La metatrascrittomica rivela la temperatura

Scientific Reports volume 6, numero articolo: 21871 (2016) Citare questo articolo

6998 accessi

123 citazioni

21 Altmetrico

Dettagli sulle metriche

I formaggi tradizionali ospitano complessi consorzi microbici che svolgono un ruolo importante nella formazione delle proprietà sensoriali tipiche. Tuttavia, il metabolismo microbico è considerato difficile da controllare. La successione della comunità microbica e la relativa espressione genica sono state analizzate durante la maturazione di un formaggio tradizionale italiano, identificando parametri che potrebbero essere modificati per accelerare la maturazione. Successivamente, abbiamo modulato le condizioni di maturazione e osservato cambiamenti consistenti nella struttura e nella funzione della comunità microbica. Forniamo prove concrete del contributo essenziale dei batteri lattici non starter nelle attività legate alla maturazione. Un aumento della temperatura di maturazione ha promosso l’espressione di geni legati alla proteolisi, alla lipolisi e al catabolismo di aminoacidi/lipidi e aumenta significativamente il tasso di maturazione del formaggio. Inoltre, il metabolismo microbico favorito dalla temperatura era coerente con i profili metabolomici delle proteine ​​e dei composti organici volatili presenti nel formaggio. I risultati indicano chiaramente come le risposte del microbioma guidate dalla lavorazione possono essere modulate al fine di ottimizzare l’efficienza produttiva e la qualità del prodotto.

Il formaggio è una matrice biologicamente e biochimicamente dinamica, in cui la struttura e l’attività del microbiota sono influenzate dalle pratiche di produzione e dalle condizioni ambientali. I formaggi tradizionali utilizzano fermenti lattici selezionati naturalmente con un'ampia diversità genetica oppure sono privi di fermenti lattici1,2. Pertanto, i formaggi tradizionali ospitano un microbiota ricco e complesso, derivante dall’utilizzo di sierocolture naturali (CNR) indefinite utilizzate secondo una procedura back-slopping, ma anche dal latte crudo e dall’ambiente caseario3, il cui ruolo durante la produzione e la stagionatura è riconosciuti ma spesso poco esplorati. La produzione del formaggio è caratterizzata da una successione di diverse specie di batteri lattici (LAB). L’acidificazione della cagliata è guidata principalmente da batteri lattici termofili, principalmente Streptococcus thermophilus, Lactobacillus delbrueckii e Lb. helveticus2,4,5, mentre i LAB mesofili non starter (NSLAB) prendono il sopravvento durante la maturazione e possono essere coinvolti nello sviluppo del sapore e della consistenza del formaggio6,7,8,9,10,11. Il microbiota gioca un ruolo importante nel plasmare le proprietà sensoriali tipiche del formaggio12,13. Tuttavia, questi complessi consorzi microbici sono spesso difficili da controllare e la loro dinamica ed evoluzione durante la produzione e la stagionatura del formaggio non possono essere facilmente previste. Comprendere il comportamento microbico durante la maturazione del formaggio e come i parametri tecnologici applicati possono influenzare le dinamiche di produzione del formaggio e la qualità del prodotto finale, sono passaggi fondamentali per garantire sicurezza e qualità3,14. Inoltre, accelerare la cinetica di maturazione attraverso la modulazione delle attività microbiche può essere estremamente importante per i caseifici tradizionali, di piccola scala e più industrializzati. Con questo controllo è possibile ridurre i costi operativi, aumentare il fatturato delle camere di maturazione e ottimizzare l'efficienza del processo avendo come priorità la qualità del formaggio. Lo studio dell'ecologia microbica dinamica e del metabolismo durante la produzione del formaggio utilizzando approcci multi-omici può aiutare a migliorare l'efficienza14,15. La metatrascrittomica è stata recentemente utilizzata per studiare colture di ceppi inoculati in formaggi modello16,17, ma le dinamiche di trascrizione di comunità complesse rimangono inesplorate. D'altra parte, le comunità microbiche degli alimenti fermentati non sono così complesse come quelle di altri ambienti naturali e possono essere un sistema replicabile e trattabile per studiare le dinamiche dell'assemblaggio microbico e come possono essere manipolati da fattori abiotici18.

La caratterizzazione longitudinale della struttura della comunità microbica e dell'espressione genica è stata eseguita durante la maturazione del tradizionale formaggio Caciocavallo Silano italiano. Si tratta di un tipico formaggio a pasta filata di media stagionatura prodotto con l'aggiunta di NWC come lievito naturale. L'indagine iniziale, qui riportata, ha identificato parametri che potrebbero essere modificati per accelerare la maturazione. Pertanto, abbiamo organizzato un secondo esperimento, in cui le condizioni di maturazione sono state modulate e sono stati osservati cambiamenti consistenti nella struttura e nella funzione della comunità microbica. Riveliamo come l’aumento della temperatura di maturazione influisce sul metabolismo microbico, che aumenta significativamente il tasso di maturazione del formaggio.