pathogens in milk and dairy products with poor microbiological quality. Lactic acid bacteria (LAB) are the main member of dairy microbiota that establishes this interference, due their ability of producing several antimicrobial substances, like bacteriocins. Innumerable bacteriocins are described in literature, such as nisin, plantaricin and enterocins, and they are characterized by their antagonistic activity against pathogens and spoilage microorganisms, and they are often used as tools for food safety. The objectives of this study were characterize the microbiota of raw milk and soft cheese, associate the LAB population with other microbiological indicators, detect LAB that present antagonistic activity and characterize their bacteriocinogenic nature, identify the antagonistic cultures by genetic sequencing, and detect the presence of nisin genes. Raw milk samples (n = 36) and raw milk soft cheese (n = 18) were collected in Viçosa region, MG and submitted to microbiological analysis for mesophilic aerobes, total coliforms, Escherichia coli, LAB, Coagulase positive Staphylococcus (CPS), Listeria monocytogenes and Salmonella sp. Considering the LAB enumeration plates, 389 cultures were randomly selected and evaluated to the production of antimicrobial substances against L. monocytogenes, S. aureus, Salmonella Typhimurium and Lactobacillus sakei, and to the production of bacteriocins against L. monocytogenes. 20 bacteriocinogenic cultures were submitted to enzymatic tests to confirm the protein nature of antagonistic substances, molecular identification by genetic sequencing and phylogenetic analysis. The cultures identified as Lactococcus lactis subsp. lactis were submitted to polymerase chain reaction in order to detect genes related to nisin codification. The analyzed samples presented higher counts of hygiene indicators microorganisms and LAB, low counts of E. coli and CPS, and absence of Salmonella sp. and L. monocytogenes. LAB populations presented high correlation indexes with mesophilic aerobes, suggesting the effective participation of this group in the microbiota of the samples. It was observed high frequencies of samples presenting autochthonous LAB with antagonistic activity against the target microorganisms, except against S. Typhimurium. 58 (14.9%) LAB cultures presented bacteriocinogenic activity against L. monocytogenes. The LAB cultures submitted to enzymatic tests presented distinct patterns of enzymes sensitivity, confirming the bacteriocins production. The bacteriocinogenic cultures were identified as Lb. plantarum (2) and Lc. lactis subsp. lactis (18) with genetic similarity to several strains and grouped in distinct phylogenetic groups. Considering the 18 L. lactis subsp. lactis, 7 presented genes related to nisin codification. The obtained results indicate the presence of bacteriocinogenic LAB as natural compounds of raw milk and soft cheese microbiota, presenting antagonistic activity against pathogens. The wide variability genetic and bacteriocins production of these cultures indicate their potential for controlling L. monocytogenes in foods