ES2284028T3 - Nueva composicion de galactoologosacarido y la preparacion de la misma. - Google Patents
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Abstract
Una cepa de Bifidobacterium bifidum depositada con el número de entrada NCIMB 41171 en la Colección Nacional de Bacterias Industriales y Marítimas, Aberdeen, Reino Unido el 31 de marzo de 2003 que produce una actividad de la enzima galactosidasa que convierte a la lactosa en una mezcla de galactooligosacáridos que comprende el disacárido Gal (beta1-6)-Gal, al menos un trisacárido seleccionado a partir de Gal (beta1-6)-Gal (beta1-4)-Glc y Gal (beta1-3)-Gal (beta1-4)-Glc, el tetrasacárido Gal (beta1-6)-Gal (beta1-6)-Gal-(beta1-4)-Glc y el pentasacárido Gal (beta1-6)-Gal (beta1-6)-Gal (beta1-6)-Gal-(beta1-4)-Glc.
Description
Nueva composición de galactooligosacárido y la
preparación de la misma.
La presente invención se refiere a nuevas cepas
de Bifidobacterium bifidum que producen una nueva actividad
de la enzima galactosidasa capaz de convertir la lactosa en una
nueva mezcla de galactooligosacáridos. Los galactooligosacáridos son
carbohidratos no digeribles, que son resistentes a las enzimas
digestivas gastrointestinales de los mamíferos, pero que son
fermentados por bacterias colónicas específicas. La invención
también se refiere al uso de una cepa bifidobacteriana para
producir una nueva composición de galactooligosacáridos que es capaz
de estimular el crecimiento de bifidobacterias en el tracto
intestinal. También se refiere a una nueva composición de productos
de galactooligosacáridos.
La flora intestinal humana comprende géneros
microbianos patógenos, benignos y beneficiosos. Un predominio de
los primeros puede conducir a trastornos intestinales que pueden
ser tanto agudos (por ejemplo, gastroenteritis) y crónicos (por
ejemplo, la enfermedad inflamatoria del intestino, el síndrome del
intestino irritable y algunos cánceres intestinales). Se han hecho
tentativas para influir en el equilibrio de la flora intestinal a
favor de microorganismos beneficiosos, tales como las
bifidobacterias, añadiendo una o varias de tales cepas microbianas a
un vehículo de alimenticio apropiado. Tal suplemento alimenticio
microbiano vivo se llama probiótico. Sin embargo, es difícil
garantizar la supervivencia de bacterias vivas en los productos de
alimentación y también después de la digestión.
Un enfoque alternativo a la manipulación
dietética de la microflora intestinal es el uso de un prebiótico,
que se define como un ingrediente alimenticio no digerible que
afecta beneficiosamente al huésped estimulando selectivamente el
crecimiento y/o la actividad de uno o un número limitado de
bacterias en el colon, causando así una mejora de la salud del
huésped.
La enorme microflora intestinal humana es
adquirida en el nacimiento. El lactante alimentado con leche
materna tiene una preponderancia de bifidobacterias, que compiten
fácilmente con otros géneros. Esto es porque los componentes de la
leche materna son estimuladores. Al contrario, el lactante
alimentado con leche artificial tiene una flora más compleja que
imita al tracto gastrointestinal adulto porque bacteroides,
clostridia, bifidobacterias, lactobacilli, cocci gram positivo,
coliformes y otros grupos están representados todos en proporciones
prácticamente iguales. Las bifidobacterias generalmente son
consideradas como protectores con respeto a las grandes infecciones
intestinales y esta diferencia probablemente explica la mucho menor
incidencia de infecciones en lactantes alimentados con el pecho
comparado con los que se alimentan con leche artificial.
Ciertos componentes de la flora intestinal han
sido implicados en la etiología de la enfermedad intestinal. Por
ejemplo, las micobacterias se asocian a la enfermedad de Crohn, la
colitis ulcerativa puede ser provocada por bacterias reductoras de
sulfato y puede haber participación bacteriana en el desarrollo del
cáncer de intestino. Claramente, sería ventajoso si se pudiera
potenciar el crecimiento selectivo de bacterias intestinales
beneficiosas propias por la ingestión de un prebiótico. Esto
tendría el efecto consiguiente de que la microflora patógena sería
deprimida.
Un grupo de compuestos que es clasificado como
prebióticos es el de los galactooligosacáridos, que son
oligosacáridos que contienen galactosa de la forma Glc
\alpha1-4[\beta Gal
1-6]_{n} donde n=2-5, y que
son producidos a partir de jarabe de lactosa usando la actividad de
transgalactosilasa de la enzima
\beta-galactosidasa (Crittenden, (1999)
Probiotics: A Critical Review. Tannock, G. (ed) Horizon
Scientific Press, Wymondham, págs. 141-156). Tres
productos están actualmente disponibles en el comercio que tienen
composiciones ligeramente diferentes. El primero de estos, los
oligosacáridos transgalactosilados (TOS), es producido usando la
\beta-galactosidasa de Aspergillus oryzae (Tanaka
et al., (1983) Bifidobacteria Microflora, 2,
17-24), y consiste en tri-, tetra-, penta- y
hexa-galacto-oligosacáridos. El
segundo es Oligomate 55, que se prepara usando
\beta-galactosidasa de A. oryzae y
Streptococcus thermophilus (Ito et al., (1990),
Microbial Ecology in Health and Disease, 3,
285-292) y contiene el 36% de tri-, tetra-, penta-
y hexa-galacto-oligosacáridos, 16%
de disacáridos galactosil-glucosa y
galactosil-galactosa, 38% de monosacáridos y 10% de
lactosa. Finalmente, una preparación del disacárido
transgalactosilado (TD) es producida usando la
\beta-galactosidasa de S. thermophilus (Ito
et al., (1993), J. Nutritional Science and
Vitaminolog, 39, 279-288).
Se sabe que los miembros de las bifidobacterias
producen las enzimas \beta-galactosidasa que están
implicadas en el metabolismo bacteriano de lactosa. Moller, P. L.
et al. en Appl. & Environ. Microbiol., (2001),
62, (5), 2276-2283 describen el aislamiento
y la caracterización de tres genes de
\beta-galactosidasa a partir de una cepa de
Bifidobacterium bifidum.
