ES2380529B1 - NEW TIRAMINA OXIDASA, NUCLEIC ACID THAT CODIFIES AND USE THEMSELVES - Google Patents
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Landscapes
- Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
- Enzymes And Modification Thereof (AREA)
Abstract
Nueva tiramina oxidasa, ácido nucleico que la codifica y uso de los mismos. La nueva tiramina oxidasa forma parte de las enzimas codificadas por los genes presentes en las agrupaciones génicas tyn y hpa de Pseudomonas putida U, implicados en una vía de degradación de tiramina y/o dopamina desconocida hasta ahora. Dicha tiramina oxidasa transforma tiramina o dopamina en 4-hidroxifenilacetaldehído y 3,4-dihidroxifenilacetaldehído, por lo que permite reducir la cantidad de tiramina y/o dopamina en alimentos. La invención se refiere también a las moléculas de ácido nucleico que codifican la enzima, vectores que permitan su expresión y, especialmente a microorganismos recombinantes transformados con dichos vectores. Además, la invención se refiere al uso de la enzima, las moléculas de ácido nucleico que la codifican, los vectores que permiten su expresión, y, especialmente, los microorganismos recombinantes que expresen dicha enzima para reducir la cantidad de tiramina y/o dopamina en alimentos.New tyramine oxidase, nucleic acid that encodes and use them. The new tyramine oxidase is part of the enzymes encoded by the genes present in the tyn and hpa gene clusters of Pseudomonas putida U, involved in a pathway of tyramine and / or dopamine degradation unknown until now. Said tyramine oxidase transforms tyramine or dopamine into 4-hydroxyphenylacetaldehyde and 3,4-dihydroxyphenylacetaldehyde, thereby reducing the amount of tyramine and / or dopamine in food. The invention also relates to nucleic acid molecules encoding the enzyme, vectors that allow its expression and, especially to recombinant microorganisms transformed with said vectors. In addition, the invention relates to the use of the enzyme, the nucleic acid molecules that encode it, the vectors that allow its expression, and, especially, the recombinant microorganisms that express said enzyme to reduce the amount of tyramine and / or dopamine in foods.
Description
NUEVA TIRAMINA OXIDASA, ÁCIDO NUCLEICO QUE LA CODIFICA Y USO DE NEW TIRAMIN OXIDASE, NUCLEIC ACID THAT CODIFIES AND USE OF
LOS MISMOS THE SAME
El campo técnico de la invención pertenece a la Biotecnología. La invención se refiere a una nueva tiramina oxidasa que permite disminuir el contenido de tiramina y/o dopamina en una muestra. Se basa en una via de degradación bacteriana de estos compuestos, desconocida hasta ahora, que lleva a cabo la transformación de tiramina y de dopamina primeramente en los ácidos 4-hidroxifenilacético y 3,4-dihidroxifenilacético respectivamente, compuestos que, al ser degradados por las enzimas de otro cluster complementario, son finalmente degradados en ácido pirúvico y ácido succínico. La invención se refiere a la proteína tiramina oxidasa que interviene en la vía, las secuencias que la codifican, los vectores a partir de los cuales puede expresarse y a los microorganismos recombinantes en los que se exprese dicha proteína, así como al uso de cualquiera de ellos para disminuir el contenido de tiramina y/o dopamina en muestras que las contengan, preferentemente alimentos y bebidas. The technical field of the invention belongs to Biotechnology. The invention relates to a new tyramine oxidase that allows to reduce the content of tyramine and / or dopamine in a sample. It is based on a pathway of bacterial degradation of these compounds, unknown until now, which performs the transformation of tyramine and dopamine primarily into 4-hydroxyphenylacetic and 3,4-dihydroxyphenylacetic acids respectively, compounds that, when degraded by Enzymes from another complementary cluster are finally degraded in pyruvic acid and succinic acid. The invention relates to the tyramine oxidase protein involved in the pathway, the sequences that encode it, the vectors from which it can be expressed and the recombinant microorganisms in which said protein is expressed, as well as the use of any of them. to decrease the content of tyramine and / or dopamine in samples containing them, preferably food and beverages.
Las aminas son compuestos químicos derivados del amoníaco que resultan de la sustitución de los hidrógenos de esa molécula por radicales alquilo. Según se sustituyan uno, dos o tres hidrógenos, las aminas serán primarias, secundarias o terciarias. Cuando son originadas como consecuencia de la actividad de organismos vivos y poseen actividad biológica (cumplen importantes funciones en las células) reciben el nombre de ami nas biogénicas o biogénicas. En función del número de grupos amino presentes en la molécula podemos diferenciar, monoaminas, diaminas y poliaminas. Las monoaminas alifáticas están muy extendidas en la naturaleza donde también es abundante la diamina putrescina, mientras que las poliamidas espermidina y espermina son producidas por animales, por plantas y por la mayoría de las bacterias (1). Amines are chemical compounds derived from ammonia that result from the replacement of the hydrogens of that molecule by alkyl radicals. As one, two or three hydrogens are substituted, the amines will be primary, secondary or tertiary. When they are originated as a consequence of the activity of living organisms and have biological activity (they perform important functions in cells) they are called biogenic or biogenic amines. Depending on the number of amino groups present in the molecule we can differentiate monoamines, diamines and polyamines. Aliphatic monoamines are widespread in nature where putrescine diamine is also abundant, while spermidine and spermine polyamides are produced by animals, plants and most bacteria (1).
Las aminas aromáticas, originadas por descarboxilación de aminoácidos, son las aminas más comunes en los alimentos (histamina, 2-feniletilamina, tiramina, etc.) y Aromatic amines, caused by decarboxylation of amino acids, are the most common amines in food (histamine, 2-phenylethylamine, tyramine, etc.) and
también tienen gran importancia como transmisores dentro del sistema nervioso they also have great importance as transmitters within the nervous system
central (dopamina, noradrenalina, epinefrina, serotonina, etc.). central (dopamine, norepinephrine, epinephrine, serotonin, etc.).
Podemos hacer una distinción entre aminas biogénicas endógenas, que son aquellas que son sintetizadas en diferentes tejidos de los organismos superiores (como por ejemplo la adrenalina producida en la médula adrenal o la histamina en los mastocitos) y ami nas biogénicas exógenas, que son las ingeridas en la dieta. Estas ami nas biogénicas exógenas pueden estar presentes en los alimentos de origen vegetal (frutas y hortalizas), o bien pueden aparecer en los alimentos como consecuencia de la actividad microbiana durante el procesado (cura de carnes y quesos) o durante el almacenaje de los mismos. Debido a que pueden provocar efectos nocivos tanto en el hombre como en los animales, son consideradas sustancias tóxicas. We can make a distinction between endogenous biogenic amines, which are those that are synthesized in different tissues of higher organisms (such as adrenaline produced in the adrenal medulla or histamine in mast cells) and exogenous biogenic amines, which are ingested in the diet These exogenous biogenic amines may be present in foods of plant origin (fruits and vegetables), or they may appear in foods as a result of microbial activity during processing (cure of meats and cheeses) or during storage thereof . Because they can cause harmful effects in both man and animals, they are considered toxic substances.
Las aminas biogénicas más importantes que pueden encontrarse en los alimentos son la histamina, la putrescina, la cadaverina, la tiramina, la triptamina, la feniletilamina, la espermina y la espermidina; y los alimentos que las contienen pueden ser muy variados (pescado, carne, huevos, quesos, bebidas fermentadas, etc.) (2 ). The most important biogenic amines that can be found in food are histamine, putrescine, cadaverine, tyramine, tryptamine, phenylethylamine, spermine and spermidine; and the foods that contain them can be very varied (fish, meat, eggs, cheeses, fermented drinks, etc.) (2).
Afortunadamente, los organismos cuentan con diferentes sistemas naturales de destoxificación (monoaminooxidasa -MAO-o la diaminooxidasa -DAO-) que les permiten eliminar las aminas biogénicas, evitando los efectos perjudiciales causados por estos compuestos. Sin embargo, puede haber casos en que estos sistemas no funcionan correctamente, o se encuentran inhibidos por la acción de determinados fármacos, por lo que la presencia de aminas biogénicas en los alimentos puede suponer un grave problema para la salud. Fortunately, organisms have different natural detoxification systems (monoamine oxidase -MAO- or diaminooxidase -DAO-) that allow them to eliminate biogenic amines, avoiding the harmful effects caused by these compounds. However, there may be cases in which these systems do not work properly, or are inhibited by the action of certain drugs, so the presence of biogenic amines in food can pose a serious health problem.
Por todas estas razones es muy interesante seleccionar microorganismos que al ser utilizados en los procesos de elaboración de alimentos (curados, fermentaciones, etc.), no acumulen aminas biogénicas, o que lo hagan en concentraciones que no sean peligrosas para la salud. La Ingeniería Genética y la Ingeniería Metabólica podrían contribuir a obtener este tipo de cepas asegurando, además, que se conserven otra serie de propiedades y características que son necesarias para mantener los estándares de identidad y calidad de los alimentos. Las aminas biogénicas como neurotransmisores For all these reasons, it is very interesting to select microorganisms that, when used in food processing processes (cured, fermentations, etc.), do not accumulate biogenic amines, or that do so in concentrations that are not dangerous to health. Genetic Engineering and Metabolic Engineering could contribute to obtaining this type of strains, ensuring, in addition, that another series of properties and characteristics that are necessary to maintain the standards of identity and quality of food are preserved. Biogenic amines as neurotransmitters
Desde hace décadas se tiene constancia de que la transmisión catecolaminérgica está mediada por aminas biogénicas entre las que se incluyen las catecolaminas (dopamina, noradrenalina y adrenalina) derivadas del aminoácido It has been known for decades that the catecholaminergic transmission is mediated by biogenic amines, including catecholamines (dopamine, norepinephrine and adrenaline) derived from the amino acid.
tirosina; la indolamina serotonina, sintetizada a partir del triptófano; y la histamina, tyrosine; indolamine serotonin, synthesized from tryptophan; and histamine,
producida a partir del aminoácido histidina. Catecolaminas produced from the amino acid histidine. Catecholamines
Bajo el término catecolaminas se engloban todas aquellas aminas biogénicas derivadas de la tirosina que contienen un grupo catecol y un grupo amino en su molécula. El primer paso en la síntesis de catecolaminas está catalizado por la enzima tirosinahidroxilasa mediante una reacción que requiere oxigeno como substrato y tetrahidrobiopterina como cofactor, y permite obtener como producto final dihidroxifenilalanina (DOPA) (Figura 1). Por lo tanto, la tasa de tirosinahidroxilasa va a ser el factor limitante para la síntesis de las tres aminas neurotransmisoras catecolaminérgicas (dopamina, noradrenalina y adrenalina). Under the term catecholamines, all those biogenic amines derived from tyrosine that contain a catechol group and an amino group in its molecule are included. The first step in the synthesis of catecholamines is catalyzed by the enzyme tyrosine hydroxylase through a reaction that requires oxygen as a substrate and tetrahydrobiopterin as a cofactor, and allows dihydroxyphenylalanine (DOPA) as a final product (Figure 1). Therefore, the rate of tyrosine hydroxylase will be the limiting factor for the synthesis of the three catecholaminergic neurotransmitter amines (dopamine, norepinephrine and adrenaline).
La dopamina se produce por la descarboxilación de L-DOPA. Esta reacción se lleva a cabo por la enzima DOPA descarboxilasa. El área del cerebro donde se encuentra en mayor abundancia es en el corpus estríatum, jugando un papel esencial en la coordinación de los movimientos corporales (3). En pacientes que padecen la enfermedad de Parkinson, por ejemplo, se ha observado degeneración de las neuronas dopaminérgicas, lo que va a dar lugar a la característica disfunción motora asociada a esta enfermedad (4). Dopamine is produced by decarboxylation of L-DOPA. This reaction is carried out by the enzyme DOPA decarboxylase. The area of the brain where it is found in greater abundance is in the corpus estríatum, playing an essential role in the coordination of body movements (3). In patients suffering from Parkinson's disease, for example, degeneration of dopaminergic neurons has been observed, which will lead to the characteristic motor dysfunction associated with this disease (4).
La noradrenalina, también llamada norepinefrina, requiere para su síntesis, a partir de dopamina, la acción de la dopamina-¡3-hidroxilasa. Esta catecolamina se produce mayoritariamente en las neuronas de los ganglios simpáticos y su acción está relacionada con el sueño, la vigilia, la atención y la conducta. Norepinephrine, also called norepinephrine, requires for its synthesis, from dopamine, the action of dopamine-3-hydroxylase. This catecholamine is mainly produced in neurons of the sympathetic ganglia and its action is related to sleep, wakefulness, attention and behavior.
La adrenalina, también llamada epinefrina, está presente en el cerebro en niveles más bajos que las otras dos catecolaminas. La enzima que sintetiza la adrenalina, la feniletanolamina-N-metiltransferasa, se localiza solo en las neuronas secretoras de esta catecolamina. Adrenaline, also called epinephrine, is present in the brain at lower levels than the other two catecholamines. The enzyme that synthesizes adrenaline, phenylethanolamine-N-methyltransferase, is located only in the secretory neurons of this catecholamine.
Las enzimas más importantes en el catabolismo de catecolaminas son la monoaminooxidasa (MAO) y la catecol O-metiltransferasa (COMT) (5). Estas enzimas se encuentran respectivamente en las mitocondrias y en el citoplasma tanto de las células neuronales como de las gliales. Los inhibidores de estas enzimas se utilizan en clínica como antidepresivos (6). Histamina The most important enzymes in the catabolism of catecholamines are monoamine oxidase (MAO) and catechol O-methyltransferase (COMT) (5). These enzymes are found respectively in the mitochondria and cytoplasm of both neuronal and glial cells. Inhibitors of these enzymes are used clinically as antidepressants (6). Histamine
Esta amina biogénica neurotransmisora se produce por descarboxilación de la histidina debido a la acción de la histidinadescarboxilasa (Figura 2ª). En su metabolismo intervienen tanto la histidinametiltransferasa como la MAO. La mayor concentración de este neurotransmisor se encuentra en las neuronas del hipotálamo y su acción está relacionada con los procesos de alerta y atención. La histamina también es liberada por los macrófagos en respuesta a reacciones alérgicas o a daños en los tejidos. Serotonina This biogenic neurotransmitter amine is produced by decarboxylation of histidine due to the action of histidine decarboxylase (Figure 2). Its metabolism involves both histidine methyltransferase and MAO. The highest concentration of this neurotransmitter is found in the neurons of the hypothalamus and its action is related to the alert and attention processes. Histamine is also released by macrophages in response to allergic reactions or tissue damage. Serotonin
Esta indolamina, también llamada 5-hidroxitriptamina, se sintetiza en las neuronas a partir del triptófano ingerido con los alimentos tras ser hidroxilado a 5hidroxitriptófano mediante una reacción catalizada por la enzima triptófano-5hidroxilasa. Posteriormente, el 5-hidroxitriptófano se descarboxila por medio de la acción de una 5-hidroxitriptofano descarboxilasa para dar lugar a la serotonina (Figura 28). La principal enzima encargada de su degradación es la MAO, al igual que sucede en las demás aminas biogénicas. La serotonina está implicada en la regulación del sueño y de la vigilia. This indolamine, also called 5-hydroxytryptamine, is synthesized in neurons from tryptophan ingested with food after being hydroxylated to 5-hydroxytryptophan by a reaction catalyzed by the enzyme tryptophan-5-hydroxylase. Subsequently, 5-hydroxytryptophan is decarboxylated by the action of a 5-hydroxytryptophan decarboxylase to give rise to serotonin (Figure 28). The main enzyme responsible for its degradation is MAO, as in the other biogenic amines. Serotonin is involved in the regulation of sleep and wakefulness.
