Alimenti funzionali e microrganismi

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1 Alimenti funzionali e microrganismi Marco Gobbetti CONVEGNO Alimenti funzionali per il benessere del consumatore: innovazione nella tradizione (CIBUS, 7 maggio 2008)

2 Food similar in appearance to conventional food that is intended to be consumed as part of a normal diet, but has been modified to subserve physiological roles beyond the provision of simple nutrient requirements (Roberfroid, Food Chem. Toxicol., 1999)

3 Ilya Ilyich Mechnikov (16 Maggio Luglio 1916) Premio Nobel per la Fisiologia - Medicina 1908

4 Nicolas Larmessin, Habit d Apoticaire In: From the medical museum, Ruth Richardson, THE LANCET(2001) 358, p. 592

5 Functional foods or: Designer foods, medicinal foods, nutraceuticals, therapeutic foods, superfoods, foodceuticals and medifoods (Shah, Food Technol., 2001) Dipartimento di Protezione delle Piante e Microbiologia Applicata -Bari

6 Alimenti funzionali e promozione della salute: ciclo di successo Concetto di Generazione (Teoria) Nuove Idee Crescita dell industria Posizione sul mercato Sviluppo del prodotto (Realtà) Evoluzione del prototipo Consumatore Percezione e interesse Efficacia e sicurezza Studi cellulari, animali ed umani Attività Claims + media salutistici Revisione regolatoria Pubblicazioni Peer-reviewed Evidenze Effetti sostanziali (Jones and Jew, Trends Food Sci Technol., 2007)

7 Microrganismi e alimenti funzionali Alimenti naturali Alimenti in cui è stato aggiunto un componente bioattivo (arricchiti) Alimenti in cui è stata modificata la natura di uno o più componenti (fortificati modificati) Alimenti in cui è stata modificata la biodisponibilità di uno o più elementi (Spence, J. Food Comp. An., 2006)

8 Microrganismi probiotici Stimulazione della risposta immunitaria Trattamento e prevenzione della diarrea acuta da rotavirus Incremento della tolleranza al lattosio e digestione Recupero del microbiota intestinale dopo terapia antibiotica Influenza positiva del microbiota intestinale PROBIOTICI Produzione della vitamina B (acido folico) Riduzione del ph intestinale Riduzione dell ammonio e di altri composti tossici Miglioramento del funzionamento intestinale Riduzione del colesterolo (Prado et al., Food Res. Int., 2008)

9 Lattobacilli usati come colture probiotiche Bifidobatteri usati come colture probiotiche Specie microbica L. acidophilus L. acidophilus L. acidophilus Johsonii L. acidophilus L. acidophilus L. bulgaricus L. lactis L. casei immunitas L. plantarum L. rhamnosus L. rhamnosus L. rhamnosus L. reuteri L. rhamnosus L. plantarum L. reuteri L. casei L. paracasei L. fermentum L. helveticus Ceppi LA-1/LA-5 (Chr. Hansen) NCFM (Rhodia) La1 (Nestle) DDS-1 (Nebraska Cultures) SBT-2062 (Snow Brand Milk Products) Lb12 L1A (Essum AB) (Danone) 299v, Lp01 GG (Valio) Gr-1 (Urex Biotech) LB21 (Essum AB) SD2112/MM2 (Biogaia) 271 (Probi AB) (Probi AB) SD2112 (noto anche come MM2) Shirota (Yakult) CRL 431 (Chr. Hansen) RC-14 (Urex Biotech) B02 Specie microbica B. adolescentis B. longum B. longum B. breve B. bifidus B. lactis (riclassificato come B. animalis) B. essensis B. lactis B. infantis B. infantis B. infantis B. infantis B. laterosporus B. lactis B. longum B. Lactis DR10/HOWARU Ceppi ATCC 1573, 94-BIM BB536 (Morinaga Milk Industry) SBT-2928 (Snow Brand Milk Products) Yakult Bb-11 Bb12 (Chr. Hansen) Danone (Bioactivia) Bb-02 Shirota Immunitass CRL 431 Lafti TM, B94 (DSM) UCC (UCCork) Danisco (Adattate da Krishnakumar e Gordon, 2001; Holm, 2003; Playne et al., 2003; Shah, 2004)