La publicación de patente de EE.UU. N° US
2002/0086358 describe una nueva
\beta-galactosidasa de Bifidobacterium
bifidum, en particular una versión truncada de la enzima que
tiene una alta actividad transgalactosilante. Aunque se ha
demostrado que la incubación con lactosa podría ocurrir en
presencia del 0,5-60%de lactosa, el máximo
rendimiento ejemplificado del galactooligosacárido producido en
reacciones de transgalactosilación fue del 44% (mg de oligosacárido
producido por mg de lactosa añadida). Además, a partir de la
definición de oligosacárido en esta publicación de la patente
estadounidense es evidente que el producto consiste en al menos tres
moléculas de azúcar unidas.
Dumortier et al. en Carbohydrate
Research, 201, (1990), 115-123 describen
la formación de oligosacáridos por una reacción de
transgalactosilación durante la hidrólisis de lactosa con
Bifidobacterium bifidum DSM 20456. Su análisis de la
estructura de la mezcla de oligosacáridos producidos mostró que los
enlaces eran enlaces \beta-(1\rightarrow3),
\beta-(1\rightarrow6) y
\beta-(1\rightarrow4)-D-galactosilo.
Dumortier sugiere que los compuestos producidos por
Bifidobacterium bifidum están implicados en la adhesión de
bacterias en el intestino grueso.
En la actualidad se han encontrado cepas de
bifidobacterium que no sólo son capaces de producir una actividad
de la enzima galactosidasa que convierte la lactosa en una mezcla
de galactooligosacáridos, sino que también produce una mezcla de
galactooligosacáridos que contiene hasta el 35% del disacárido
galabiosa (Gal(\alpha1-6) - Gal). El último
se conoce (véase Paton, J. C. & Paton, A. W. (1989), Clin.
Microbiol. Revs., 11, 450-479; Carlsson,
K. A. (1989), Ann. Reviews Biochem., 58,
309-350.) porque es un antiadhesivo capaz de
prevenir la adhesión de toxinas, por ejemplo, la toxina Shiga, y
patógenos, tales como E. coli, a la pared del intestino.
De acuerdo con la invención se proporciona una
cepa de Bifidobacterium bifidum que produce una actividad de
la enzima galactosidasa que convierta la lactosa en una mezcla de
galactooligosacáridos que comprende el disacárido Gal
(\alpha1-6)-Gal, al menos un
trisacárido seleccionado a partir de Gal
(\beta1-6)-Gal
(\beta1-4)-Glc y Gal
(\beta1-3)-Gal
(\beta1-4)-Glc, el tetrasacárido
Gal (\beta1-6)-Gal
(\beta1-6)-Gal-(\beta1-4)-Glc
y el pentasacárido Gal
(\beta1-6)-Gal
(\beta1-6)-Gal
(\beta1-6)-Gal-(\beta1-4)-Glc.
Preferiblemente la mezcla comprende de 20 a 35% en p/v del
disacárido, de 20 a 35% en p/v del trisacárido, de 15 a 25% en p/v
del tetrasacárido y del 10 al 20% en p/v del pentasacárido.
El término "actividad de la enzima", como
se usa en relación con la actividad de la enzima galactosidasa de
la presente invención, es la actividad que es el resultado de al
menos una enzima galactosidasa.
Una cepa de Bifidobacterium bifidum capaz
de producir una actividad de la enzima galactosidasa que convierte
la lactosa en la mezcla de galactooligosacáridos como se define
anteriormente se ha depositado con el número de entrada NCIMB 41171
en la Colección Nacional de Bacterias Industriales y Marinas,
Aberdeen el 31 de marzo de 2003.
Una tal cepa depositada de Bifidobacterium
bifidum, o su equivalente biológicamente funcional, puede ser
usada para producir la mezcla de galactooligosacáridos como se
define anteriormente. La mezcla de galactooligosacáridos puede
formar parte de un producto que mejore la salud del intestino
promoviendo el crecimiento de bifidobacterias en el intestino,
específicamente la cepa productora de origen. Tal producto puede ser
seleccionado a partir del grupo que consiste en productos lácteos
(por ejemplo, leche líquida, leche en polvo tal como leche entera
en polvo, leche desnatada en polvo, leche en polvo con grasa
añadida, polvos de suero, leche materna, helado, yogur, queso,
productos lácteos fermentados), bebidas, productos de alimentación
infantil, cereales, pan, bizcochos, repostería, tortas, suplementos
de alimentos, suplementos dietéticos, piensos, alimentación de
volatería o de hecho cualquier otro alimento o bebida.
La mezcla de oligosacáridos también puede ser
usada para la preparación de un medicamento para prevenir la
adhesión de patógenos o toxinas producidas por patógenos a la pared
intestinal. La mezcla puede ser administrada a un paciente después
de un curso de tratamiento con antibióticos, que a menudo cambia o
hasta destruye la flora intestinal sana normal, o después de
cirugía del intestino, para "sembrar de nuevo" o reestablecer
en el intestino la flora normal de un intestino sano. La mezcla de
galactooligosacáridos puede ser usada en combinación con la cepa de
Bifidobacterium bifidum mencionada anteriormente o un
equivalente biológicamente funcional.
La expresión "equivalente biológicamente
funcional" se interpreta que significa una cepa de
Bifidobacterium bifidum que es capaz de producir una
actividad de la enzima galactosidasa que convierte a la lactosa en
la mezcla de galactooligosacáridos que se define anteriormente.
De acuerdo con otro aspecto de la invención se
proporciona una composición de galactooligosacáridos que promueve
el crecimiento de bifidobacterias que comprende como constituyentes
eficaces la mezcla de galactooligosacáridos que se describe más
arriba.
Preferiblemente la composición de
galactooligosacáridos comprende de 20 a 35% p/v del disacárido, del
20 al 35% en p/v del(de los) trisacárido(s), del 15 al
25% en p/v del tetrasacárido y del 10 al 20% en p/v del
pentasacárido.
De acuerdo con otro aspecto más de la invención
se proporciona un método para la fabricación de una sustancia que
estimule el crecimiento de bifidobacterias caracterizado porque la
lactosa o un material que contiene lactosa es tratado con una cepa
de Bifidobacterium bifidum como se define anteriormente.