Además de las monoaminas neurotransmisoras, existen otras aminas biogénicas que poseen una estructura molecular parecida y que actúan como neuromoduladores o "falsos neurotransmisores". Estas aminas endógenas, también denominadas aminas "traza" o microaminas, se encuentran en pequeñas cantidades en el sistema nervioso central y su estudio está adquiriendo una importante relevancia en los últimos años. Aminas "traza" In addition to neurotransmitter monoamines, there are other biogenic amines that have a similar molecular structure and act as neuromodulators or "false neurotransmitters." These endogenous amines, also called "trace" amines or microamines, are found in small amounts in the central nervous system and their study is becoming important in recent years. "Trace" amines
Con el término aminas "traza" o microaminas, se hace referencia a una familia de ami nas endógenas, estructural y metabólicamente relacionadas con la dopamina, la noradrenalina y la serotonina (7-8). En este grupo se incluyen p-y m-octopamina, p-y m-tiramina, triptamina y ¡3-feniletilamina (Figura 3). Todas estas moléculas están heterogéneamente distribuidas en el cerebro de mamíferos en concentraciones muy bajas (0,1-100 ng/g de tejido) (9), pero juegan un papel importante en la coordinación de la respuesta sináptica mediada por las aminas biogénicas neurotransmisoras. With the term "trace" amines or microamines, reference is made to a family of endogenous amino acids, structurally and metabolically related to dopamine, norepinephrine and serotonin (7-8). This group includes p-y m-octopamine, p-y m-tyramine, tryptamine and 3-phenylethylamine (Figure 3). All these molecules are heterogeneously distributed in the brain of mammals in very low concentrations (0.1-100 ng / g of tissue) (9), but they play an important role in coordinating the synaptic response mediated by neurotransmitter biogenic amines.
Recientemente se han caracterizado dos receptores específicos de estas ami nas "traza" que no pueden ser activados por las monoaminas neurotransmisoras. Estos receptores se denominan TA1 y TA2, pertenecen a la familia de receptores asociados a las proteínas G (GPCRs) y se encuentran localizados en la membrana plasmática pre-y post-sináptica de las neuronas receptoras. Son activados por triptamina, p-tiramina y por ¡3-feniletilamina, así como por anfetamina, 3,4metilenedioximetanfetamina (MDMA) y otros tipos de drogas alucinógenas. (10). Este Recently, two specific receptors of these "trace" amino acids have been characterized that cannot be activated by neurotransmitter monoamines. These receptors are called TA1 and TA2, belong to the family of receptors associated with G proteins (GPCRs) and are located in the pre-and post-synaptic plasma membrane of receptor neurons. They are activated by tryptamine, p-tyramine and 3-phenylethylamine, as well as by amphetamine, 3,4-methylenedioxymethamphetamine (MDMA) and other types of hallucinogenic drugs. (10) This
descubrimiento ha despertado un gran interés por estos compuestos a los que, dada discovery has aroused great interest in these compounds to which, given
su relevancia fisiológica, se les denomina "anfetaminas endógenas" (11-12). their physiological relevance, they are called "endogenous amphetamines" (11-12).
Además de estos aspectos recientemente descubiertos, desde hace años se conoce la función co-transmisora jugada por estas aminas "traza" en los sistemas de neurotransmisión mediados por dopamina, noradrenalina o por serotonina (8). La similitud estructural de estas aminas "traza" con las monoaminas neurotransmisoras, les va a permitir actuar como sustitutos o "falsos neurotransmisores" en los sistemas de dopamina y noradrenalina. Además, debido a su similitud funcional están siendo utilizados en el tratamiento de la encefalopatía hepática (13) o en la enfermedad de Parkinson(14). In addition to these recently discovered aspects, the co-transmitter function played by these "trace" amines in the neurotransmission systems mediated by dopamine, norepinephrine or serotonin (8) has been known for years. The structural similarity of these "trace" amines with neurotransmitter monoamines will allow them to act as substitutes or "false neurotransmitters" in the dopamine and noradrenaline systems. In addition, due to their functional similarity they are being used in the treatment of hepatic encephalopathy (13) or in Parkinson's disease (14).
Finalmente las aminas "traza" pueden servir de neuromoduladores en el sistema nerviosos central, pero antes de explicar esta actividad debería hacerse una clara distinción entre neurotransmisor y neuromodulador (15). Finally, "trace" amines can serve as neuromodulators in the central nervous system, but before explaining this activity, a clear distinction between neurotransmitter and neuromodulator should be made (15).
Se denomina neurotransmisor, a la molécula liberada por una neurona al canal sináptico en respuesta a una actividad eléctrica y que posteriormente se va a unir específicamente a sus receptores post-sinápticos, provocando la inducción de un cambio en la excitabilidad de la célula post-sináptica y de este modo, permitir el paso de la información. It is called a neurotransmitter, the molecule released by a neuron to the synaptic channel in response to an electrical activity and which will subsequently specifically bind to its post-synaptic receptors, causing the induction of a change in the excitability of the post-synaptic cell and thus, allow the passage of information.
Un neuromodulador es también una molécula liberada por una neurona, pero que en este caso no es capaz de provocar un cambio en la excitabilidad de la membrana de la célula post-sináptica por si mismo, ya que necesita de la presencia de un neurotransmisor. La liberación de un neuromodulador actúa modificando la acción (incrementándola o disminuyéndola) de un neurotransmisor coexistente. A neuromodulator is also a molecule released by a neuron, but in this case it is not capable of causing a change in the excitability of the post-synaptic cell membrane by itself, since it needs the presence of a neurotransmitter. The release of a neuromodulator acts by modifying the action (increasing or decreasing it) of a coexisting neurotransmitter.
Por lo tanto, no es extraño que las aminas "traza", hayan estado implicadas en la mayoría de los trastornos neuropsiquiátricos asociados a disfunciones en los sistemas de catecolaminas e indolaminas, ya que estos compuestos modulan los procesos de señalización que ocurren en los terminales post-y pre-sinápticos de estos sistemas. Se cree que alteraciones en la función de estas "aminas traza" están involucradas en la etiología de una gran variedad de trastornos neuropatológicos, incluidas las alucinaciones, esquizofrenia, depresión, estados de ansiedad, hiperactividad, trastorno bipolar, etc. (11, 16-18). Presencia de aminas biogénicas en los alimentos Therefore, it is not strange that "trace" amines have been implicated in the majority of neuropsychiatric disorders associated with dysfunctions in the catecholamine and indolamines systems, since these compounds modulate the signaling processes that occur in the post terminals. -and pre-synaptics of these systems. It is believed that alterations in the function of these "trace amines" are involved in the etiology of a wide variety of neuropathological disorders, including hallucinations, schizophrenia, depression, anxiety states, hyperactivity, bipolar disorder, etc. (11, 16-18). Presence of biogenic amines in food
Las aminas biogénicas, además de estar presentes en el sistema nervioso central cumpliendo funciones neurotransmisoras y neuromoduladoras, se encuentran presentes en los alimentos y bebidas fermentadas, donde se generan mediante la descarboxilación de sus aminoácidos precursores. Su acumulación (especialmente la de aminas biogénicas aromáticas) puede hacer que la ingesta de estos alimentos resulte perjudicial para la salud. Las principales aminas biogénicas que pueden provocar toxicidad cuando se acumulan en alimentos, aparecen reflejadas en la figura Biogenic amines, in addition to being present in the central nervous system fulfilling neurotransmitter and neuromodulatory functions, are present in fermented foods and beverages, where they are generated by decarboxylation of their precursor amino acids. Their accumulation (especially that of aromatic biogenic amines) can make the intake of these foods harmful to health. The main biogenic amines that can cause toxicity when accumulated in food, are reflected in the figure
4. Four.
Las aminas y poliaminas (PAs) solamente se encuentran de forma natural en los alimentos de origen vegetal, ya que estas moléculas se encuentran en las plantas y en sus frutos, formando parte de las paredes celulares de éstos o actuando como sistema defensivo frente al ataque de patógenos o de depredadores (19). Debido a su naturaleza química, estos compuestos participan en numerosos procesos celulares básicos, así como en diferentes eventos relacionados con el crecimiento, con el desarrollo y con la respuesta de las plantas a determinadas condiciones de estrés. Las PAs además de ser esenciales para el crecimiento de las plantas, bajo condiciones apropiadas, pueden ejercer funciones específicas de control de la morfogénesis (20). Amines and polyamines (PAs) are only found naturally in plant-based foods, since these molecules are found in plants and in their fruits, forming part of their cell walls or acting as a defensive system against attack of pathogens or predators (19). Due to their chemical nature, these compounds participate in numerous basic cellular processes, as well as in different events related to growth, development and the response of plants to certain stress conditions. PAs, in addition to being essential for plant growth, under appropriate conditions, can exercise specific morphogenesis control functions (20).
La amina predominante dependerá del tipo de fruto o planta que se considere; así por ejemplo, en frutos como el limón, la mandarina y la fresa, predomina la putrescina, mientras que en la frambuesa y en las setas, la amina predominante es la tiramina (21). Se ha comprobado, además, que entre distintas variedades de un mismo fruto puede haber una gran variación de los niveles de aminas (22). The predominant amine will depend on the type of fruit or plant considered; for example, in fruits such as lemon, tangerine and strawberry, putrescine predominates, while in raspberry and mushrooms, the predominant amine is tyramine (21). It has also been proven that between different varieties of the same fruit there may be a great variation in the levels of amines (22).
Sin embargo, las ami nas biogénicas presentes en muchos alimentos también pueden tener un origen exógeno, siendo generadas mediante descarboxilación de los aminoácidos precursores. Así, aparecen en una gran variedad alimentos, ya sean estos no fermentados (pescado, productos lácteos, carne, etc.) o bien aquellos otros que han sufrido algún tipo de fermentación durante su elaboración (vino, cerveza, queso, etc.). Su acumulación es un aspecto a tener muy en cuenta debido a los problemas toxicológicos que puede generar su ingestión. However, the biogenic amines present in many foods can also have an exogenous origin, being generated by decarboxylation of the precursor amino acids. Thus, they appear in a wide variety of foods, whether they are unfermented (fish, dairy products, meat, etc.) or those that have undergone some type of fermentation during their production (wine, beer, cheese, etc.). Its accumulation is an aspect to be taken into account due to the toxicological problems that its ingestion can generate.
Hay factores que van a limitar la acumulación de ami nas biogénicas (sobre todo las que son debidas a la actividad microbiana) en los alimentos. Así, por ejemplo, la disponibilidad de sustrato, el pH del medio, la concentración de sales y la temperatura también van a tener una gran influencia en la producción de aminas. El piridoxal fosfato es un factor requerido para que se lleve a cabo la descarboxilación de aminoácidos en la mayoría de las bacterias y, por consiguiente, su presencia o ausencia será determinante para la síntesis de aminas biogénicas. Presencia de aminas en alimentos no fermentados There are factors that will limit the accumulation of biogenic amines (especially those that are due to microbial activity) in food. Thus, for example, the availability of substrate, the pH of the medium, the concentration of salts and the temperature will also have a great influence on the production of amines. Pyridoxal phosphate is a factor required for the decarboxylation of amino acids in most bacteria and, therefore, their presence or absence will be decisive for the synthesis of biogenic amines. Presence of amines in unfermented foods
La presencia de aminas biogénicas en los alimentos no fermentados es un The presence of biogenic amines in unfermented foods is a
indicador de la presencia de actividad microbiana no deseada, y por lo tanto, el nivel de aminas presente puede ser utilizado como un indicador del deterioro del alimento por acción de los microorganismos. Normalmente, la cantidad de histamina, putrescina 5 y cadaverina se incrementa durante el deterioro del alimento, mientras que los niveles de espermina y espermidina disminuyen. Debido a esta característica, se ha utilizado el índice de Aminas Biogénicas (IAB), definido por Karmas (23) y expresado en mg/Kg, para calcular el grado calidad de un alimento. En la actualidad la detección y cuantificación de aminas biogénicas se realiza mediante técnicas de HPLC, tal y como Indicator of the presence of unwanted microbial activity, and therefore, the level of amines present can be used as an indicator of food spoilage by microorganisms. Normally, the amount of histamine, putrescine 5 and cadaverine increases during food spoilage, while spermine and spermidine levels decrease. Due to this characteristic, the Biogenic Amines Index (IAB), defined by Karmas (23) and expressed in mg / Kg, has been used to calculate the quality grade of a food. Currently, the detection and quantification of biogenic amines is performed using HPLC techniques, as
lOse describirá más adelante en este trabajo. IAB = [histamina] + [putrescina] + [cadaverina] / 1 + [espermina] + [espermidina] It will be described later in this work. IAB = [histamine] + [putrescine] + [cadaverine] / 1 + [spermine] + [spermidine]
Pescados o carne con un valor de IBA por debajo de 1 son considerados de primera calidad, mientras que valores alrededor de 10 indican una pobre calidad microbiológica del producto. Fish or meat with an IBA value below 1 are considered top quality, while values around 10 indicate a poor microbiological quality of the product.