10 Microrganismi probiotici - Origine ecologica dei batteri - Attività su GALT (Gut-associated lymphoid tissue) - Sequenza genomica completa genomica funzionale

11 Microrganismi probiotici

12 Microrganismi probiotici

13 Microrganismi probiotici

14 Microrganismi probiotici

15 Microrganismi probiotici

16 Microrganismi probiotici

17 Microrganismi probiotici

18 Alimenti fortificati - modificati

19 Alimenti fortificati - modificati - proposta la somministrazione orale (Hausch et al., 2002) -PEP da Flavosporium meningosepticum (Pyle et al., 2005) -PEP damyxococcus xanthus (Shan et al., 2004) -PEP dalb. helveticus (Chen et al., 2003) -PEP daaspergillus niger, resistente alla digestione nel tratto gastrointestinale (Stepniak et al., 2006) Dipartimento di Protezione delle Piante e Microbiologia Applicata -Bari

20 Alimenti fortificati - modificati Isolamento di batteri lattici da lievito naturale Selezione per l attività proteinasica e peptidasica specifica Lb. sanfranciscensis E14 Lb. sanfranciscensis E21 Lb. sanfranciscensis 174 Lb. sanfranciscensis 13 Lb. sanfranciscensis A1 Lb. sanfranciscensis 274 Lb. brevis 14G Lb. alimentarius 15M Lb. hilgardii 51B Lb. sanfranciscensis 7A Utilizzo del pool di lattobacilli e di enzimi microbici Dipartimento di Protezione delle Piante e Microbiologia Applicata -Bari

21 Alimenti fortificati - modificati St 1 2 ω-gliadins α, β, γ-gliadins regione dei frammenti Hydrolysed di idrolisi gliadins (1) standard gliadinico europeo; (2) impasto acidificato chimicamente e (3) impasto al 20% di farina fermentato con batteri lattici selezionati e proteasi per 48 h a 37 C. R5-ELISA Sandwich e Competitiva campione Controllo ac. chim. Fermentato glutine (ppm) Dipartimento di Protezione delle Piante e Microbiologia Applicata -Bari

22 Rilascio zonulina (IEC-6) Vitalità di cellule Caco-2/TC7 A 540 nm 0.8 ctr 0.7 PT rye LAB PT rye ** ** * 0.4 * Time (hours) Riorganizzazione citoscheletro (IEC-6) zonulin (ng/mg protein) 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 Time 0 ti me 120 C ontrol Gliadin A Gliadin C Resistenza elettrica tissutale Delta Tissue Resistance (Omhs/cm2) contr ol 50 Gluten A gluten C Ti me (m in) Infiltrazione linfociti intraepiteliali CD CD3+ cells/mm epithelium VSL#3 CAD Medium Test di agglutinazione (K562) Produzione di NO (Caco-2) 10 nanomoles/mg prot/ml * ** Espressione di Fas (biopsie) Attività della caspasi 3 (Caco-2) Caspase-3 activity (micromoles/min/ml) * ** ctr ctr LAB PT rye LAB PT rye 0 ctr ctr LAB PT rye LAB PT rye Dipartimento di Protezione delle Piante e Microbiologia Applicata

23 Alimenti fortificati - modificati - La somministrazione di prodotti con glutine ha causato la ricomparsa dei sintomi; - La somministrazione di glutine prefermentato non ha causato ricompasrsa dei sintomi. I pazienti mostrano negatività ai test sierologici e biopsia normale. EMA+0 Tg2 t0 Biopsy t0 EMA t60gg Tg2 t60gg Biopsy t60 cd3 p/d gd p/d DR p/d cd54 p/d cd25 p/d t0/t60 t0/t60 t0/t60 t0/t60 t0/t60 negative 1.6 normal negative 1 normal 39/38 5.6/8.6 weakly present /absent nor./ nor. 6.0/5.0 Biopsia (t0) Biopsia (t60)

24 Alimenti fortificati - modificati brevetto n. RM2006A (17/07/2006) Di Cagno R., Rizzello C.G, De Angelis M., Cassone A., Giuliani G., Benedusi A, Limitone A., Gobbetti M. (2008) Use of Selected Sourdough for Enhancing the Nutritional and Sensory Properties of Gluten-Free Bread. Journal of Food Protection (in press).