El material que contiene lactosa adecuado puede
ser seleccionado a partir de lactosa disponible en el comercio,
leche entera, leche semidesnatada, leche desnatada, suero y leche
con grasa añadida. Tales productos lácteos pueden ser obtenidos a
partir de vacas, búfalos, ovejas o cabras. La leche con grasa
añadida se define como leche entera que ha sido desnatada para
eliminar la grasa de la leche, que posteriormente es sustituida por
la adición de grasa vegetal o aceite.
En la utilización de otros medios de crecimiento
suplementados con sustratos carbohidratos distintos a la lactosa se
ha encontrado que para Bifidobacterium bifidum de acuerdo
con la invención se puede utilizar maltosa, rafinosa, xilano y
fructosa. El cultivo de bacterias en el medio suplementado con uno
de estos carbohidratos indujo la expresión de
\alpha-glucosidasa,
\alpha-galactosidasa, xilosidasa y
(\beta-fructofuranosidasa respectivamente y
causándose así la producción de
\alpha-glucooligosacáridos,
\alpha-galactooligosacáridos, xilooligosacáridos y
fructooligosacáridos, respectivamente.
En una investigación que conduce a la presente
invención, fue seleccionada una bacteria derivada del intestino
para los que fueron capaces de producir galactosidasa y que tenían
así el potencial más alto para producir
galactooligosacárido(s). Por consiguiente, se ha encontrado
que ciertas bacterias que pertenecen al género Bifidobacterium, en
particular Bifidobacterium bifidum, no sólo fueron capaces
de producir una actividad de la enzima galactosidasa, sino que
también que la enzima podía convertir la lactosa en una mezcla de
galactooligosacáridos que comprende del 20 al 35% en p/v de un
disacárido, del 20 al 35% en p/v de un trisacárido, del 15 al 25%
en p/v de un tetrasacárido, del 10 al 20% en p/v de un
pentasacárido. Un ejemplo específico de Bifidobacterium
bifidum fue depositado el 31 de marzo de 2003 con NCIMB,
Aberdeen con el número de entrada 41171.
Para cultivar estas bacterias, puede ser
utilizada cualquier fuente nutritiva a condición de que pueda ser
asimilada por la bacteria. El medio de cultivo apropiado puede ser
formulado con, por ejemplo, carbohidratos tales como lactosa,
sacarosa o glucosa; fuentes nutritivas inorgánicas que contienen
nitrógeno u orgánicas tales como extracto de levadura, triptona,
extracto de carne (Laboratorios Lemco) y similares; fuentes
nutritivas inorgánicas tales como fosfatos, potasio y otros
similares. Para cultivar, el pH del medio nutritivo debe estar
dentro del intervalo de 6,0 a 8,0. preferiblemente 7,0 y el cultivo
se lleva a cabo anaeróbicamente en el intervalo de temperaturas de
35 a 40°C, preferiblemente 37°C de 40 a 64 horas, preferiblemente
50 horas.
La cepa puede ser cultivada por cualquiera de
los métodos de cultivo conocidos tales como cultivo en fase
estacionaria, cultivo sumergido anaerobio o cultivo en agitación.
Las células bacterianas son cultivadas por centrifugación o
filtración y pueden ser usadas células tal cual como el catalizador
de la reacción sin más tratamiento. Como una alternativa, las
células pueden ser usadas en un estado inmovilizado según un
procedimiento de inmovilización apropiado.
La Bifidobacterium bifidum de la
invención puede ser usada para convertir la lactosa en sí misma o
la lactosa contenida en un producto lácteo en la nueva composición
de galactooligosacáridos de la invención. Después de la conversión
las células bacterianas pueden ser eliminadas por centrifugación.
Cualquier monosacárido presente puede ser eliminado usando, por
ejemplo, incubación con la levadura Saccharomyces
cerevisiae. La mezcla entonces puede ser sometida posteriormente
a centrifugación y microfiltración. La solución GOS resultante
entonces puede ser secada por pulverización para producir un
polvo.
La leche que contiene la composición de
galactooligosacáridos de la invención producida de este modo puede
ser administrada directamente a niños, adultos o animales. De forma
alternativa, puede ser usada para producir productos tales como
pan, repostería o similares, tal que la estabilidad de los
galactooligosacáridos en condiciones ácidas y a altas temperaturas
permite que se usen sin descomposición. De forma alternativa, puede
ser añadido polvo GOS a un producto como se menciona
anteriormente.
El polvo GOS puede ser administrado a pacientes
que sufren de trastornos intestinales tales como la enfermedad
inflamatoria del intestino y el síndrome del intestino irritable,
en cuyo caso el paciente pueda ingerir una dosis diaria de 2 a 20 g,
preferiblemente de 5 a 10 g, más preferiblemente 7 g, tomada en dos
dosis separadas.
De forma alternativa, la composición de
galactooligosacáridos de la invención puede ser mezclada con un
cultivo de Bifidobacterium bifidum de acuerdo con la
invención para producir una mezcla para mejorar la salud intestinal.
Tal mezcla es clasificada como un simbiótico, que es definido como
una mezcla de probióticos y prebióticos lo que afecta
beneficiosamente al huésped mejorando la supervivencia y la
implantación del suplemento dietético microbiano vivo en el tracto
gastrointestial (véase Gibson y Roberfroid, 1995, "Dietary
modulation of the human microbiota: introducing the concept of
prebiotics". Journal of Nutrition
125,1401-1412). Tal combinación realza la
supervivencia del probiótico en el ambiente hostil del colon
ofreciendo un sustrato selectivo disponible. El probiótico
bacteriano puede ser microencapsulado en el prebiótico
galactooligosacárido para producir, por ejemplo, un polvo, que
entonces puede ser añadido a productos lácteos, tal como el yogur, o
ser usado como un suplemento dietético.
La ventaja de ingerir leche u otros productos
que contienen la composición de galactooligosacáridos de la
invención es que se promueve un aumento de los niveles de
bifidobacterias beneficiosos en el intestino, a costa de otras
bacterias presente menos deseables en la micoflora del intestino,
tal como la clostridia. Así, hay una disminución en ciertas
bacterias autóctonas que podrían tener un efecto deletéreo sobre la
salud del individuo. Esto entonces causaría una reducción de las
infecciones del intestino. Esto ayuda a prevenir o a tratar la
colitis, acorta los incidentes diarreicos y reduce el riesgo de
enfermedades intestinales crónicas tales como la colitis ulcerativa
y el cáncer. También puede ayudar a aliviar los síntomas del
síndrome del intestino irritable.