15 Entre los alimentos no fermentados que acumulan ami nas endógenas cabe destacar el pescado y la carne, que se caracterizan por acumular grandes concentraciones de histamina y tiramina, respectivamente, durante su almacenamiento, aunque éste no sea prolongado. Más aún, se ha demostrado que la acumulación de aminas como consecuencia de la actividad microbiana, no puede 15 Among the unfermented foods that accumulate endogenous amino acids, fish and meat, which are characterized by accumulating large concentrations of histamine and tyramine, respectively, are stored during storage, even if it is not prolonged. Moreover, it has been shown that the accumulation of amines as a result of microbial activity cannot
20 evitarse con el envasado al vacío del producto (24). La única medida efectiva para evitar la acumulación de aminas biogénicas es el almacenamiento de los productos a bajas temperaturas (24). Presencia de aminas en alimentos fermentados Durante los procesos de preparación de alimentos fermentados, el producto 20 Avoid with vacuum packaging of the product (24). The only effective measure to prevent the accumulation of biogenic amines is the storage of products at low temperatures (24). Presence of amines in fermented foods During the preparation of fermented foods, the product
25 suele ser incubado durante días, semanas e incluso meses, hasta alcanzar el grado necesario de fermentación o maduración, por lo que cabe esperar una mayor proliferación de microorganismos y, por consiguiente, una mayor presencia de ami nas biogénicas en esos productos. Además, en la elaboración de estos alimentos se necesita la participación de microorganismos que modifiquen las propiedades de la 25 it is usually incubated for days, weeks and even months, until the necessary degree of fermentation or maturation is reached, so that a greater proliferation of microorganisms and, consequently, a greater presence of biogenic amino acids in these products can be expected. In addition, the development of these foods requires the participation of microorganisms that modify the properties of the
30 materia prima original, por lo que la eliminación de estos microorganismos desvirtuaría la calidad, propiedades y características de los productos. Esto es lo que ocurre con alimentos tan populares como el queso, los embutidos, el chucrut o el vino (25). 30 original raw material, so the elimination of these microorganisms would distort the quality, properties and characteristics of the products. This is what happens with foods as popular as cheese, sausages, sauerkraut or wine (25).
La amina más importante que se acumula en el queso durante la maduración del mismo es la tiramina (26) y, en menor medida, la feniletilamina. Durante este 35 proceso, la caseína es lentamente degradada por enzimas proteolíticas, The most important amine that accumulates in cheese during ripening is tyramine (26) and, to a lesser extent, phenylethylamine. During this process, casein is slowly degraded by proteolytic enzymes,
incrementando de este modo el contenido de aminoácidos libres que pueden ser susceptibles de servir de substrato a descarboxilasas bacterianas específicas, para dar lugar a la formación de CO2 y una amina. thereby increasing the content of free amino acids that may be susceptible to serve as a substrate for specific bacterial decarboxylases, to give rise to the formation of CO2 and an amine.
En cambio, la amina que se acumula mayoritariamente en los embutidos es la histamina (21), pero en este caso su acumulación dependerá del proceso de elaboración, del tipo de carne utilizada, de su proporción y de la calidad de la misma, así como del tiempo de maduración. En el caso de los embutidos, se puede disminuir en gran medida la cantidad de aminas acumuladas en el producto final mediante la utilización de cultivos iniciadores (starters) que contienen los microorganismos adecuados para llevar a cabo la fermentación requerida, pero que no producen estas ami nas indeseables. Esta medida, que ha supuesto un gran avance en la regularización de los procesos de fermentación, no siempre es eficaz, ya que la flora microbiana endógena (presente en las materias primas originales) puede ser ya capaz de producir ami nas biogénicas por sí misma. On the other hand, the amine that accumulates mostly in sausages is histamine (21), but in this case its accumulation will depend on the manufacturing process, the type of meat used, its proportion and the quality of it, as well as of maturation time. In the case of sausages, the amount of accumulated amines in the final product can be greatly reduced by using starter cultures that contain the appropriate microorganisms to carry out the required fermentation, but do not produce these ami undesirable nas. This measure, which has meant a great advance in the regularization of fermentation processes, is not always effective, since the endogenous microbial flora (present in the original raw materials) may already be able to produce biogenic amino acids by itself.
Un grupo de productos importantes en cuanto a la acumulación de aminas biogénicas son las bebidas fermentadas. Tal es el caso de, la cerveza y especialmente, del vino. La presencia de aminas en estas bebidas es la responsable del característico dolor de cabeza que se experimenta después de un consumo abusivo (26). A group of important products regarding the accumulation of biogenic amines are fermented beverages. Such is the case of beer and especially wine. The presence of amines in these drinks is responsible for the characteristic headache that is experienced after abusive consumption (26).
En el vino se encuentran principalmente histamina, tiramina y putrescina, en cantidades muy variables según el tipo de vino. La concentración de estas aminas es baja durante la fermentación alcohólica y aumenta durante la fermentación maloláctica. Esto explica que los vinos tintos tengan concentraciones superiores de estas aminas con respecto a los vinos blancos, ya que estos últimos no sufren la fermentación maloláctica. Después de esta fermentación, el vino suele ser sulfatado para eliminar las poblaciones de bacterias y levaduras indeseables a partir ese momento, pero aún así, la concentración de ami nas biogénicas sigue evolucionando y puede llegar hasta los 50 mg/I durante la crianza (27). Aunque no existe una regulación definida en relación a la concentración de aminas biogénicas en el vino, hay países que han establecido límites para la importación (Canadá y Suiza 10 mg/I, Holanda 5 mg/I). Esto es debido a que la presencia de aminas en el vino entraña más riesgo que en otros alimentos, ya que al interactuar con ellas el alcohol, se van a ver afectados los mecanismos de destoxificación del organismo y se incrementan las posibilidades de intoxicación por ingesta de ami nas. In the wine there are mainly histamine, tyramine and putrescine, in very variable amounts depending on the type of wine. The concentration of these amines is low during alcoholic fermentation and increases during malolactic fermentation. This explains why red wines have higher concentrations of these amines compared to white wines, since the latter do not suffer from malolactic fermentation. After this fermentation, the wine is usually sulphated to eliminate the populations of undesirable bacteria and yeasts from that moment, but even so, the concentration of biogenic amines continues to evolve and can reach up to 50 mg / I during aging (27 ). Although there is no definite regulation regarding the concentration of biogenic amines in wine, there are countries that have established import limits (Canada and Switzerland 10 mg / I, Netherlands 5 mg / I). This is due to the fact that the presence of amines in wine carries more risk than in other foods, since when alcohol interacts with them, the body's detoxification mechanisms will be affected and the chances of food poisoning are increased. Amnes.
Los niveles de aminas biogénicas en bebidas alcohólicas elaboradas mediante The levels of biogenic amines in alcoholic beverages made by
fermentaciones con levaduras, son generalmente más bajos que los hallados en bebidas en cuya elaboración tiene lugar una fermentación ácido láctica (excepto el yogurt), pero aun así estas pueden contener cantidades considerables de putrescina, cadaverina, histamina y tiramina (2). Yeast fermentations are generally lower than those found in beverages in which lactic acid fermentation takes place (except yogurt), but still they can contain considerable amounts of putrescine, cadaverine, histamine and tyramine (2).
En resumen, las principales conclusiones que se pueden sacar acerca de la presencia de aminas biogénicas en los alimentos son las siguientes: La mayoría de los alimentos son susceptibles de deteriorarse por la acción de microorganismos capaces de producir aminas biogénicas. Concentraciones elevadas de ciertas aminas en los alimentos pueden resultar nocivos para la salud In summary, the main conclusions that can be drawn about the presence of biogenic amines in food are the following: Most foods are susceptible to deterioration due to the action of microorganisms capable of producing biogenic amines. High concentrations of certain amines in food can be harmful to health
Se debe dar gran importancia a la evaluación del contenido en aminas de los alimentos, así como a la presencia de otros agentes potenciadores del efecto de éstas, tales como otras ami nas, el alcoholo ciertas drogas. Great importance should be given to the evaluation of the amines content of foods, as well as the presence of other agents that enhance their effect, such as other animals, alcohol, certain drugs.
Se pueden y se deben evitar las concentraciones elevadas de aminas biogénicas en los alimentos, mediante buenas prácticas de fabricación y almacenaje de los mismos (control de la higiene, de la contaminación, de la temperatura, etc.) High concentrations of biogenic amines in food can and should be avoided, through good manufacturing and storage practices (control of hygiene, contamination, temperature, etc.)
En la producción de alimentos que precisen de una fermentación acidoláctica, se deben utilizar cultivos iniciadores (starters) de microorganismos que sean aminoácido descarboxilasa negativos. En este sentido, resultaría de gran utilidad la elaboración de cultivos starters que presenten en su composición microorganismos que no solamente no produzcan esas aminas sino que sean capaces de degradarlas. Toxicología de las aminas biogénicas In the production of foods that require acid lactic fermentation, starter cultures of microorganisms that are amino acid negative decarboxylase should be used. In this sense, it would be very useful to prepare starter cultures that present in their composition microorganisms that not only do not produce these amines but are capable of degrading them. Toxicology of biogenic amines
Como se ha indicado con anterioridad, la histamina, la tiramina, la triptamina y la ¡3-feniletilamina son aminas biológicamente activas que pueden provocar importantes efectos fisiológicos en el ser humano, tanto psicoactivos (neuromoduladores) como vasoactivos. El consumo de alimentos con un elevado contenido en aminas biogénicas puede provocar un gran número de efectos farmacológicos (Tabla 1) que caracterizan a determinadas enfermedades, como por ejemplo la intoxicación con histamina o la "reacción del queso" producida por la ingesta de tiramina. Además, las aminas están siendo actualmente estudiadas como precursores de compuestos carcinogénicos (21). As indicated previously, histamine, tyramine, tryptamine and 3-phenylethylamine are biologically active amines that can cause important physiological effects in humans, both psychoactive (neuromodulatory) and vasoactive. The consumption of foods with a high content of biogenic amines can cause a large number of pharmacological effects (Table 1) that characterize certain diseases, such as histamine poisoning or "cheese reaction" caused by tyramine intake. In addition, amines are currently being studied as precursors of carcinogenic compounds (21).
Tabla 1. Aminas biogénicas presentes en los alimentos y sus efectos en el organismo. Table 1. Biogenic amines present in food and its effects on the organism.
ID ID
Histamina Liberación de adrenalina y noradrenalina Estimulación de la musculatura uterina, intestinal y del aparato respiratorio. Histamine Adrenaline and norepinephrine release Stimulation of the uterine musculature, intestinal and respiratory system.
Estimulación de neuronas sensoriales y motoras. Stimulation of sensory and motor neurons.
Tiramina Incremento de la presión sanguínea. Control de la secreción gástrica. Vasoconstricción periférica. Incremento del ritmo cardiaco y respiratorio. Estimulación de la lacrimación y de la salivación. Liberación de noradrenalina. Migraña. Tyramine Increase in blood pressure. Control of gastric secretion. Peripheral vasoconstriction Increased heart and respiratory rate. Stimulation of lacrimation and salivation. Norepinephrine release Migraine.
Hipotensión. Putrescina y cadaverina Bradicardia. Potenciación del efecto de otras aminas. Hypotension Putrescine and cadaverine Bradycardia. Enhancement of the effect of other amines.
¡3-feniletilamina Liberación de noradrenalina. Incremento de la presión sanguínea. Migraña. 3-Phenylethylamine Norepinephrine release. Increase in blood pressure. Migraine.
Triptamina Incremento de la presión sanguínea. Tryptamine Increase in blood pressure.
De entre todas las aminas biogénicas presentes en los alimentos, cabe 5 destacar por su elevada toxicidad (consecuencia del mayor número de efectos fisiológicos que provocan), la histamina y la tiramina. Among all the biogenic amines present in food, it should be noted for its high toxicity (consequence of the greater number of physiological effects they cause), histamine and tyramine.
La histamina es una amina muy activa biológicamente, ya que desempeña muchas acciones dentro del organismo. Aunque los mastocitos y los basófilos sanguíneos contienen grandes cantidades de histamina, ésta se encuentra Histamine is a very biologically active amine, since it performs many actions within the body. Although mast cells and blood basophils contain large amounts of histamine, it is found
10 almacenada en gránulos característicos y no se liberarán a menos que se produzcan reacciones especiales (reacción alérgica). La histamina puede estimular el ritmo cardiaco y este efecto tiene como consecuencia la liberación de adrenalina y noradrenalina por las glándulas suprarrenales, excitación de la musculatura uterina y del tracto respiratorio, estimulación tanto de neuronas motoras como sensoriales y control de la secreción gástrica (28). Por lo tanto, no es sorprendente que en la intoxicación con histamina se manifiesten síntomas cutáneos como son la urticaria y la aparición de edemas o erupciones, además de síntomas gastrointestinales, como por ejemplo, nauseas, vómitos y diarrea. También se pueden dar otros síntomas como hipotensión, dolor de cabeza o palpitaciones (29). 10 stored in characteristic granules and will not be released unless special reactions occur (allergic reaction). Histamine can stimulate the heart rhythm and this effect results in the release of adrenaline and norepinephrine by the adrenal glands, excitation of the uterine muscles and respiratory tract, stimulation of both motor and sensory neurons and control of gastric secretion (28) . Therefore, it is not surprising that histamine poisoning manifests skin symptoms such as hives and the appearance of edema or rashes, as well as gastrointestinal symptoms, such as nausea, vomiting and diarrhea. Other symptoms such as hypotension, headache or palpitations may also occur (29).
A pesar del carácter tóxico ocasionado por un exceso de histamina, la presencia de esta amina en los alimentos no tiene porqué ser peligrosa. Existen muchos alimentos que contienen pequeñas cantidades de histamina y que, por lo tanto, van a ser fácilmente toleradas por el organismo gracias a la existencia de eficientes sistemas de destoxificación en el tracto digestivo, que van a metabolizar tanto la histamina ingerida como la histamina formada por la propia flora intestinal. Este sistema de destoxificación está compuesto por dos enzimas diferentes: la diamino oxidasa y la histidina-N-metiltransferasa. Estas dos enzimas se encargan de convertir la histamina en productos sin actividad biológica, y su eficiencia es elevada cuando existe un consumo de ami nas normal en la dieta. Sin embargo, estos mecanismos son menos eficaces si se ingieren grandes cantidades de aminas, o en presencia de otras aminas que potencien el efecto tóxico causado por la histamina. Despite the toxic nature caused by an excess of histamine, the presence of this amine in food does not have to be dangerous. There are many foods that contain small amounts of histamine and, therefore, will be easily tolerated by the body thanks to the existence of efficient detoxification systems in the digestive tract, which will metabolize both ingested histamine and formed histamine by the intestinal flora itself. This detoxification system is composed of two different enzymes: diamino oxidase and histidine-N-methyltransferase. These two enzymes are responsible for converting histamine into products without biological activity, and their efficiency is high when there is a normal consumption of dietary amine. However, these mechanisms are less effective if large amounts of amines are ingested, or in the presence of other amines that potentiate the toxic effect caused by histamine.