25 Alimenti fortificati - modificati

26 Alimenti arricchiti

27 Progetto di Rilevanza Nazionale (PRIN) Colture microbiche e strategie finalizzate a garantire sicurezza d uso e proprietà salutistiche di prodotti lattiero-caseari UO1: F. Clementi Univ. Polit. Marche - Monitoraggio delle produzioni sperimentali con metodi di biologia molecolare UO2- UO4 P. Deiana UNISS; E. Sorrentino UNIMol -Selezione di batteri lattici per le proprietà funzionali (es. produzione di CLA e sostanze antimicrobiche) - Produzione di formaggi funzionali UO3 G. Scolari UNICatt -Studio dell attività anti-ipertensiva UO5 F. Caponio UNIBA - Monitoraggio delle produzioni sperimentali con metodi di chimica strumentale Progetto finanziato dalla Regione Marche ( ) Il latte bovino come alimento funzionale per l anziano UO1: C. RENIERI UNICam - Definizione di una razione integrata con Zn per bovine in lattazione per la produzione di latte arricchito in Zn UO2: E. MOCCHEGIANI, INRCA, Ancona -Arricchimento del latte bovino in Zn; -Analisi in vivo in soggetti (65-80 anni) UO3: F. CLEMENTI - Selezione di batteri lattici - Formulazione e monitoraggio di colture starter nei prodotti UO4: L. GRAZIA, UNIBO - Produzione di yogurt e formaggi funzionali

28 Alimenti arricchiti

29 Alimenti arricchiti Componenti funzionali del lievito naturale : peptidi anti-ipertensivi e acido-γ-aminobutirrico (GABA) Rizzello C.G., Cassone A., Di Cagno R., Gobbetti M. (2008) Synthesis of Angiotensin I-Converting Enzyme (ACE)-inhibitory peptides and γ-aminobutyric acid (GABA) during sourdough fermentation by selected lactic acid bacteria. Journal of Agricultural and Food Chemistry (in stampa).

30 EU6 FP IP Pathogen Combat no. FOOD-CT Protective & probiotic cultures Screening per selezionare i ceppi più idonei alle applicazioni industriali Attività antimicrobica nei confronti di: L. monocytogenes, pathogenic E.coli, C. jejuni, M. avium subsp. paratubercolosis, P. nordicum, pathogenic S. cerevisiae Studi di resistenza a: ph 2,5; [% Sali Biliari]; temperature elevate; [ % NaCl]; scarsità di nutrienti Attività emolitica Antibiotico-resistenza Saggi biochimici-enzimatici: (API, RAPID ID 32) Indentificazione molecolare: (PCR, 16S rdna) Caratterizzazione dei composti antimicrobici

31 Alimenti arricchiti GABA modulazione di funzioni fisiologiche (neurotrasmissione, ipotensivo, effetti diuretici, effetto tranquillizzante, prevenzione del diabete) Jakobs et al., 1993, Guin Ting Wong et al., 2003; Hagiwara et al., 2004 Prodotto da lieviti (Hao e Scmith, 1993), altri funghi (Kono e Himeno, 2000) e batteri lattici in alimenti, es. Lactococcus lactis - Nomura et al., 1998 Lactobacillus brevis - Ueno et al., 1997, Yokoama et al., 2002, Lactobacillus paracasei -Komatsuzakiet al., 2005 Lb. paracasei, Lb. delbrueckii subsp bulgaricus, Lactococcus lactis, Lb. plantarum, Lb. brevis Siragusa et al., 2007

32 Alimenti arricchiti GAD Acido γ- aminobutirrico Piridossal-5 - fosfato Acido glutammico ph 7,00 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0, Tempo (h) 450 9, , log u.f.c. ml -1 8,50 8,00 7,50 7,00 mg/l , Tempo (h) Fermentazione di mosto d uva con L. plantarum C48 (30 C, 96 h) Tempo (h)

33 Brevetto n. RM2007A000398, 17/07/2007

34 Never underestimate the power of the microbe (J. W. Foster) If you take care of your microbial friends, they will take care of your future and you will live happily ever after (D. Perlman) (A. L. Demain, Small bugs, big business:the economic power of the microbe. Biotechnolgy Advances. 18: )

35 (M.C. Hescher, Other world, 1947)