Los animales domésticos alimentados con una
dieta suplementada con la composición de galactooligosacáridos de
la invención en, por ejemplo, la forma en polvo, pueden mostrar una
mejor conversión de peso de su alimentación.
La presente invención además será descrita
mediante la referencia a los ejemplos siguientes.
1 L de medio (pH 7,0) que contenía 10,0 g/l de
triptona, 5,0 g/l de Lab-LEMCO (extracto de carne),
5,0 g/l de extracto de levadura, 3,0 g/l de KHPO, 0,05 g/l de
cisteína HCI, 10 g/l de lactosa y 1 ml/l de Tween 80 fue
esterilizado a 121°C durante 15 minutos. Después de la
esterilización el medio fue inoculado con 1,0% (v/v) de un cultivo
de Bifidobacterium bifidum NCIMB 41171 reciente y fue
incubado en condiciones anaerobias a 37°C durante 50 h. Las células
bacterianas fueron cultivadas por centrifugación (30000 g durante
20 minutos). Después del lavado dos veces con tampón fosfato
(0,02M, pH 7,0) las células estaban listas para ser usadas en
reacciones de síntesis de oligosacáridos.
Las células bacterianas (40 unidades de
actividad de \beta-galactosidasa) fueron
resuspendidas en 100 ml de tampón fosfato (0,02M, pH 7,0)
conteniendo 50 g de lactosa. Se permitió a la reacción proceder a
40°C y después de 7 h la mezcla consistió en 35% (p/v) de productos
de hidrólisis (glucosa, galactosa), 37% (p/v) de lactosa y 18%
(p/v) de galactooligosacáridos con un grado de polimerización entre
2-5. Después de eliminar las células bacterianas
por centrifugación (3000 g durante 20 minutos), los monosacáridos
(glucosa y galactosa) fueron eliminados por la incubación con la
levadura Saccharomyces cerevisiae. La levadura posteriormente
fue eliminada por centrifugación (10000 g durante 10 minutos) y la
mezcla entonces fue filtrada por un filtro de microfiltración de
0,1 \mum para asegurar la calidad microbiológica del producto. La
solución de azúcar entonces fue secada por pulverización para
obtener la forma en polvo. Los productos fueron analizados
cuantitativamente por cromatografía líquida de alta resolución
usando un sistema LaChrom de Merck-Hitachi (Merck,
Poole, Dorset, Reino Unido) equipado con una columna Carbohydrate de
APEX (Cromatografía Jones, Mid Glamorgan, Reino Unido) y un
detector de IR LaChrom de Merck-Hitachi. Fue usado
acetonitrilo del 70% (v/v) como un eluente a 25°C y con un caudal
de 0,8 ml/min. La mezcla de galactooligosacáridos comprendió 25% de
Gal-Gal, 35% de
Gal-Gal-Glc, 24% de
Gal-Gal-Gal-Glc y
16% de
Gal-Gal-Gal-Gal-Glc.
Fueron preparadas células NCIMB 41171 de
Bifidobacterium bifidum de acuerdo con el Ejemplo 1 y fueron
añadidas a 500 ml de leche desnatada en un tanque agitado, fueron
añadidas (300 unidades de actividad de galactosidasa). Se permitió
a la conversión de lactosa proceder a 40°C. Después de 8h la
concentración de galactooligosacáridos era del 22% (p/v) y la
mezcla comprendió 28% de Gal-Gal, 32% de
Gal-Gal-Glc, 21 % de
Gal-Gal-Gal-Glc y
19% de
Gal-Gal-Gal-Gal-Glc.
Las condiciones en el colon fueron simuladas en
una cuba de fermentación continua de tres etapas (Macfarlane et
al., 1998, Microbial Ecology, 35,
180-187) inoculada con homogeneizado fecal del 10%
(phi) de voluntarios humanos sanos en un medio de crecimiento sin y
con 1% (p/v) de la mezcla de GOS preparada de acuerdo con el
Ejemplo 1 (Tabla 2). El modelo consistió en tres recipientes, VI, V2
y V3, con volúmenes respectivos de operación de 270, 300 y 300 ml.
La temperatura fue puesta a 37°C y junto con el pH fue controlada
automáticamente. El pH del cultivo en los tres recipientes fue
mantenido en 5,5, 6,2 y 6,8, respectivamente. Cada cuba de
fermentación fue agitada magnéticamente y fue mantenida en
condiciones anaerobias agitando continuamente con
O_{2}-libre de N_{2} (15 ml/min). El medio de
crecimiento contenía los siguientes ingredientes: 8 g/l de almidón,
4 g/l de mucina, 3 g/l de caseína, 5 g/l de agua de peptona, 5 g/I
de agua de triptona, 0,4 g/l de bilis N°3, 4,5 g/l de levadura,
0,005 g/l de FeSO_{4}, 4,5 g/l de NaCl, 4,5 g/l de KCI, 0,5 g/l de
KH_{2}PO_{4}, 1,25 g/l de MgSO_{4}\cdot7H_{2}O, 0,15 g/l
de CaCl_{2}\cdot6H_{2}O, 1,5 g/l de NaHCO_{3}, 1 ml de Tween
80, 0,05 g/l de Hemina, 0,8 g/l de Cisteína\cdotHCI. El medio fue
alimentado a VI por una bomba peristáltica y VI secuencialmente
suministró a V2 y V3 a través de una serie de tubos. El sistema fue
operado a un tiempo de retención de aproximadamente 36 horas. El
modelo intestinal fue dejado de la noche a la mañana para
equilibrarlo antes de que la bomba media fuera encendida y fue
activada durante al menos 10 días antes de que el medio que
contenía el sustrato de ensayo fuera introducido y entonces fue
dejado durante 10 días más. Las muestras fueron tomadas al principio
y al final de cada ciclo. El volumen de la muestra eliminado fue 5
ml y esta cantidad fue usada para la enumeración del grupo
bacteriano.