La presencia de tiramina induce la liberación de noradrenalina desde el sistema nervioso simpático, lo que va a provocar un incremento de la presión sanguínea mediante la vasoconstricción periférica y un aumento del ritmo cardiaco. También puede causar dilatación de las pupilas, aumento de la salivación, de la respiración y de los niveles de azúcar en sangre (30). The presence of tyramine induces the release of norepinephrine from the sympathetic nervous system, which will cause an increase in blood pressure through peripheral vasoconstriction and an increase in heart rate. It can also cause pupil dilation, increased salivation, breathing and blood sugar levels (30).
En lo referente a la presencia de tiramina en los alimentos, cabe destacar no sólo su propia toxicidad, sino también sus efectos nocivos en presencia de inhibidores de la monoamino oxidasa (MAO), pudiendo provocar estados críticos de hipertensión (31-33). La MAO se encarga de la desaminación oxidativa de las aminas derivadas de los alimentos, y constituyen el mejor sistema defensivo endógeno frente a estos compuestos tóxicos, permitiendo la degradación de los mismos antes de que estos pasen al torrente circulatorio. La utilización de drogas inhibidoras de la MAO durante el tratamiento de determinadas enfermedades mentales (depresión, esquizofrenia, etc.) va a provocar la inhibición de este sistema natural de destoxificación y, como consecuencia de esta inhibición, se producirá la acumulación de tiramina en la sangre, lo que generará estados críticos de hipertensión en los pacientes. El primer alimento que se asoció con este proceso fue el queso, por lo que este incremento de la presión sanguínea es conocido como "reacción del queso" y puede causar graves dolores de cabeza, hemorragias cerebrales o fallo cardiaco (1). Regarding the presence of tyramine in food, it is worth noting only its own toxicity, but also its harmful effects in the presence of monoamine oxidase (MAO) inhibitors, which can cause critical hypertension states (31-33). The MAO is responsible for the oxidative deamination of the amines derived from food, and they constitute the best endogenous defensive system against these toxic compounds, allowing their degradation before they pass into the bloodstream. The use of MAO inhibitor drugs during the treatment of certain mental illnesses (depression, schizophrenia, etc.) will cause the inhibition of this natural detoxification system and, as a consequence of this inhibition, the accumulation of tyramine in the blood, which will generate critical states of hypertension in patients. The first food that was associated with this process was cheese, so this increase in blood pressure is known as "cheese reaction" and can cause severe headaches, brain hemorrhages or heart failure (1).
Además de poder actuar como agentes tóxicos, actualmente se está estudiando la implicación de las ami nas en la síntesis de derivados que podrían actuar como agentes mutagénicos. Al añadir nitratos a los alimentos como conservantes, yal reaccionar éstos con las ami nas presentes en dichos alimentos, se van a generar Nnitrosaminas, que son compuestos carcinogénicos y constituyen un serio riesgo para la salud humana. Algunos ejemplos de estos procesos son la reacción entre la tiramina Y nitritos que va a originar 3-diazotiramina, compuesto que induce la aparición de cáncer en la cavidad oral de ratas (30), y la reacción entre tiramina y nitratos que cuando transcurre en condiciones ácidas da lugar a un compuesto mutagénico identificado como 4-(2-aminoetil)-6-diazo-2,4-ciclohexadienona (34). Producción de aminas biogénicas en los alimentos In addition to being able to act as toxic agents, the involvement of the amino acids in the synthesis of derivatives that could act as mutagenic agents is currently being studied. By adding nitrates to foods as preservatives, and when they react with the amino acids present in these foods, Nnitrosamines are generated, which are carcinogenic compounds and constitute a serious risk to human health. Some examples of these processes are the reaction between tyramine and nitrites that are going to cause 3-diazothyramine, a compound that induces the appearance of cancer in the oral cavity of rats (30), and the reaction between tyramine and nitrates that when it occurs in conditions Acids gives rise to a mutagenic compound identified as 4- (2-aminoethyl) -6-diazo-2,4-cyclohexadienone (34). Production of biogenic amines in food
Como ya hemos indicado, la mayoría de las aminas presentes en los alimentos son generadas por descarboxilación de sus correspondientes aminoácidos precursores, mediante la acción de enzimas específicas (aminoácido descarboxilasas) producidas por los microorganismos presentes en esos alimentos. Estas descarboxilasas están presentes en un gran número de especies pertenecientes a diferentes géneros bacterianos. As we have already indicated, most of the amines present in food are generated by decarboxylation of their corresponding precursor amino acids, through the action of specific enzymes (amino acid decarboxylases) produced by the microorganisms present in those foods. These decarboxylases are present in a large number of species belonging to different bacterial genera.
Para que se lleve a cabo la formación de aminas biogénicas en los alimentos se necesitan los siguientes requisitos: a) disponibilidad de aminoácidos libres (generalmente originados por acción proteolítica); b) presencia de microorganismos que posean enzima descarboxilasa (descarboxilasa positivos); y c) que se den las condiciones fisicoquímicas oportunas que permitan tanto el crecimiento bacteriano como la síntesis y la actividad descarboxilasa. Los microorganismos descarboxilasa positivos, pueden estar formando parte de la flora endógena de los alimentos, o ser introducidos por contaminación durante los procesos de elaboración o de almacenaje. En el caso de alimentos y bebidas que durante su elaboración sufren procesos de fermentación, la introducción de cultivos iniciadores puede afectar a la producción de ami nas biogénicas interaccionando, directa o indirectamente, tanto con la flora endógena como con la flora contaminante (2). For the formation of biogenic amines in food, the following requirements are needed: a) availability of free amino acids (generally caused by proteolytic action); b) presence of microorganisms possessing decarboxylase enzyme (positive decarboxylase); and c) that the appropriate physicochemical conditions exist that allow both bacterial growth and synthesis and decarboxylase activity. The positive decarboxylase microorganisms may be part of the endogenous flora of the food, or be introduced by contamination during the processing or storage processes. In the case of food and beverages that undergo fermentation processes, the introduction of starter cultures can affect the production of biogenic animals interacting, directly or indirectly, with both the endogenous flora and the contaminating flora (2).
La mayoría de las descarboxilasas mantienen su actividad incluso después del proceso de pasteurización. Este hecho, unido a que la mayor parte de la aminas son termoestables, implica no solo que la cantidad de ami nas ya formadas en los Most decarboxylases maintain their activity even after the pasteurization process. This fact, together with the fact that most of the amines are thermostable, implies not only that the amount of amino acids already formed in the
alimentos no se va a eliminar con el proceso de pasteurización, sino que, incluso, food will not be eliminated with the pasteurization process, but even
aumentará durante el almacenaje. Descarboxilación de aminoácidos will increase during storage. Amino acid decarboxylation
En la descarboxilación de aminoácidos se produce la eliminación del grupo acarboxilo del aminoácido en cuestión para dar lugar a CO2 y a la amina correspondiente. Esta reacción está catalizada por descarboxilasas bacterianas que son específicas para cada aminoácido. Así, por ejemplo, la ornitina puede ser degradada a putrescina y la lisina a cadaverina mediante la acción de la ornitina descarboxilasa (35) y la lisina descarboxilasa (36) respectivamente. Del mismo modo y siempre que se den las condiciones adecuadas, la histidina, la tirosina, el tritófano y la fenilalanina se descarboxilarán a histamina, tiramina, triptamina y ¡3-feniletilamina mediante la acción de la histidina descarboxilasa (37), la triptófano descarboxilasa (38), la tirosina descarboxilasa (39) y la fenilalaninadescarboxilasa (40), respectivamente. También existe una descarboxilasa de L-aminoácidos aromáticos (AADC) que cataliza la reacción de descarboxilación irreversible de L-DOPA a dopamina, pero que presenta una menor especificidad de sustrato que las anteriores, ya que es capaz de llevar a cabo la descarboxilación tanto de tirosina, como de fenilalanina, 5-hidroxitriptófano y triptófano (41). In the decarboxylation of amino acids, the removal of the acarboxyl group of the amino acid in question occurs to give rise to CO2 and the corresponding amine. This reaction is catalyzed by bacterial decarboxylases that are specific for each amino acid. Thus, for example, ornithine can be degraded to putrescine and lysine to cadaverine by the action of ornithine decarboxylase (35) and lysine decarboxylase (36) respectively. In the same way and provided that the appropriate conditions exist, histidine, tyrosine, tritophane and phenylalanine will be decarboxylated to histamine, tyramine, tryptamine and 3-phenylethylamine by the action of histidine decarboxylase (37), tryptophan decarboxylase (38), tyrosine decarboxylase (39) and phenylalanine decarboxylase (40), respectively. There is also an aromatic L-amino acid decarboxylase (AADC) that catalyzes the irreversible decarboxylation reaction of L-DOPA to dopamine, but which has a lower substrate specificity than the previous ones, since it is capable of carrying out the decarboxylation of both Tyrosine, such as phenylalanine, 5-hydroxytryptophan and tryptophan (41).
Las aminoácido descarboxilasas han sido ampliamente estudiadas en los últimos años (42). La mayoría de ellas utilizan pidoxal-5'-fosfato o piruvato como coenzima, y son dependientes de vitamina B6. Actualmente se dispone de un gran número de secuencias correspondientes a aminoácido descarboxilasas que están recogidas en las diferentes bases de datos. El análisis comparativo de las mismas ha permitido clasificarlas en cuatro grupos (Tabla 2) e identificar regiones funcionalmente importantes dentro de esas secuencias. The amino acid decarboxylases have been widely studied in recent years (42). Most of them use pidoxal-5'-phosphate or pyruvate as coenzyme, and are dependent on vitamin B6. Currently there are a large number of sequences corresponding to amino acid decarboxylases that are collected in the different databases. Their comparative analysis has allowed them to be classified into four groups (Table 2) and identify functionally important regions within those sequences.
Se han propuesto dos mecanismos de acción para la descarboxilación de aminoácidos, uno está basado en una reacción dependiente de piridoxal fosfato, y otro requiere una molécula de piruvato como cofactor (43). Two mechanisms of action for the decarboxylation of amino acids have been proposed, one is based on a pyridoxal phosphate-dependent reaction, and another requires a pyruvate molecule as a cofactor (43).
En las reacciones de descarboxilación dependientes de piridoxal-5-fosfato, se forma una base de Schiff debido a la reacción del grupo aldehído del piridoxal con uno de los grupos amino pertenecientes a una lisina localizada en el centro activo de la enzima (aldimina interna). El grupo carbonilo del piridoxal-5-fosfato reacciona fácilmente con los aminoácidos para formar una nueva base de Schiff (aldimina externa) que funciona como intermediario, y que permite que éstos sean In pyridoxal-5-phosphate-dependent decarboxylation reactions, a Schiff base is formed due to the reaction of the aldehyde group of the pyridoxal with one of the amino groups belonging to a lysine located in the active center of the enzyme (internal aldimine) . The carbonyl group of pyridoxal-5-phosphate reacts easily with amino acids to form a new base of Schiff (external aldimine) that functions as an intermediate, and that allows these to be
posteriormente descarboxilados para dar lugar a la correspondiente amina y a la subsequently decarboxylated to give rise to the corresponding amine and the
molécula de piridoxal fosfato original. En las reacciones de descarboxilación no dependientes de piridoxal-5-fosfato, está implicada una molécula de piruvato (101). En este caso será el grupo piruvil el original pyridoxal phosphate molecule. In decarboxylation reactions not dependent on pyridoxal-5-phosphate, a pyruvate molecule (101) is involved. In this case, the piruvil group will be the
5 que se une covalentemente al grupo amino del aminoácido formando una base de Schiff, permitiendo que sean posteriormente descarboxilados mediante una reacción muy similar a la reacción de descarboxilación dependiente de piridoxal-5-fosfato. 5 which covalently binds to the amino group of the amino acid forming a Schiff base, allowing them to be subsequently decarboxylated by a reaction very similar to the decarboxylation reaction dependent on pyridoxal-5-phosphate.
La descarboxilación de aminoácidos tiene una importante función energética para las bacterias en aquellos ambientes pobres en nutrientes, ya que al tratarse de 10 una reacción endotérmica, constituye un sistema de generación de ATP, a la vez que conduce a la síntesis de ami nas. Por otro lado, la formación de aminas provocará un aumento del pH del medio, favoreciendo el crecimiento bacteriano. Por todas estas razones, se puede considerar la descarboxilación de aminoácidos como un mecanismo muy ventajoso que permite la adaptación al medio a un gran número de The decarboxylation of amino acids has an important energy function for bacteria in those nutrient-poor environments, since being an endothermic reaction, it constitutes an ATP generation system, at the same time leading to the synthesis of amino acids. On the other hand, the formation of amines will cause an increase in the pH of the medium, favoring bacterial growth. For all these reasons, the decarboxylation of amino acids can be considered as a very advantageous mechanism that allows the adaptation to the medium to a large number of
15 microorganismos. 15 microorganisms
Tabla 2. a-aminoácido descarboxilasas dependientes de piridoxal-P con sus secuencias conocidas (Sandmeier et a/., 1994). Table 2. pyridoxal-P-dependent amino acid decarboxylases with their known sequences (Sandmeier et a /., 1994).
I Enzima I Enzyme
Grupo I Glicina descarboxilasa (EC 1.4.4.2) Group I Glycine decarboxylase (EC 1.4.4.2)
Grupo II Glutamato descarboxilasa (EC 4.1.1.15) Group II Glutamate decarboxylase (EC 4.1.1.15)
Histidina descarboxilasa (EC 4.1.1.22) Histidine decarboxylase (EC 4.1.1.22)
Números de acceso en GenBank y fuentes Access numbers in GenBank and sources
I I
P23378, humana; P15505, pollo; P26969, P23378, human; P15505, chicken; P26969,
Písum satívum Písum satívum
M84024, Escheríchía colí (GAD-a) ; M84025, Escheríchía colí (GADp); P20228, Drosophíla me/anogaster; mouse"; JH0423, rata (GAD65); P18088, rata (GAD67); P14748, gato; M74826, humana (GAD65); M81883, humana (GAD67) M84024, Escheríchía colí (GAD-a); M84025, Escheríchía colí (GADp); P20228, Drosophíla me / anogaster; mouse "; JH0423, rat (GAD65); P18088, rat (GAD67); P14748, cat; M74826, human (GAD65); M81883, human (GAD67)
P28577, Enterobacter aerogenes; P28578, K/ebsíella p/antíco/a; P05034, Morganella morganíí; X70644, P28577, Enterobacter aerogenes; P28578, K / ebsíella p / antíco / a; P05034, Morganella morganíí; X70644,
I Enzima I Enzyme
Tirosina descarboxilasa (EC 4.1.1.25) Tyrosine decarboxylase (EC 4.1.1.25)
Descarboxilasa de aminoácidos aromáticos (EC 4.1.1 .28) Amino acid decarboxylase aromatic (EC 4.1.1 .28)
Triptófano descarboxilasa (EC 4.1.1.17) Tryptophan decarboxylase (EC 4.1.1.17)
Grupo III Ornitina descarboxilasa (EC 4.1.1.18) Group III Ornithine decarboxylase (EC 4.1.1.18)
Lisina descarboxilasa (EC 4.1.1 .19) Lysine decarboxylase (EC 4.1.1 .19)
Arginina descarboxilasa (EC 4.1.1.17) Grupo IV Ornitina descarboxilasa (EC 4.1.1.19) Arginine decarboxylase (EC 4.1.1.17) Group IV Ornithine decarboxylase (EC 4.1.1.19)
Arginina descarboxilasa (EC 4.1.1.20) Arginine decarboxylase (EC 4.1.1.20)
Números de acceso en GenBank y fuentes Access numbers in GenBank and sources
I I
Drosophíla me/anogaster; P23738, ratón; P16453, rata; P19113, humana. Drosophíla me / anogaster; P23738, mouse; P16453, rat; P19113, human.