Las diferencias de las poblaciones bacterianas
fueron evaluadas mediante el uso de FISH con sondas de
oligonucleotidos diseñadas para modificar regiones diagnósticas de
16S rRNA. Estos fueron sintetizados comercialmente y marcados con
el marcador fluorescente Cy3 (proporcionado por Eurogentec Ltd del
Reino Unido). Las sondas moleculares utilizadas se presentan en la
Tabla 1. Para el recuento total bacteriano fue usado el ácido
nucleico
4,6-diamidino-2-fenilindola
(DAPI). Las muestras obtenidas a partir de los recipientes de
fermentación fueron diluidas en paraformaldehído del 4% (p/v) y
fueron fijadas de la noche a la mañana a 4°C. Las células entonces
fueron centrifugadas a 1500 x g durante 5 minutos, fueron lavadas
dos veces con solución salina tamponada de fosfato (PBS; 0,1 M, pH
7,0), fueron resuspendidas en una mezcla de PBS/etanol 99% (1:1
p/v) y fueron almacenados a - 20°C durante al menos 1 hora. La
suspensión de células entonces fue añadida a la mezcla de
hibridización y fue dejada de la noche a la mañana para hibridarse a
la temperatura apropiada para cada sonda. La mezcla hibridada fue
filtrada al vacío usando un filtro de membrana de 0,2, \mum de
Isopore (Corporación Millipore, Herts, Reino Unido). El filtro fue
eliminado, colocado en un portaobjetos con SlowFade (Sondas
Moleculares, Eugan, OR, EE.UU.) y fue examinado con un microscopio
fluorescente (Eclipse Nicon, E400). Las células marcadas con DAPI
fueron examinadas bajo luz UV y las células hibridadas fueron
vistas usando un filtro de DM510. Para cada diapositiva fueron
contados al menos 15 campos visuales diferentes.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
A partir de la Tabla 3, puede observarse que la
mezcla GOS de la presente invención muestra mejores propiedades
prebióticas, (es decir, un aumento mayor de las Bifidobacterias,
así como una disminución en bacteroides que el GOS comercial
equivalente (véase la Tabla 2). El efecto prebiótico era más fuerte
en el recipiente 1 (V1) y 2 (V2), lo que se explica por el hecho de
que el GOS de la presente invención consiste en oligosacáridos de
peso moleculares bajos.
Los productos de síntesis de
galactooligosacáridos preparados de acuerdo con el Ejemplo 1 fueron
purificados por filtración en gel en una columna de Biogel P2
(Pharmacia) eluido con 3 mlmin^{-1} de agua.
Las posiciones del enlace para las preparaciones
de galacto-oligosacáridos respectivos fueron
determinadas por análisis de metilación. Las muestras liofilizadas
(5-6 mg) fueron dispersadas en dimetilsulfóxido seco
(DMSO) a 20°C durante 16 h después de insuflar argón. Fueron
metilados por la adición secuencial de hidróxido de sodio
pulverizado (0,5 g) y yodometano (4 ml) (Ciucanu y Kerek, 1984;
MacCormick et al., 1993). Después de la extracción con
elución con un cartucho C18-unido
(Sep-Pak, Waters, Wafford, Reino Unido), los
carbohidratos metilados fueron secados, extraídos en
CHCl_{3}/CH_{3}0H (1:1, v:v), y fueron evaporados hasta
sequedad. Las muestras fueron hidrolizadas usando ácido
trifluoroacético (Blakeney et al., 1983), y fueron
convertidas a acetatos de alditol parcialmente metilados (PMAA) por
la reducción con NaBD4 y la acetilación con anhídrido acético y
N-metilimidazol (Alberscheim et al.,
1967).
Los PMAA fueron analizados por CG en una columna
de 50% de cianopropil-metilo- 50% de
fenil-metil-polisiloxano
reticulado-unido (Chromatrography Thames,
Maidenhead, Reino Unido) utilizando un detector de ionización de
llama y un programa de temperaturas: 55°C (2 minutos), +45°C
min^{-1} (1,9 minutos), 140°C (2 minutos), +2°C min^{-1} (35
minutos), 210°C (40 minutos). Los PMAA fueron identificados midiendo
sus tiempos de retención en relación con hexaacetato de
mio-inositol, y comparando los tiempos de retención
relativos con los de los estándares externos. Una mezcla de
estándares para cada azúcar fue preparada por metilación calculada
de metil-glicósidos (Doares et al., 1991).
Las áreas de los picos fueron representadas como cantidades molares
relativas usando factores de respuesta de carbono eficaces (Sweet
et al., 1975).
Las identidades de PMAA fueron confirmadas por
sus espectros de masa de su electro-ionización.
(Carpita y Shia, 1989). El análisis de CG-MS fue
realizado en un CG idéntico en serie con un espectrómetro de masas
1 S Analytical Trio de Fisons, usando una fuente de temperatura de
200°C y un potencial de ionización de 70 eV.
Para determinar la configuración anomérica del
producto de síntesis, los oligosacáridos fueron tratados con
\alpha-Galactosidasa o
\beta-Galactosidasa (Melibiase; Sigma) en las
condiciones óptimas sugeridas durante 30 minutos. Los productos de
reacción fueron analizados por HPLC.
A partir del análisis anterior la estructura del
oligosacárido fue estimada que era para la fracción del
tetrasacárido Gal (\beta 1-6)-Gal
(\beta 1-6) - Gal (\beta
1-4)-Glc, la fracción del
trisacárido Gal (\beta 1-6) - Gal (\beta
1-4)-Glc; Gal (\beta
1-3)- Gal (\beta
1-4)-Glc y la fracción del
disacárido Gal (\beta 1-4)-Glc
(sustrato de lactosa); Gal (\beta
1-3)-Glc; Gal (\beta
1-3)-Gal; Gal (\beta
1-6)-Gal; Gal (\alpha
1-6)-Gal (galabiosa).
Gal: galactosa, Glc: glucosa.
1. Albersheim P. D., D. J. Nevins,
P. D. English, y A. Karr. 1967. A method for
the analysis of sugars on plant cell-wall
polysaccharides by gas-liquid chromatography.
Carbohydr Res., 5: 340-345.
2. Blakeney A. B., P. J. Harris,
R. J. Henry y B. A. Stone. 1983. A simple and
rapid preparation of alditol acetates for monosaccharide analysis.
Carbohydr Res., 113: 291-299.
3. Carpita N. C., y E. M. Shia.
1989. "Linkage structure of carbohydrates by gas
chromatography-mass spectroscopy
(GC-MS) for partially methylated alditol
acetates", pág. 157-216. En C. J. Biermann y G.
D. McGinnis (ed.), “Analysis of carbohydrates by
gas-liquid chromatography and mass spectroscopy”.
CRC Press Poca Raton, Fla.
4. Ciucanu I., y F. Kerek.
1984. A simple and rapid method for thepermethylation of
carbohydrates. Carbohydr Res., 131:
209-217.
5. Doares S. H., P. Albersheim, y
A. G. Darvill. 1991. An improved method for the preparation
of standards for the glycosyl-linkage analysis of
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6. MacCormick C. A., J. E. Harri,
A. P. Cunning, y V. J. Morris. 1993.
Characterization of a variant of polysaccharide acetan produced by a
mutan of Acetobacter xylinumstrain CR 1/4. J App/ Bacteriol.,
74: 196-199.
7. Sweet D. P., R. Shapiro, y P.
Albersheim. 1975. Quantitative analysis by various
GLC response-factor theories for partially
methylated and partially ethylated alditol acetates. Carbohydr
Res., 40: 217-225.
La línea celular HT29 fue obtenida a partir de
la Colección Europea de Cultivos de Células para Microbiología
Aplicada e Investigación. Las soluciones madre de células fueron
cultivadas a 37°C en CO_{2} del 5% humedecido en un medio estándar
que contenía medio Eagle modificado de Dulbecco con alta
concentración de glucosa (DMEM) suplementado con el 5% (v/v) de
suero bovino fetal (FBS), penicilina 100 mM, estreptomicina 0,1 M,
aminoácidos no esenciales (NEAA x 100) y a-glutamina
200 mM. Las células fueron alimentadas de nuevo cada 48 h y fueron
pasadas antes de que la confluencia fuera alcanzada.
Fue usado medio estándar de suero (1% v/v)
suplementado con diferentes concentraciones de oligosacáridos
(0,01, 0,1, 1, 10, 100 mM) para el ensayo de sensibilidad de
oligosacárido de acuerdo con Olano-Martin et
al., 2003). Las células fueron alimentadas de nuevo el medio
experimental (que contenía el oligosacárido de interés) a diario, y
la medida de células adherentes fue realizada por la eliminación del
medio experimental y lavando las células con solución salina
tamponada de fosfato libre de Ca^{++} (pH 7,9, 6 gL^{-1}). Las
células adherentes fueron entonces tripsinizadas y fueron
neutralizadas con un volumen igual de medio de suero estándar. La
suspensión de las células fue diluida en Isoton II y las células
fueron introducidas en un Contador Coulter. El porcentaje de
supervivencia de las células fue calculado como sigue (Figura
1).
% de
supervivencia = (absorbancia media de células tratadas/absorbancia
media de control) x
100
Fueron cultivadas células HT29 en placas de
cultivo de tejido de 12 pocillos hasta una confluencia > del 90%
usando medio estándar. Para la última alimentación de las células
antes de la realización del ensayo, fue usado medio sin
antibiótico.
Fueron cultivados patógenos anaerábicamente en
medio de cultivo de células sin antibiótico para al menos tres
subcultivos. El día del ensayo, el medio de cultivo de tejido
reciente pre-reducido fue inoculado con 10% de un
cultivo patógeno de noche y fue incubado durante 4 h antes del
ensayo.
La solución madre de los oligosacáridos de
ensayo fue preparada a una concentración de 5 M en solución salina
de tampón fosfato y fue esterilizada con filtro.
Una dilución 1/1000 del cultivo patógeno de 4 h,
fue preparada en PBS y fue enumerada por recuento de placa. El
medio fue aspirado de la placa de cultivo de tejido y las células
fueron lavadas una vez en PBS (1 ml).
Para cada oligosacárido de ensayo, una solución
de 0,5 ml de oligosacárido (5 M) fue añadida a tres pocillos. La
solución salina tamponada de fosfato (PBS) sin ningún oligosacárido
fue incluida como control. 0,5 ml de suspensión de cultivo fueron
añadidos a todos los pocillos, la placa fue mezclada fuertemene y
fue incubada aeróbicamente a 37°C durante 2 h.
El cultivo fue aspirado, y todos los pocillos
fueron lavados tres veces en PBS estéril (1 ml por pocillo).
Después del lavado final, el PBS fue aspirado y fueron añadidos 70
\mul de una solución de tripsina/EDTA a cada pocillo, fue mezclado
y se dejo sedimentar 5 minutos a 37°C.
1 ml de PBS fue añadido por pocillo y se mezcló
con la pipeta para asegurarse de que todas las células fueran
eliminadas del fondo del pocillo y de que los grumos fueran
rotos.
1 ml de la suspensión de células fue pipeteada
en una botella universal de MRD (Diluyente de Recuperación Máximo)
y luego se diluyó como es apropiado. Las diluciones fueron puestas
en placas en agar de recuento en placa (PCA) y fueron incubadas a
37°C durante 24 h.
Después de la incubación, las colonias fueron
enumeradas y la inhibición de adhesión fue calculada como la
relación de bacterias (c.f.u ml^{-1}) presentes en la muestra
respecto al control (PBS) (Figura 2).
Los resultados mostrados en la Figura 2 indican
una fuerte inhibición de la adhesión de E. coli EPEC y S.
typhimurium en presencia de la fracción de disacáridos, cuya
inhibición está también presente en la mezcla de GOS. Hay un efecto
de antiadhesión inferior en presencia de la fracción más alta que
del trisacárido (> tri) de la mezcla frente a S.
typhimurium.
El ensayo de sensibilidad del oligosacárido se
realiza para asegurarse de que la mezcla de oligosacáridos no es
tóxica para las células HT29 (Figura 1).
Olano-Martin E.,
Williams M. R., Gibson G. R., Rastall RA. 2003.
Pectins and pecticoligosaccharides inhibit Escherichia coli
0157: H7 Shiga toxin as directed towards the human colonic cell
line HT29. FEMS Microbiol Letters 218 (1):
101-105.
Figura 1. Capacidad de supervivencia celular al
ser afectada por la adición de diferentes concentraciones de
oligosacáridos (0,01-100 mM) después de 24 y 48 h de
incubación.
\vskip1.000000\baselineskip
\newpage
Figura 2. Efecto de la mezcla de oligosacáridos
(TODOS) y de las diferentes fracciones de la mezcla sobre la
adhesión de E. coli EPEC, E. coli VTEC y Salmonella
typhimurium respecto a células HT29.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
El producto GOS usado en este examen fue
fabricado como se describe antes (Ejemplo 1) y la inulina fue
obtenida de Orafti (Bélgica).