M96070, Petroselínum críspurn' M96070, Petroselínum críspurn '
S19796, Caenorhabdítís e/egans ; P05031, Drosophíla me/anogaster ; S19796, Caenorhabdítís e / egans; P05031, Drosophíla me / anogaster;
P14173, rata; P22781 ; cerdo de Guinea, P14173, rat; P22781; guinea pig,
P80041, cerdo P27718, bovina; P20711 , P80041, pig P27718, bovine; P20711,
humana human
P17770, Catharanthus roseus P17770, Catharanthus roseus
P21169, Escheríchía colí; P24169, Escheríchía colí (inducible) P21169, Escheríchía colí; P24169, Escheríchía colí (inducible)
P05033, Hafiía a/veí; P26934, Bacíllus subtílís; P23892, Escheríchía colí P05033, Hafiía a / veí; P26934, Bacíllus subtitles; P23892, Escheríchía colí
P28629, Escheríchía colí P28629, Escheríchía colí
P28629, Escheríchía colí (biodegradative) P07805, Trypanosoma bruceí; P27116, Leíshmanía donovaní; P27121, Neurospora crassa; P08432, Saccharomyces cerevísíae; P27120, Xenopus /aevís; P27118, pollo; P00860, ratón; P27119, Mus paharí; P09057, rata; P14019, hamster; P27117, bovina; P11926, humana. P28629, Escheríchía colí (biodegradative) P07805, Trypanosoma bruceí; P27116, Donovani Leíshmania; P27121, Neurospora crassa; P08432, Saccharomyces cerevísíae; P27120, Xenopus / aevís; P27118, chicken; P00860, mouse; P27119, Mus Paharí; P09057, rat; P14019, hamster; P27117, bovine P11926, human.
P21170, Escheríchía colí; P22220, Avena satíva P21170, Escheríchía colí; P22220, Satin Oatmeal
Microorganismos productores de aminas biogénicas Producing microorganisms of biogenic amines
Enzimas con actividad descarboxilante han sido encontradas en un gran número de bacterias entre las que se incluyen especies de enterobacterias, pseudomonádidos, enterococos y lactobacilos, entre otras (44). Enzymes with decarboxylating activity have been found in a large number of bacteria, including species of enterobacteria, pseudomonadids, enterococci and lactobacilli, among others (44).
Existen varias enterobacterias con actividad descarboxilásica (fundamentalmente relacionada con la producción de cadaverina y putrescina). Los estudios llevados a cabo ín vítro con Enterobacter c10acae y con diferentes especies de Serratia, así como en Cítrobacter freundií y Enterobacter aerogenes, han puesto de manifiesto la capacidad de estos microorganismos para formar grandes cantidades de putrescina y de cadaverina (45). Otras enterobacterias se caracterizan, en cambio, por ser grandes productoras de histamina; tal es el caso de Klebsíella oxytoca (46), Escheríchía colí (47) o de Morganella morganií (45). Aunque estas enterobacterias se encuentran en muy baja proporción en los productos finales, unas malas prácticas de almacenamiento, o una fermentación incontrolada durante la elaboración, pueden provocar una importante proliferación de las mismas. There are several enterobacteria with decarboxylastic activity (mainly related to the production of cadaverine and putrescine). Studies carried out in Vítro with Enterobacter c10acae and with different species of Serratia, as well as in Cítrobacter freundií and Enterobacter aerogenes, have demonstrated the ability of these microorganisms to form large amounts of putrescine and cadaverine (45). Other enterobacteria are characterized, however, by being large producers of histamine; such is the case of Klebsíella oxytoca (46), Escheríchía colí (47) or Morganella morganií (45). Although these enterobacteria are found in very low proportion in the final products, poor storage practices, or uncontrolled fermentation during processing, can cause them to proliferate significantly.
Existen otros microorganismos que producen aminas biogénicas de diferente naturaleza. Tal es el caso de Pseudomonas putrefacíens, Aeromonas hydrophíla y Plesíomonas shígelloídes, microorganismos que suelen encontrarse en el pescado en mal estado de conservación (21). There are other microorganisms that produce biogenic amines of different nature. Such is the case of Pseudomonas putrefacíens, Aeromonas hydrophíla and Plesíomonas shígelloídes, microorganisms that are usually found in fish in poor condition (21).
Las bacterias acidolácticas, se utilizan profusamente en procesos destinados a obtener diversos alimentos (embutidos, vino, quesos, etc.) mediante fermentaciones, y aunque no pueden ser consideradas especies tóxicas ni patogénicas, muchas de ellas son capaces de producir aminas biogénicas. Así por ejemplo, algunas cepas de Lactococcus y Leuconostoc producen cantidades apreciables de tiramina e histamina Acid-lactic bacteria are used profusely in processes intended to obtain various foods (sausages, wine, cheeses, etc.) by fermentation, and although they cannot be considered toxic or pathogenic species, many of them are capable of producing biogenic amines. For example, some strains of Lactococcus and Leuconostoc produce appreciable amounts of tyramine and histamine.
(39) Y cepas de lactobacilos pertenecientes a las especies Lactobacíllus buchnerí, L. alímentaríus, L. plantarum, L. curva tus, L. farcímínís, L. bavarícus, L. homohíochií, L. reuterí y L. sakeí, son grandes productoras de aminas, especialmente de tiramina (4850). Muchas de estas bacterias lácticas son utilizadas en la fabricación de quesos, y están incluidas en los cultivos iniciadores empleados por la industria de productos lácteos. Tal es el caso de Lactococcus lactís subsp. lactís, Streptococcus. faecíum, S. mítís, Lactobacíllus helvetícus, L. caseí, L. acídófílus y L. arabínose, todas ellas identificadas como productoras de histamina (26). (39) And strains of lactobacilli belonging to the species Lactobacíllus buchnerí, L. alímentaríus, L. plantarum, L. curva tus, L. farcímínís, L. bavarícus, L. homohíochií, L. reuterí and L. sakeí, are large producers of amines, especially tyramine (4850). Many of these lactic bacteria are used in the manufacture of cheeses, and are included in the starter cultures used by the dairy industry. Such is the case of Lactococcus lactís subsp. Lactis, Streptococcus. faecíum, S. mítís, Lactobacíllus helvetícus, L. caseí, L. acídófílus and L. arabínose, all of them identified as producing histamine (26).
Cuando se estudia la acumulación de ami nas biogénicas en la carne, se ha observado que especies como Carnobacteríum. dívergens, C. píscícola y C. gallínarum When the accumulation of biogenic amines in meat is studied, it has been observed that species such as Carnobacterium. dívergens, C. píscícola and C. gallínarum
son responsables de la presencia de elevadas concentraciones de tiramina en ella they are responsible for the presence of high concentrations of tyramine in it
(51 ). (51).
Otros estudios han demostrado que Enterococcus faecalís es responsable de la acumulación de aminas biogénicas (¡3-feniletilamina ente otras) en los alimentos fermentados (52). Other studies have shown that Enterococcus faecalís is responsible for the accumulation of biogenic amines (3-phenylethylamine among others) in fermented foods (52).
También se ha puesto de manifiesto la producción de aminas biogénicas por parte de hongos y levaduras en alimentos fermentados. Este es el caso de Debaryomyces y Candida, dos levaduras aisladas de carne fermentada, que presentan una actividad histidina-descarboxilasa mayor incluso que la observada en las bacterias acidolácticas (50). The production of biogenic amines by fungi and yeasts in fermented foods has also been revealed. This is the case of Debaryomyces and Candida, two yeasts isolated from fermented meat, which have a greater histidine decarboxylase activity even than that observed in acid-lactic bacteria (50).
Métodos analíticos aplicados a la valoración de la capacidad de producción de ami nas por parte de los microorganismos: Detección y cuantificación. Analytical methods applied to the assessment of the production capacity of amino acids by microorganisms: Detection and quantification.
Debido a los efectos tóxicos que pueden ocasionar las aminas presentes en los alimentos, ha sido necesario el diseño de métodos y técnicas que permitan detectar capacidades productoras de aminas en los microorganismos utilizados en los procesos de elaboración de productos alimenticios, así como cuantificar la presencia de aminas en estos alimentos. Métodos empleados para detectar microorganismos con capacidad aminobiogénica Due to the toxic effects that the amines present in food can cause, it has been necessary to design methods and techniques that allow the detection of amines producing capacities in the microorganisms used in the processes of manufacturing food products, as well as quantifying the presence of Amines in these foods. Methods used to detect microorganisms with aminobiogenic capacity
Se han desarrollado varios métodos bioquímicos que permiten la detección de cepas productoras de histamina y de tiramina procedentes de carnes fermentadas y quesos (45, 53-54). Estos métodos se basan en un ensayo que implica el uso de un medio sólido que contiene el aminoácido precursor de la amina a investigar y un indicador de pH. Dado que la formación de aminas a partir de aminoácidos implica una elevación del pH del medio, si la cepa de estudio tiene capacidad para formar ami nas, ésta se verá reflejada por un cambio de color del indicador de pH presente en el medio. Several biochemical methods have been developed that allow the detection of strains producing histamine and tyramine from fermented meats and cheeses (45, 53-54). These methods are based on an assay that involves the use of a solid medium containing the amino acid precursor of the amine to be investigated and a pH indicator. Since the formation of amines from amino acids implies an elevation of the pH of the medium, if the study strain has the capacity to form amino acids, this will be reflected by a color change of the pH indicator present in the medium.
También existen métodos de detección molecular que se basan en el diseño de cebadores específicos para las secuencias de los genes que codifican las descarboxilasas responsables de la formación de ami nas. Hasta el momento se han desarrollado tres métodos de detección de genes implicados en la producción de aminas: There are also molecular detection methods that are based on the design of specific primers for the sequences of the genes encoding decarboxylases responsible for the formation of amino acids. So far, three methods of gene detection involved in the production of amines have been developed:
Sistema de detección del gen hdc que codifica una histidina descarboxilasa (54). Para el diseño de los cebadores se compararon las secuencias de nucleótidos del gen hdcA de Lactobacíllus sp30A, de Clostrídíum perfríngens y las secuencias de aminoácidos de la histidina descarboxilasas de estos dos microorganismos junto con Detection system of the hdc gene that encodes a histidine decarboxylase (54). For the design of the primers, the nucleotide sequences of the Lactobacillus sp30A hdcA gene, of Clostrídíum perfríngens and the histidine decarboxylase amino acid sequences of these two microorganisms were compared with
las de Lactobacíllus buchneri y de Micrococcus. El análisis de las distintas secuencias reveló la existencia de un alto grado de homología entre los genes hdc de las diferentes bacterias lácticas, lo que permitió diseñar cebadores específicos para la detección de este gen. those of Lactobacíllus buchneri and Micrococcus. The analysis of the different sequences revealed the existence of a high degree of homology between the hdc genes of the different lactic bacteria, which allowed designing specific primers for the detection of this gene.
Sistema de detección del gen tdc que codifica una tirosina descarboxilasa (55). Para el diseño de los cebadores se compararon las secuencias de nucleótidos del gen tdc de Enterococcus faecalís, de Carnobacterium divergens y de Lactobacíllus brevis. Detection system of the tdc gene encoding a tyrosine decarboxylase (55). For the design of the primers, the nucleotide sequences of the tdc gene of Enterococcus faecalís, Carnobacterium divergens and Lactobacíllus brevis were compared.
Sistema de detección del ocd que codifica una ornitina descarboxilasa (56). Para el diseño de los cebadores se utilizó la secuencia de nucleótidos del gen de la ornitina descarboxilasa en una cepa de Oenococcus oeni. Métodos analíticos empleados para detectar aminas en alimentos OCD detection system encoding an ornithine decarboxylase (56). The nucleotide sequence of the ornithine decarboxylase gene in an Oenococcus oeni strain was used for the design of the primers. Analytical methods used to detect amines in food
Hasta el momento, se han descrito varias metodologías que nos permiten detectar y cuantificar la presencia de ami nas en los alimentos. Aunque el método más utilizado es la cromatografía liquida de alta resolución (HPLC) la primera valoración de ami nas, se realizó mediante cromatografía en capa fina y tuvo por objeto la determinación de histamina en comida de gatos (57). Actualmente, se han descrito multitud de métodos específicos de detección y cuantificación de aminas en multitud de alimentos, basados todos ellos en técnicas de HPLC (58-63). En los últimos años han aparecido métodos ELlSA comerciales para el análisis de histamina en vinos y otros alimentos (64). So far, several methodologies have been described that allow us to detect and quantify the presence of amino acids in food. Although the most commonly used method is high performance liquid chromatography (HPLC), the first assessment of amino acids was performed by thin layer chromatography and aimed at determining histamine in cat food (57). Currently, many specific methods of detection and quantification of amines in many foods have been described, all based on HPLC techniques (58-63). In recent years commercial ELlSA methods have appeared for the analysis of histamine in wines and other foods (64).