Cuarenta cerdos machos destetados fueron
comprados en JSR Genetics Ltd, Southburn, Driffield, Yorkshire.
YO25 9ED.
A la llegada de los cerdos de la Universidad de
Reading fueron alojados en grupos en cuatro grupos de diez cerdos
durante un periodo de siete días después de su transporte para dar
tiempo a que los cerdos se aclimatasen a la unidad y a la dieta. El
peso promedio de los cerdos en su suministro fue de 14,70 kg.
Después de un período de aclimatación de siete
días los cerdos fueron transferidos a un lecho individual, dentro
de la misma unidad. El peso promedio de los cerdos en el lecho
individual fue de 17,46 kg.
Los cerdos fueron identificados por un único
marcaje en la oreja, también fueron enumerados individualmente
usando un marcador de reserva impermeable. Cada pluma individual
fue enumerada con el mismo número de identificación que el usado
para marcar cada cerdo.
A diez cerdos se les asignó una de cuatro
dietas, una dieta control (NEG), una dieta suplementada con 1,6%
(p/p) de GOS preparado de acuerdo con el Ejemplo 1 respecto a la
dieta control, dieta suplementada con 4% (p/p) de GOS frente a la
dieta control o dieta suplementada con 1,6% (p/p) de inulina
respecto a la dieta control.
Los cerdos fueron acostados sobre aserrín en
todo el estudio, también les fue proporcionada paja como un
enriquecimiento ambiental ya que era un juguete que ayudaba a
aliviaba el aburrimiento.
En todo el estudio los cerdos recibieron peletes
de Deltawean 15 NGP (ABN, ABN House, Aptdo. de correos 250, Oundle
Rd, Woodston, Peterborough. PE 9QF) una alimentación completa
suficiente para alimentar ad libitum a cerdos en edad de
crecimiento.
\newpage
Composición nutritiva/mineral de
Deltawean
15NGP
El alimento de los cerdos también contenía
antioxidantes permitidos, HidroxiAnisol Butilado (BHA),
hidroxiTolueno Butilado (BHT) y Etoxiquina.
Los cerdos fueron asignados al azar para el
tratamiento aunque dos o tres cerdos fueron colocados con el mismo
tratamiento dietético individualmente dentro del misma área de
pluma de grupo. Los cerdos fueron agrupados de este modo para
evitar confundir tratamientos debido a la fuga de cerdos de un grupo
individual, es decir, que se pudieran robar el alimento que
contenía el tratamiento de la dieta correcto para aquel cerdo
particular. Los cerdos individual-
mente colocados, en los grupos de dos o tres, con el mismo tratamiento, fueron asignados al azar en toda la unidad.
mente colocados, en los grupos de dos o tres, con el mismo tratamiento, fueron asignados al azar en toda la unidad.
Fueron recogidas muestras fecales de cada cerdo
al principio y después de cuatro semanas de alimentación con las
dietas de ensayo, y las poblaciones microbianas fecales fueron
determinadas usando FISH (Tabla 4) como se describe antes (Ejemplo
3). Al final del experimento, los cerdos fueron sacrificados para
obtener muestras del contenido del colon proximal y distal. el valor
del pH (Tabla 5), ácidos grasos de cadena corta (SCFA) (Tabla 6) y
las poblaciones microbianas (Tabla 7) fueron determinadas en el
contenido del colon proximal y distal. Se muestran los datos como
el promedio \pm desviación típica. Las diferencias fueron
analizadas por la prueba t-Student. Las diferencias
fueron consideradas significativas para P <0,05.
\vskip1.000000\baselineskip
- \quad
- Cada valor es el promedio \pm SD, n=10. Las diferencias fueron analizadas por la prueba t-Student. El prome- dio en una fila con superíndices significan diferente (P <0,05)^{a} de NEG, ^{b} de GOS 1,6%, ^{c} de inulina.
Tabla 5: hay una caída en el pH del colon
proximal en presencia de GOS (para 1,6% y especialmente para 4%)
que en combinación con los datos de SCFA (Tabla 6) sugiere que el
producto GOS alcanza el colon proximal (los productos de
fermentación han aumentado).
Tabla 7: la presencia de GOS (4%) muestra un
aumento significativo de los números de población de bacterias
beneficiosas (bifidobacterias, lactobacilli) en el colon proximal.
Este aumento de los números de población es inferior en la parte
distal y en las muestras fecales, que pueden ser explicadas por el
hecho de que el producto GOS parece ser fermentado principalmente
en el colon proximal. El tratamiento con GOS 1,6% mostró tendencias
similares.
En el colon proximal puede observarse un aumento
del número población de bifidobacterias así como un aumento de la
producción de ácido acético (el producto de fermentación principal
de la bifidobacteria). Esto sugiere que el producto de GOS es muy
selectivo respecto a la especie bifidobacteria.
Estudio del caso
1
Un paciente femenino de 43 años con colitis
ulcerativa diagnosticada (una de las dos formas principales de la
IBD) es citado como un estudio del caso sobre los efectos del
producto de GOS, preparado de acuerdo con el Ejemplo 1.
El paciente había sufrido la colitis ulcerativa
durante 5 años y estuvo sin medicación previa, y durante, el
período de prueba. El agente antinflamatorio sulfasalazina se había
usado antes, pero sin el efecto positivo. El paciente tenía
dificultad en la digestión de productos de alimentación, estaba bajo
una dieta estándar, sufrida de náuseas, diarrea y dolor abdominal.
Éste provenía del intestino grueso del lado izquierdo, lo que se
correlacionó con el diagnóstico de colitis basada en la inflamación
del colon descendente.
Una dosis de GOS de 7 g/día total a diario (en 2
dosis separadas) fue ingerida. A los 4 días de la toma, los
síntomas comenzaron mejorar. El paciente fue capaz de digerir su
dieta mejor, los dolores intestinales comenzaron a aliviarse y se
redujeron las náuseas. No se realizó ningún análisis clínico por
endoscopia, pero sin embargo la sensación de bienestar del paciente
fue mejorada notablemente. El único cambio en la dieta fue la
adición de GOS. Seis semanas más tarde, este efecto había sido
mantenido.
Aunque no hubo un estudio con placebo
controlado, múltiples pacientes, este caso del estudio proporciona
pruebas fundamentadas respecto a los efectos positivos de los
prebióticos GOS en la forma del IBD principal.
Caso del estudio
2
Un varón de 27 años que había sufrido de IBS
durante 3 años estuvo ingiriendo durante 3 semanas 7 g/día de GOS
preparado de acuerdo con el Ejemplo 1 en dos dosis separadas. Antes
de este período él experimentó flatulencias, estreñimiento, dolor
intestinal y cansancio. Estos son los síntomas clásicos asociados
con el IBS. El paciente no había ingerido antibióticos durante 6
meses y estaba bajo una dieta de trigo/gluten y libre de
azúcar.
Después del aporte prebiótico, un alivio marcado
de estos síntomas ocurrió a los 3 días y se ha mantenido. El sujeto
relata una mejora dramática de su bienestar global y de su salud
intestinal, dijo: "Estoy ahora listo para correr un maratón".
El es capaz de ingerir una dieta normal sin dificultades.
Este informe no es un ensayo controlado, pero
actúa realmente como pruebas fundamentadas mostrando lo que GOS
puede mejorar la condición del IBS y restaurar al paciente una
mejor calidad de vida.
Claims (17)
1. Una cepa de Bifidobacterium bifidum
depositada con el número de entrada NCIMB 41171 en la Colección
Nacional de Bacterias Industriales y Marítimas, Aberdeen, Reino
Unido el 31 de marzo de 2003 que produce una actividad de la enzima
galactosidasa que convierte a la lactosa en una mezcla de
galactooligosacáridos que comprende el disacárido Gal
(\alpha1-6)-Gal, al menos un
trisacárido seleccionado a partir de Gal
(\beta1-6)-Gal
(\beta1-4)-Glc y Gal
(\beta1-3)-Gal
(\beta1-4)-Glc, el tetrasacárido
Gal (\beta1-6)-Gal
(\beta1-6)-Gal-(\beta1-4)-Glc
y el pentasacárido Gal
(\beta1-6)-Gal
(\beta1-6)-Gal
(\beta1-6)-Gal-(\beta1-4)-Glc.
2. La cepa de acuerdo con la reivindicación 1,
en la que la mezcla de galactooligosacáridos comprende del 20 al
35% en p/v del disacárido, del 20 al 35% en p/v del trisacárido,
del 15 al 25% en p/v del tetrasacárido y del 10 al 20% en p/v del
pentasacárido.
3. Una composición de galactooligosacáridos para
estimular el crecimiento específico de bifidobacterias que
comprende, como constituyentes eficaces, una mezcla que comprende
el disacárido Gal (\alphal-6)-Gal,
al menos un trisacárido seleccionado a partir de Gal
(\beta1-6)-Gal
(\beta1-4)-Glc y Gal
(\beta1-3)-Gal
(\beta1-4)-Glc, el tetrasacárido
Gal (\beta1-6)-Gal
(\beta1-6)-Gal-(\beta1-4)-Glc
y el pentasacárido Gal
(\beta1-6)-Gal
(\beta1-6)-Gal
(\beta1-6)-Gal-(\beta1-4)-Glc.
4. La composición de acuerdo con la
reivindicación 3, que comprende del 20 al 35% en p/v del
disacárido, 20-35% en p/v del trisacárido,
15-25% en p/v del tetrasacárido y
10-20% en p/v del pentasacárido.
5. Una composición para mejorar la salud
intestinal que comprende un cultivo de la cepa de
Bifidobacterium bifidum de acuerdo con la reivindicación 1 o
la reivindicación 2 en combinación con la composición de acuerdo
con las reivindicaciones 3 ó 4.
6. Una composición para estimular el crecimiento
de bifidobacterias de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 3 a 5, para uso en un método de tratamiento de un
ser humano o animal mediante terapia.
7. El uso de la composición de acuerdo con
cualquiera de las reivindicaciones 3 a 5 en la preparación de un
medicamento para prevenir la adhesión de patógenos o toxinas
producidas por patógenos a la pared intestinal.
8. El uso de la composición de acuerdo con
cualquiera de las reivindicaciones 3 a 5, en la preparación de un
medicamento para reestablecer una flora intestinal normal después
del tratamiento con antibióticos o cirugía.
9. El uso de la composición de acuerdo con
cualquiera de las reivindicaciones 3 a 5 en la preparación de un
medicamento para tratar trastornos intestinales, por ejemplo, la
enfermedad inflamatoria del intestino o el síndrome del intestino
irritable.
10. El uso de una cepa de Bifidobacterium
bifidum de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación
2 para producir la mezcla de galactooligosacáridos que se define en
la reivindicación 3 o la reivindicación 4.
11. El uso de acuerdo con la reivindicación 10,
en el que la mezcla de galactooligosacáridos es parte de un
producto para mejorar la salud intestinal.
12. El uso de acuerdo con la reivindicación 11,
en el que el producto es seleccionado a partir del grupo que
consiste en productos lácteos, bebidas, productos de alimentación
infantil, cereales, bizcochos, repostería, tortas, suplementos
alimenticios, suplementos dietéticos, piensos, alimentación de
volatería o cualquier otro alimento o bebida.
13. El uso de acuerdo con la reivindicación 12,
en el que el producto lácteo es seleccionado a partir del grupo que
consiste en leche líquida, leche en polvo, leche entera en polvo,
leche desnatada en polvo, leche en polvo con grasa añadida, polvo
de suero, leche para bebés, helado, yogur, queso y productos lácteos
fermentados.
14. Un método para la fabricación de una
sustancia para estimular el crecimiento de bifidobacterias
caracterizado porque la lactosa o un material que contiene
lactosa es tratado con una cepa de Bifidobacterium bifidum de
acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2.
15. El método de acuerdo con la reivindicación
14, en el que el material que contiene lactosa es seleccionado a
partir del grupo que consiste en lactosa disponible en el comercio,
leche entera, leche semidesnatada, leche desnatada, suero y leche
con grasa añadida.
16. El método de acuerdo con la reivindicación
15, en el que la leche es obtenida a partir de ganado, búfalos,
ovejas o cabras.
17. El método de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 14 a 16, en el que después de la eliminación de
las células de Bifidobacterium bifidum la sustancia se seca
por pulverización para producir un polvo.
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