Algunos países han fijado valores máximos para la presencia de aminas en determinados alimentos. Así, por ejemplo, Suiza ha establecido una concentración máxima de 10 mg/L de histamina en vino como valores tolerables para la salud humana, mientras que otros países como Alemania, Bélgica y Francia recomiendan valores máximos más bajos (2 mg/L, 5-6 mg/L y 8 mg/L, respectivamente). No se han impuesto límites máximos permitidos sobre el resto de aminas biogénicas, aunque dada la importancia de los efectos de la tiramina en el organismo, es muy probable la pronta aparición de recomendaciones o reglamentaciones sobre valores máximos permitidos para esta amina. Degradación de aminas biogénicas Some countries have set maximum values for the presence of amines in certain foods. Thus, for example, Switzerland has established a maximum concentration of 10 mg / L of histamine in wine as tolerable values for human health, while other countries such as Germany, Belgium and France recommend lower maximum values (2 mg / L, 5 -6 mg / L and 8 mg / L, respectively). No maximum limits have been imposed on the rest of biogenic amines, although given the importance of the effects of tyramine in the organism, the prompt appearance of recommendations or regulations on maximum permitted values for this amine is very likely. Degradation of biogenic amines
La presencia de aminas en el medio ambiente se está viendo incrementando de forma considerable en los últimos años como consecuencia de la actividad industrial. Algunas de estas aminas, especialmente las metiladas, son muy volátiles y están implicadas en la formación de óxido nítrico, un importante gas causante del "efecto invernadero" (65-66). En cambio, otras aminas que están presentes en gran The presence of amines in the environment is increasing considerably in recent years as a result of industrial activity. Some of these amines, especially methylated ones, are very volatile and are involved in the formation of nitric oxide, an important gas causing the "greenhouse effect" (65-66). Instead, other amines that are present in large
variedad de alimentos, pueden causar, como ya se ha explicado anteriormente, variety of foods, can cause, as explained above,
efectos tóxicos en el organismo. toxic effects in the body.
La identificación de las rutas y enzimas implicadas en el metabolismo de estas ami nas pueden ser de gran ayuda para la conversión de estos compuestos tóxicos en otros compuestos menos perjudiciales y evitar, de este modo, su efecto perjudicial en los organismos y en el medio ambiente. The identification of the pathways and enzymes involved in the metabolism of these animals can be of great help for the conversion of these toxic compounds into other less harmful compounds and thus avoid their harmful effect on organisms and the environment. .
Muchos microorganismos pueden oxidar las aminas primarias generando productos que pueden ser utilizados como fuente de carbono y energía, como fuente de nitrógeno, o como ambas (67) y que ya no son tóxicos. Many microorganisms can oxidize primary amines by generating products that can be used as a source of carbon and energy, as a source of nitrogen, or as both (67) and that are no longer toxic.
Este mecanismo de oxidación de aminas primarias es un proceso ampliamente distribuido en la naturaleza, ya que se ha identificado tanto en organismos eucariotas como en procariotas y es catalizado por diferentes enzimas, entre las que se incluyen quinoproteínas amino oxidasas y quinoproteínas o quinohemoproteínas amino deshidrogenasas (68). Tanto las amino oxidasas como las amino deshidrogenasas catalizan la conversión de las ami nas en sus correspondientes aldehídos. La diferencia radica en que mientras las amino oxidasas (presentes tanto en eucariotas como en procariotas) producen peróxidos tóxicos, las amino deshidrogenasas (presentes exclusivamente en bacterias) producen equivalentes reducidos que transfieren directamente los e-a la cadena respiratoria (69-70). This mechanism of oxidation of primary amines is a widely distributed process in nature, since it has been identified in both eukaryotic and prokaryotic organisms and is catalyzed by different enzymes, including quinoproteins amino oxidases and quinoproteins or amino dehydrogenases quininoproteins ( 68). Both amino oxidases and amino dehydrogenases catalyze the conversion of amino acids into their corresponding aldehydes. The difference is that while amino oxidases (present in both eukaryotes and prokaryotes) produce toxic peroxides, amino dehydrogenases (present exclusively in bacteria) produce reduced equivalents that directly transfer the e-to the respiratory chain (69-70).
En cuanto a la localización de estas enzimas; parece ser que presentan una localización periplasmática en los microorganismos G-; algunas son solubles y otras están unidas a la cara externa de la membrana citoplasmática. Sin embargo, en microorganismos G+ estas enzimas se encuentran en el citoplasma o unidas a la membrana citoplasmática por su cara interna. Por otro lado, en determinadas levaduras, se ha visto que su localización es exclusivamente peroxisomal (68). As for the location of these enzymes; it seems that they have a periplasmic location in the G- microorganisms; some are soluble and others are attached to the outer face of the cytoplasmic membrane. However, in G + microorganisms these enzymes are found in the cytoplasm or attached to the cytoplasmic membrane by their inner face. On the other hand, in certain yeasts, it has been found that its location is exclusively peroxisomal (68).
Como se ha mencionado anteriormente, las enzimas responsables de la desaminación oxidativa de las ami nas utilizan distintos cofactores que son reducidos tras la oxidación del substrato y que participan en la transferencia de e-a uno o dos aceptores exógenos, tales como, el citocromo e, las cupredoxinas (azurina o amocianina) o el oxígeno molecular. En función de quien sea aceptor natural de epuede hacerse la distinción natural entre amino oxidasas y amino deshidrogenasas. As mentioned above, the enzymes responsible for the oxidative deamination of the amino acids use different cofactors that are reduced after oxidation of the substrate and that participate in the transfer of one or two exogenous acceptors, such as cytochrome e, cupredoxins (azurine or amocyanine) or molecular oxygen. Depending on who is a natural acceptor of the natural distinction between amino oxidases and amino dehydrogenases can be made.
La mayoría de las enzimas implicadas en la oxidación de las diferentes ami nas a sus correspondientes aldehídos, son oxidorreductasas que se caracterizan por utilizar cofactores diferentes a NAD(Pt o FAD+ (aunque existen excepciones de flavoproteínas amino oxidasas que utilizan FAD como cofactor y que se explicaran más adelante). Estas enzimas se denominan quinoproteínas, porque utilizan cofactores que presentan un grupo quinona (71) tales como TPO (topaquinona), TTO (triptófano triptofilquinona), L TO (lisina tirosilquinona) o CTO (cisteína triptofilquinona). Estos cofactores se caracterizan porque cada uno de ellos se forma a partir de uno o dos aminoácidos presentes en la propia enzima tras sufrir una modificación química postranscripcional (72-74). The majority of the enzymes involved in the oxidation of the different amino acids to their corresponding aldehydes are oxidoreductases that are characterized by using cofactors other than NAD (Pt or FAD + (although there are exceptions of amino oxidases flavoproteins that use FAD as cofactor and that they will explain later) These enzymes are called quinoproteins, because they use cofactors that have a quinone group (71) such as TPO (topaquinone), TTO (tryptophan tryptopilquinone), L TO (lysine tyrosylquinone) or CTO (cysteine tryptopilquinone). They are characterized in that each one is formed from one or two amino acids present in the enzyme itself after undergoing a post-transcriptional chemical modification (72-74).
En función de la identidad del cofactor utilizado podemos diferenciar varios tipos de enzimas que catalizan reacciones de desaminación oxidativa de ami nas: amino oxidasas, quinohemoproteínas amino deshidrogenasas y quinoproteínas amino deshidrogenasas Ouinoproteínas amino oxidasas Depending on the identity of the cofactor used, we can differentiate several types of enzymes that catalyze oxidative deamination reactions of amino acids: amino oxidases, amino dehydrogenases and quinoproteins amino dehydrogenases Ouinoproteins amino oxidases
Estas enzimas reciben también la denominación de amino oxidasas dependientes de cobre (O-AmO). En cuanto a la estructura, son generalmente homodímeros formados por dos subunidades idénticas del mismo tamaño. Se caracterizan porque en cada subunidad presentan una molécula de TPO, un cofactor enzimático que se forma mediante modificación postranscripcional a partir de uno de los residuos de triptófano existentes en la enzima. Poseen, además, una molécula de cobre, Cu(ll) que está coordinada con tres residuos de histidina y dos moléculas de agua (75-76). El Cu(ll) es necesario, tanto para la biosíntesis del cofactor de la enzima, como para la catálisis enzimática (76). These enzymes are also called copper dependent amino oxidases (O-AmO). As for the structure, they are generally homodimers formed by two identical subunits of the same size. They are characterized in that in each subunit they present a molecule of TPO, an enzymatic cofactor that is formed by post-transcriptional modification from one of the tryptophan residues existing in the enzyme. They also have a copper molecule, Cu (ll) that is coordinated with three histidine residues and two water molecules (75-76). Cu (ll) is necessary, both for the biosynthesis of the enzyme cofactor, and for enzymatic catalysis (76).
Estas enzimas se caracterizan porque son las únicas que están ampliamente distribuidas tanto en bacterias como en organismos superiores y catalizan la oxidación de un gran número de ami nas primarias. Así, en Klebsíella oxytoca se ha caracterizado una O-AmO y que está relacionada con la degradación de PhEtNH2 y de tiramina (68). Cuando E. colí (77) o Klebsíella aerogenes (K. pneumoníae) se cultivan en presencia de tiramina también se ha observado que se expresa una O-AmO similar a la de Klebsíella oxytoca (68). Así mismo, se han identificado otras O-AmO, en bacterias G+ y en levaduras. Por ejemplo, en Arthrobacter globíformís se ha caracterizado una O-AmO que contiene cobre y que utiliza como substrato PhEtNH2 (75, 78), Y en la levadura Hansenula polymorpha se ha identificado una metilamina oxidasa implicada en la degradación de metilamina (76). These enzymes are characterized in that they are the only ones that are widely distributed in both bacteria and higher organisms and catalyze the oxidation of a large number of primary amino acids. Thus, an O-AmO has been characterized in Klebsíella oxytoca and is related to the degradation of PhEtNH2 and tyramine (68). When E. colí (77) or Klebsíella aerogenes (K. pneumoníae) are grown in the presence of tyramine, it has also been observed that an O-AmO similar to that of Klebsíella oxytoca (68) is expressed. Likewise, other O-AmO have been identified, in G + bacteria and in yeasts. For example, in Arthrobacter globíformís an O-AmO containing copper and using as a substrate PhEtNH2 (75, 78) has been characterized, and in the yeast Hansenula polymorpha a methylamine oxidase implicated in the degradation of methylamine (76) has been identified.
La reacción catalítica llevada a cabo por estas quinoproteínas amino oxidasas, transcurre mediante un mecanismo ping-pong de transaminación que puede dividirse The catalytic reaction carried out by these amino oxidases quinoproteins, takes place through a ping-pong transamination mechanism that can be divided
en dos hemirreacciones o etapas, en función del estado de oxidación del cofactor (75, in two hemirreactions or stages, depending on the oxidation state of the cofactor (75,
78). 78).
1. Hemirreacción reductiva: Desaminación oxidativa del substrato 1. Reductive hemirreaction: Oxidative deamination of the substrate
la. El cofactor TPO participa en esta etapa formando un enlace covalente con el substrato (a través del grupo carbonilo del C5), dando lugar a la formación una base de Schiff con el substrato. the. The TPO cofactor participates in this stage by forming a covalent bond with the substrate (through the C5 carbonyl group), resulting in the formation of a Schiff base with the substrate.
lb. La base de Schiff es entonces desprotonada por un residuo de aspartato próximo al sitio activo y al mismo tiempo se reduce el cofactor. En este paso se forma otra base de Schiff, pero ahora es el producto el que forma la base de Schiff. lb. Schiff's base is then deprotonated by an aspartate residue near the active site and at the same time the cofactor is reduced. In this step another Schiff base is formed, but now it is the product that forms the Schiff base.
Ic. Posteriormente, se produce la hidrólisis de esta base de Schiff, liberándose el aldehído y dejando la forma aminoresorcinol del TPO reducido. Ic. Subsequently, hydrolysis of this Schiff base occurs, releasing the aldehyde and leaving the aminoresorcinol form of the reduced TPO.
La estereoespecificidad de la abstracción del protón de la posición C1 del substrato ha sido estudiada en diferentes enzimas, tanto bacterianas como de plantas y de animales. Se ha visto que la especificidad varía en función de la naturaleza de la enzima y de los substratos utilizados. Así por ejemplo, en el caso de la dopamina, en ocasiones se abstrae el protón pro-R y en ocasiones el pro-S, dependiendo de si la reacción transcurre en plantas o en animales (78). The stereospecificity of proton abstraction from the C1 position of the substrate has been studied in different enzymes, both bacterial and plant and animal. It has been found that the specificity varies depending on the nature of the enzyme and the substrates used. For example, in the case of dopamine, sometimes the pro-R proton and sometimes the pro-S are abstracted, depending on whether the reaction takes place in plants or animals (78).
11. Hemirreacción oxidativa: reducción del oxígeno molecular 11. Oxidative hemirreaction: reduction of molecular oxygen
En esta etapa se produce la re-oxidación del TPO reducido (TPOred) y la liberación de amonio. La participación del Cu(ll) en esta etapa se apuntó tras el descubrimiento de la forma Cu(I)/topa semiquinona (TPOsq). Debido a que la transferencia de e-desde el TPOred al Cu(ll) para formar Cu(I)/TPOseq es muy rápida, y debido a que el Cu(l) reacciona fácilmente con el O2, el estado Cu(I)/TPOseq ha sido propuesto como un intermediario cinéticamente competente con Cu(l) que oxida directamente al O2 • De este modo, se establece un equilibrio entre la forma Cu(II)/TPOred Y Cu(I)/TPOsq para la transferencia intramolecular de e-(75). Posteriormente, el aldehído generado tras la desaminación del substrato es oxidado al correspondiente ácido. Ouinohemoproteínas amino deshidrogenasas. In this stage there is the re-oxidation of the reduced TPO (TPOred) and the release of ammonium. The participation of Cu (ll) in this stage was pointed out after the discovery of the Cu (I) / semiquinone topa (TPOsq) form. Because the transfer of e-from TPOred to Cu (ll) to form Cu (I) / TPOseq is very fast, and because Cu (l) reacts easily with O2, the Cu (I) / state TPOseq has been proposed as a kinetically competent intermediary with Cu (l) that oxidizes directly to O2 • In this way, a balance is established between the Cu (II) / TPOred and Cu (I) / TPOsq form for intramolecular transfer of e - (75). Subsequently, the aldehyde generated after deamination of the substrate is oxidized to the corresponding acid. Ouinohemoproteins amino dehydrogenases.
Son enzimas heterotriméricas constituidas por tres subunidades (al3v) que utilizan como cofactor el CTO, el cual se forma a partir de un residuo de cisteína presente en la subunidad pequeña (V). No se descarta la posibilidad de que una cuarta proteína, cuya función es todavía desconocida, podría intervenir facilitando la formación del cofactor. They are heterotrimeric enzymes consisting of three subunits (al3v) that use CTO as a cofactor, which is formed from a cysteine residue present in the small subunit (V). The possibility that a fourth protein, whose function is still unknown, could intervene facilitating the formation of the cofactor is not ruled out.
Estas enzimas presentan, además del grupo quinona, dos grupos hemo c, These enzymes have, in addition to the quinone group, two heme c groups,
unidos a una de las subunidades de la enzima, que actúan como grupos redox activos (69, 79). En este caso, los e-liberados durante el proceso de oxidación son transferidos en último término a una citocromo oxidasa presente en la cadena de transporte, vía el citocromo C550, como se ha visto en Paracoccus denítrífícans; o vía la azurina como sucede en P. putída (80-81). attached to one of the enzyme subunits, which act as active redox groups (69, 79). In this case, the e-released during the oxidation process are ultimately transferred to a cytochrome oxidase present in the transport chain, via the C550 cytochrome, as seen in Paracoccus denítrífícans; or via azurine as in P. putída (80-81).
A este grupo pertenece la quinohemoproteína amino deshidrogenasa (QHAmDH ) de Pseudomonas putída U, responsable de la desaminación oxidativa de la 2feniletilamina (82) y la de Paracoccus denítrífícans. Esta última bacteria posee dos enzimas con actividad amino deshidrogenasa en su periplasma. Una metilamina deshidrogenasa (MADH) que reconoce metilamina y una QH-AmDH que reconoce aminas primarias alifáticas y aromáticas, aunque parece que muestra mayor actividad con n-butilamina y bencilamina (81, 83-84). Otra QH-AmDH que se encuentra dentro de este grupo ha sido purificada a partir de P. putida IFO 15633 y ATCC 12633 (69, 79-80). To this group belongs the quinohemoprotein amino dehydrogenase (QHAmDH) of Pseudomonas putída U, responsible for the oxidative deamination of 2-phenylethylamine (82) and that of Paracoccus denítrífícans. The latter bacterium has two enzymes with amino dehydrogenase activity in its periplasm. A methylamine dehydrogenase (MADH) that recognizes methylamine and a QH-AmDH that recognizes aliphatic and aromatic primary amines, although it seems to show greater activity with n-butylamine and benzylamine (81, 83-84). Another QH-AmDH within this group has been purified from P. putida IFO 15633 and ATCC 12633 (69, 79-80).
Los cuatro genes que codifican la QH-AmDH de P. putída y de Paracoccus denítrífícans han sido identificados y secuenciados. El ORF1 codifica la subunidad a, que presenta dos grupos hemo que actúan como grupos redox durante la oxidación; el ORF2 codifica una proteína, cuya función es desconocida, pero que desempeña un papel esencial en la oxidación de estos compuestos; el ORF3 codifica la subunidad pequeña (a la que se encuentra unido el cofactor); y el ORF4 codifica la subunidad 13. Estos genes se transcriben conjuntamente, por lo que constituyen un único operón (69). The four genes encoding the QH-AmDH of P. putída and Paracoccus denítrífícans have been identified and sequenced. The ORF1 encodes the subunit a, which has two heme groups that act as redox groups during oxidation; ORF2 encodes a protein, whose function is unknown, but which plays an essential role in the oxidation of these compounds; ORF3 encodes the small subunit (to which the cofactor is attached); and ORF4 encodes subunit 13. These genes are transcribed together, so they constitute a single operon (69).
El mecanismo de las reacciones catalizadas por este grupo de enzimas es el siguiente (80-81) (Figura 5): The mechanism of reactions catalyzed by this group of enzymes is as follows (80-81) (Figure 5):
La reacción se inicia mediante el ataque nucleofílico del nitrógeno del grupo amino al C6 perteneciente al grupo carbonilo del cofactor CTQ, dando lugar a la formación de un intermediario carbinolamina (a). The reaction is initiated by the nucleophilic attack of the nitrogen of the C6 amino group belonging to the carbonyl group of the CTQ cofactor, resulting in the formation of a carbinolamine intermediate (a).
La carbinolamina pierde una molécula de agua y se forma una imina (b). Carbinolamine loses a water molecule and an imine (b) is formed.
A continuación un residuo del sitio activo (probablemente el ASP33y) abstrae un protón del Ca de la amina para formar el intermediario carbaniónico ©. Al mismo tiempo se reduce el CTQ tras captar una molécula de H20, dando lugar al intermediario d. Then an active site residue (probably ASP33y) abstracts a proton from the amine Ca to form the carbanionic intermediate ©. At the same time the CTQ is reduced after capturing an H20 molecule, giving rise to intermediate d.
El producto resultante de esta oxidación, el aldehído (e), es finalmente liberado mediante la hidrólisis del nuevo enlace imina que se había formado entre el Ca y el grupo amino. The product resulting from this oxidation, the aldehyde (e), is finally released by hydrolysis of the new imine bond that had formed between Ca and the amino group.
Parece ser, por lo tanto, que hay una transferencia intramolecular de e-desde It seems, therefore, that there is an intramolecular transfer of e-from
el complejo generado por el substrato reducido-GTO al hemo 1, desde aquí al hemo 11, y a partir de él se produce una transferencia intermolecular al aceptor exógeno. Esta reacción oxidativa tendrá lugar a través de dos reacciones secuenciales hasta que se the complex generated by the reduced substrate-GTO to heme 1, from here to heme 11, and from it an intermolecular transfer to the exogenous acceptor occurs. This oxidative reaction will take place through two sequential reactions until it is
5 produce la re-oxidación del cofactor y de los grupos hemo. 5 produces re-oxidation of the cofactor and heme groups.
Se ha comprobado que la OH-AmDH de P. putída puede ser inhibida por pnitrofenilhidrazina. Este compuesto se une al sitio activo de la enzima, situado entre la subunidad 13 y v, del mismo modo que lo haría el substrato. Esta unión, provoca algunos cambios importantes en el cofactor GTO y también cambios conformacionales It has been proven that P. putida OH-AmDH can be inhibited by pnitrophenylhydrazine. This compound binds to the active site of the enzyme, located between subunit 13 and v, in the same way as the substrate would. This union causes some important changes in the GTO cofactor and also conformational changes
lOen las cadenas laterales de los residuos pertenecientes a los aminoácidos del sitio activo, causando así la modificación del centro activo y, con ello, la pérdida de la actividad enzimática (80). Ouinoproteínas amino deshidrogenasas In the side chains of the residues belonging to the amino acids of the active site, thus causing the modification of the active center and, thereby, the loss of enzymatic activity (80). Ouinoproteins amino dehydrogenases
Estas enzimas (O-AmDH ) utilizan como cofactor el TTO que se forma a partir These enzymes (O-AmDH) use as a cofactor the TTO that is formed from
15 de dos residuos de triptófano presentes en la subunidad pequeña de la enzima. Presentan una estructura 02132, donde el cofactor se encuentra unido a las subunidades 13 (83). 15 of two tryptophan residues present in the small subunit of the enzyme. They have a structure 02132, where the cofactor is attached to subunits 13 (83).
Dentro de este grupo se incluyen la metilamina deshidrogenasa (MADH) de Methylobacteríum extorquens AM1 o de Paracoccus denítrífícans (65) y la amino This group includes methylamine dehydrogenase (MADH) of Methylobacteríum extorquens AM1 or Paracoccus denítrífícans (65) and amino
20 deshidrogenasa de aminoácidos aromáticos (AADH) descrita en Alcalígenes faecalís y que parece estar implicada en el catabolismo de diferentes aminas primarias tales como la PhEtNH2, la tiramina y la triptamina (65). Aromatic amino acid dehydrogenase (AADH) described in Facalcal Alkalis and which seems to be involved in the catabolism of different primary amines such as PhEtNH2, tyramine and tryptamine (65).
Estas enzimas suelen utilizar como aceptor de e-las proteínas azules de cobre de tipo I (cupredoxinas). Así las MADH utilizan la amicianina y las AADH la azurina 25 (83,85). These enzymes usually use blue copper proteins of type I (cupredoxins) as an e-acceptor. Thus, MADH use amycinin and AADH azurine 25 (83.85).
En cuanto a su organización genética, en Alcalígenes faecalís se han identificado nueve genes que se transcriben en el mismo sentido y que, aparentemente, están implicados en la degradación de aminas (ORF1, aauBEDA, ORF2, ORF3, ORF4 Y hemE). Los genes aauA y aauB codifican la subunidad pequeña Regarding their genetic organization, nine genes that are transcribed in the same direction and apparently are involved in the degradation of amines (ORF1, aauBEDA, ORF2, ORF3, ORF4 and hemE) have been identified in Facalis Alcalgenes. The aauA and aauB genes encode the small subunit
30 y la grande de la AADH, respectivamente, y son homólogos de los genes mauA y mauB que codifican la MADH. Los genes aauE y aauD son homólogos de mauE y mauD y, aparentemente, codifican proteínas que llevan a cabo la misma función (el transporte y plegamiento de la subunidad pequeña en el periplasma, respectivamente). Los genes homólogos de mauF, mauG, mauL, mauM y mauN, que participan en la 30 and the AADH large one, respectively, and are homologues of the mauA and mauB genes that encode MADH. The aauE and aauD genes are homologues of mauE and mauD and, apparently, encode proteins that perform the same function (transport and folding of the small subunit in the periplasm, respectively). The homologous genes of mauF, mauG, mauL, mauM and mauN, which participate in the
35 biosíntesis del cofactor TTO, no se encuentran en el cluster aau. Sin embargo, se han identificado otros ORFs, tales como el ORF2, que codifica un citocromo monohemo de tipo c, y los ORF1, ORF3, Y ORF4, a los que todavía no se les ha asignado ninguna función, pero que parecen ser esenciales para la degradación de ciertas aminas, ya que su disrupción es letal en esta bacteria (65). 35 biosynthesis of the TTO cofactor, are not found in the aau cluster. However, other ORFs have been identified, such as ORF2, which encodes a type c cytochrome monohemo, and ORF1, ORF3, and ORF4, to which no function has yet been assigned, but which appear to be essential for the degradation of certain amines, since their disruption is lethal in this bacterium (65).
El mecanismo catalítico descrito para las AADH y las MADH es similar al propuesto para las OH-AmDH, aunque estas enzimas carecen de los dos grupos hemo. The catalytic mechanism described for AADH and MADH is similar to that proposed for OH-AmDH, although these enzymes lack both heme groups.
En las reacciones catalizadas por las O-AmDH, la transferencia de 2e-desde el cofactor TTO reducido hasta el aceptor externo de e-se produce mediante dos reducciones consecutivas. El aceptor de e-es la azurina en el caso de las AADH y la amicianina en el caso de las MADH. Ambos acepto res fisiológicos median la transferencia de e-hasta diferentes tipos de citocromo c solubles. En el caso de las AADH, la reacción se favorece cuando la fuerza iónica es alta, mientras que la actividad de las MADH disminuye cuando aumenta la fuerza iónica (85). In reactions catalyzed by O-AmDH, the transfer of 2e-from the reduced TTO cofactor to the external e-acceptor is produced by two consecutive reductions. The e-acceptor is azurine in the case of ADAs and amycinin in the case of MADH. Both physiological acceptors mediate the transfer of e-up to different types of soluble cytochrome c. In the case of ADHD, the reaction is favored when the ionic strength is high, while the activity of the MADH decreases when the ionic strength increases (85).
En ambos casos, tras la liberación del producto, se genera una forma quinol del TTO. Por ejemplo, en la reducción del TTO por metilamina, el formaldehído es liberado pero el grupo amino permanece unido al cofactor. Por lo tanto, la reducción del substrato implica la formación de una forma aminoquinol del TTO en el que uno de los oxígenos del grupo carbonilo es reemplazado por el grupo amino derivado del substrato. La liberación del grupo amino se produce tras la segunda transferencia de eque permite la regeneración de la quinona (85). Desaminación de tiramina In both cases, after the release of the product, a quinol form of TTO is generated. For example, in the reduction of TTO by methylamine, formaldehyde is released but the amino group remains attached to the cofactor. Therefore, the reduction of the substrate involves the formation of an aminoquinol form of the TTO in which one of the oxygens of the carbonyl group is replaced by the amino group derived from the substrate. The release of the amino group occurs after the second transfer of eque which allows the regeneration of the quinone (85). Tyramine Deamination
La desaminación de la tiramina es llevada a cabo fundamentalmente por amino oxidasas. Estas enzimas están ampliamente distribuidas en todos los organismos vivos y permiten la conversión, mediante oxidación, de tiramina y otras aminas primarias en sus correspondientes aldehídos liberando una molécula de peróxido de hidrógeno (agua oxigenada). Debido a la elevada reactividad de estos productos (aldehído y peróxido de hidrógeno), deben ser rápidamente transformados, mediante reacciones mediadas por una fenilacetaldehido deshidrogenasa dependiente de NAD y por una catalasa de localización citoplasmática respectivamente. The deamination of tyramine is carried out primarily by amino oxidases. These enzymes are widely distributed in all living organisms and allow the conversion, by oxidation, of tyramine and other primary amines into their corresponding aldehydes by releasing a molecule of hydrogen peroxide (hydrogen peroxide). Due to the high reactivity of these products (aldehyde and hydrogen peroxide), they must be rapidly transformed, by reactions mediated by a NAD-dependent phenylacetaldehyde dehydrogenase and by a cytoplasmic localization catalase respectively.
R-CH2NH2 + O2 + H20 RCHO + NH3 + H20 2 R-CH2NH2 + O2 + H20 RCHO + NH3 + H20 2
Las amino oxidasas (AOs) que llevan a cabo esta reacción de desaminación de la tiramina, se pueden clasificar en dos subgrupos: Flavoproteínas amino oxidasas (EC 1.4.3.4), que utilizan el FAD como cofactor, y quinoproteínas amino oxidasas (EC The amino oxidases (AOs) that carry out this tyramine deamination reaction can be classified into two subgroups: Flavoproteins amino oxidases (EC 1.4.3.4), which use FAD as a cofactor, and quinoproteins amino oxidases (EC
1.4.3.6) que, como se ha explicado anteriormente, se caracterizan por contener Cu(ll) 1.4.3.6) which, as explained above, are characterized by containing Cu (ll)
y TPO como cofactor. and TPO as cofactor.
Entre las flavoproteínas amino oxidasas, cabe destacar las monoamino oxidasas (MAOs) que se encuentran en infinidad de organismos, y que como la tiramina oxidasa de Klebsíella aerogenes (86), la de Salmonella typhímuríum (87) o la de Sarcína lutea (88), son capaces de oxidar tiramina, dopamina y noradrenalina. Estas enzimas se inducen por la presencia de tiramina y sus genes están sometidos a represión catabólica en presencia de glucosa. Pero la MAO también está presente en organismos superiores, y en ellos se han descrito dos isoenzimas, MAOA y MAOB, esta clasificación se realizó en función de la inhibición específica de la MAOA por el antidepresivo clogilina y de la MAOB por el deprenil (89). Ambas isoformas son enzimas mitocondriales que juegan un importantísimo papel en la inactivación de ami nas biogénicas, tales como la adrenalina, noradrenalina, serotonina, dopamina y varias "aminas traza" (entre ellas la tiramina). Among the amino oxidases flavoproteins, it is worth mentioning the monoamine oxidases (MAOs) found in countless organisms, and such as the tyramine oxidase of Klebsíella aerogenes (86), that of Salmonella typhímuríum (87) or that of Sarcína lutea (88) , are capable of oxidizing tyramine, dopamine and norepinephrine. These enzymes are induced by the presence of tyramine and their genes are subjected to catabolic repression in the presence of glucose. But MAO is also present in higher organisms, and in them two isoenzymes have been described, MAOA and MAOB, this classification was made based on the specific inhibition of MAOA by the antidepressant clogiline and MAOB by deprenil (89) . Both isoforms are mitochondrial enzymes that play an important role in the inactivation of biogenic amines, such as adrenaline, norepinephrine, serotonin, dopamine and various "trace amines" (including tyramine).
Estas dos isoformas de la MAO están distribuidas de forma muy heterogénea en los diferentes tejidos del cuerpo humano, por ejemplo, en el hígado la forma MAOB es predominante, mientras que en la mucosa del duodeno la isoforma mayoritaria es la MAOA, siendo esta isoenzima la encargada de la desaminación de las ami nas introducidas con la dieta. Por esta razón se provocarán procesos de hipertensión críticos en aquellos pacientes que consuman alimentos ricos en aminas y sigan tratamientos con inhibidores de la MAOA. Esta es una de las causas por las que los tratamientos con fármacos inhibidores de la MAO, actualmente están dirigidos a la inhibición de la actividad de la isoforma MAOB (90). These two isoforms of the MAO are distributed very heterogeneously in the different tissues of the human body, for example, in the liver the MAOB form is predominant, while in the mucosa of the duodenum the majority isoform is the MAOA, being this isoenzyme the responsible for the deamination of the animals introduced with the diet. For this reason critical hypertension processes will be caused in those patients who consume foods rich in amines and continue treatments with MAOA inhibitors. This is one of the reasons why MAO inhibitor drug treatments are currently aimed at inhibiting the activity of the MAOB isoform (90).
Pero no siempre la desaminación de tiramina es catalizada por flavoproteínas amino oxidasas. En muchos organismos se han identificado quinoproteínas amino oxidasas, (cuyo mecanismo de acción ya se ha explicado anteriormente), responsables de la desaminación de tiramina, tal es el caso de Klebsíella oxytoca (68), But tyramine deamination is not always catalyzed by amino oxidases flavoproteins. In many organisms, amino oxidases quinoproteins have been identified, (whose mechanism of action has already been explained above), responsible for tyramine deamination, such as Klebsíella oxytoca (68),
E. colí (77) y de Euphorbía characías (91). En este último caso la enzima es un homodímero soluble que contiene en el centro activo un ión Cu(ll) y TPO como cofactor. E. colí (77) and Euphorbía characías (91). In the latter case the enzyme is a soluble homodimer that contains in the active center a Cu (ll) ion and TPO as cofactor.
En cambio otras bacterias G-desaminan la tiramina mediante la actividad de enzimas amino deshidrogenasas. Este es el caso de Alcalígenes faecalís y de Pseudomonas aerugínosa (68) que poseen una amina deshidrogenasa periplásmica que utiliza TTO como cofactor. On the other hand, other G-bacteria deaminate tyramine through the activity of amino dehydrogenase enzymes. This is the case of Facalcal alkalis and Pseudomonas aerugínosa (68) that have a periplasmic amine dehydrogenase that uses TTO as cofactor.
Por último, cabe destacar la existencia de otro sistema de desaminación de Finally, it is worth mentioning the existence of another deamination system of
tiramina que está mediado por una peroxidasa (EC 1.11.1.7) y que en presencia de H20 2 cataliza, como paso previo a la oxidación de la tiramina, la formación de un dímero intermediario (ditiramina). Esta peroxidasa requiere la presencia de H20 2 para llevar a cabo su acción y se ha comprobado que esta enzima trabaja cooperativamente con las amino oxidasas, actuando estas últimas como donadoras de H20 2• Posteriormente, el intermediario generado sufrirá una oxidación mediada por la acción de la (flavoproteína o quinoproteína) amino oxidasa correspondiente en los dos grupos amino, dando lugar a la formación de un di-p-hidroxifenilacetaldehido. (91-93). También puede ocurrir que esta peroxidasa utilice como sustratos el aldehído y el H20 2 obtenidos como productos de la desaminación de tiramina por acción de las amino oxidasas, dando lugar al di-p-hidroxifenilacetaldehido sin la formación previa de ditiramina (Figura 6). Degradación microbiana de tiramina tyramine that is mediated by a peroxidase (EC 1.11.1.7) and that in the presence of H20 2 catalyzes, as a previous step to the oxidation of tyramine, the formation of an intermediate dimer (dithyramine). This peroxidase requires the presence of H20 2 to carry out its action and it has been proven that this enzyme works cooperatively with amino oxidases, the latter acting as donors of H20 2 • Subsequently, the intermediate generated will suffer oxidation mediated by the action of the corresponding (flavoprotein or quinoprotein) amino oxidase in the two amino groups, leading to the formation of a di-p-hydroxyphenylacetaldehyde. (91-93). It can also happen that this peroxidase uses aldehyde and H20 2 as substrates obtained as products of tyramine deamination by amino oxidases, giving rise to di-p-hydroxyphenylacetaldehyde without prior formation of dithyramine (Figure 6). Microbial degradation of tyramine
Como se indicó anteriormente, la tiramina, puede desencadenar efectos tóxicos en enfermos tratados con inhibidores de la MAO, o en personas sanas cuando su aporte en la dieta es muy elevado. Por ello, el conocimiento de las vías responsables de la degradación de este compuesto por un agente microbiano puede tener importantes aplicaciones en el campo de la salud pública. Por otra parte la transferencia de los genes responsables de esa vía podría dotar de capacidad para degradar tiramina a organismos empleados en la industria alimentaria, reduciendo de este modo, la concentración de tiramina en los alimentos (quesos, vinos, etc.). Por último, el hecho de que la tiramina sea una importante amina "traza" con función en el sistema nervioso central y que posea similitud estructural con importantes neurotransmisores (por ejemplo, la dopamina), hace que el estudio de la ruta metabólica responsable de la degradación de este compuesto pueda tener interesantes aplicaciones farmacológicas, pudiendo ser usada, por ejemplo, para el tratamiento de determinadas enfermedades neurológicas. As indicated above, tyramine can trigger toxic effects in patients treated with MAO inhibitors, or in healthy people when their dietary intake is very high. Therefore, knowledge of the pathways responsible for the degradation of this compound by a microbial agent can have important applications in the field of public health. On the other hand, the transfer of the genes responsible for this pathway could provide the ability to degrade tyramine to organisms used in the food industry, thereby reducing the concentration of tyramine in foods (cheeses, wines, etc.). Finally, the fact that tyramine is an important "trace" amine with function in the central nervous system and that it has structural similarity with important neurotransmitters (for example, dopamine), makes the study of the metabolic pathway responsible for degradation of this compound may have interesting pharmacological applications, and may be used, for example, for the treatment of certain neurological diseases.
En determinados microorganismos tales como Klebsíella aerogenes (86), Mícrococcus luteus (67), Salmonella typhímuríum (87) y E. colí (62) se ha descrito la presencia de enzimas con actividad tiramina oxidásica que son capaces de oxidar la tiramina a 4-hidroxifenilacetaldehído. Además, varios de los genes y de las proteínas responsables de la degradación de este compuesto han sido ya caracterizados (62). Así, por ejemplo, en E. colí K12, la degradación de tiramina y de otras aminas aromáticas relacionadas (2-feniletilamina, dopamina) requiere la acción secuencial de una monoamino oxidasa (miembro de la familia de las quinoproteínas amino oxidasas) codificada por el gen maoA, y una fenilacetaldehído deshidrogenasa, producto del gen padA, que transforma el fenilacetaldehído generado por la proteína MAOA en 4-0HPhAc, el cual será posteriormente degradado por una ruta específica (94). Corriente arriba del gen maoA se encuentra el gen maoB que se transcribe en el mismo sentido y que codifica un regulador transcripcional perteneciente a la familia AraC. El producto del gen maoB activa la expresión de maoA pero no la del gen padA, que se transcribe en sentido contrario. Esto indica que, aunque estos genes están físicamente próximos en el cromosoma y forman parte de la misma ruta catabólica, no constituyen un operón (94). Todos los microorganismos en los que se ha estudiado la degradación de tiramina utilizan las mismas enzimas descritas en E. coli. Catabolismo de tiramina en P. putida U In certain microorganisms such as Klebsíella aerogenes (86), Mícrococcus luteus (67), Salmonella typhímuríum (87) and E. colí (62) the presence of enzymes with oxidic tyramine activity that are capable of oxidizing tyramine to 4- is described hydroxyphenylacetaldehyde. In addition, several of the genes and proteins responsible for the degradation of this compound have already been characterized (62). Thus, for example, in E. coli K12, the degradation of tyramine and other related aromatic amines (2-phenylethylamine, dopamine) requires the sequential action of a monoamine oxidase (member of the family of amino oxidases quinoproteins) encoded by the maoA gene, and a phenylacetaldehyde dehydrogenase, a product of the padA gene, that transforms the phenylacetaldehyde generated by the MAOA protein into 4-0HPhAc, which will later be degraded by a specific route (94). Upstream of the maoA gene is the maoB gene that is transcribed in the same direction and encodes a transcriptional regulator belonging to the AraC family. The product of the maoB gene activates the expression of maoA but not that of the padA gene, which is transcribed in the opposite direction. This indicates that, although these genes are physically close to the chromosome and are part of the same catabolic pathway, they do not constitute an operon (94). All microorganisms in which tyramine degradation has been studied use the same enzymes described in E. coli. Tyramine catabolism in P. putida U
Pseudomonas putida U (Colección Española de Cultivos Tipo CECT 4848) es una estirpe bacteriana capaz de crecer en numerosos medios de cultivo con composición química definida (medios mínimos o MM), que contienen como fuentes de carbono diferentes moléculas difícilmente degradables, algunas de las cuales pueden incluso llegar a ser perjudiciales o tóxicas para procariotas y para eucariotas (95-98). Esta versatilidad metabólica, ha hecho que esta bacteria fuese objeto de numerosos estudios bioquímicos y genéticos lo que ha conducido al esclarecimiento de algunas de las rutas catabólicas responsables de la degradación de esas moléculas. Así, se han identificado las rutas implicadas en la degradación del ácido fenilacético y de diferentes compuestos relacionados estructuralmente con él (ácidos n-fenilalcanoicos, fenilacetaldehido, 2-feniletanol, etc) (82,96-98). Adicionalmente, se ha comprobado que P. putida U es capaz de degradar eficientemente otros compuestos aromáticos tales como los aminoácidos fenilalanina, tirosina y el ácido 3-hidroxifenilacético, utilizando para ello una vía, caracterizada por nuestro grupo de investigación, que implica la conversión de todos esos compuestos en homogentísico que, posteriormente, es degradado hasta ácido fumárico y ácido acetoacético (99-100). Pseudomonas putida U (Spanish Culture Collection Type CECT 4848) is a bacterial strain capable of growing in numerous culture media with defined chemical composition (minimum media or MM), containing as carbon sources different molecules that are hardly degradable, some of which they may even be harmful or toxic to prokaryotes and eukaryotes (95-98). This metabolic versatility has made this bacterium the subject of numerous biochemical and genetic studies, which has led to the clarification of some of the catabolic pathways responsible for the degradation of these molecules. Thus, the routes involved in the degradation of phenylacetic acid and of various structurally related compounds have been identified (n-phenylalkanoic acids, phenylacetaldehyde, 2-phenylethanol, etc.) (82,96-98). Additionally, it has been proven that P. putida U is capable of efficiently degrading other aromatic compounds such as the amino acids phenylalanine, tyrosine and 3-hydroxyphenylacetic acid, using a pathway, characterized by our research group, which involves the conversion of all those compounds in homogetic which is subsequently degraded to fumaric acid and acetoacetic acid (99-100).
Esta bacteria es también capaz de crecer en MM que contienen como únicas fuentes de carbono aminas alifáticas (propil, butil, pentil, hexil, octal y nonilaminas) y aromáticas (2-feniletilamina, tiramina y dopamina). Las rutas responsables de la degradación de las aminas alifáticas y de la 2-feniletilamina han sido identificadas por nuestro grupo (82), mientras que la ruta responsable de la asimilación de tiramina y de dopamina en esta bacteria se desconocía hasta la fecha. De hecho, muchos investigadores proponían que la degradación de tiramina en bacterias pertenecientes al género Pseudomonas se realizaba mediante las mismas enzimas descritas en E. coli, y implicaban la participación de las enzimas codificadas por los genes maoA, padA y maoB (94). Sin embargo, los autores de la invención han demostrado fehacientemente que, sorprendentemente, P. putída U degrada tiramina y dopamina mediante una nueva ruta catabólica cuyas enzimas están codificadas por los genes tyn tal y como se describe más adelante. Esta nueva ruta catabólica es la basa de la invención. This bacterium is also capable of growing in MMs containing aliphatic amines (propyl, butyl, pentyl, hexyl, octal and nonylamines) and aromatic (2-phenylethylamine, tyramine and dopamine) as the only carbon sources. The routes responsible for the degradation of aliphatic amines and 2-phenylethylamine have been identified by our group (82), while the route responsible for the assimilation of tyramine and dopamine in this bacterium was unknown to date. In fact, many researchers proposed that the degradation of tyramine in bacteria belonging to the genus Pseudomonas was performed by the same enzymes described in E. coli, and involved the participation of enzymes encoded by the genes maoA, padA and maoB (94). However, the authors of the invention have reliably demonstrated that, surprisingly, P. putída U degrades tyramine and dopamine by a new catabolic pathway whose enzymes are encoded by the tyn genes as described below. This new catabolic route is the basis of the invention.
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La presente invención se refiere a un método alternativo para la degradación de tiramina y/o dopamina en muestras que las contengan. Se basa en el descubrimiento de una nueva ruta catabólica, identificada por los autores de la invención en Pseudomonas putída U, capaz de degradar estas dos moléculas hasta dar lugar a ácido pirúvico y ácido succínico (o semialdehído succínico). La ruta completa implica la intervención de enzimas codificadas en dos clusters, tyn y hpa, que se encuentran contiguos en el genoma de dicha bacteria. Las enzimas del primero de los clusters, tyn, permiten la transformación tanto de tiramina como de dopamina en el correspondiente ácido 4-hidroxifenilacetico (3,4-hidroxifenilacetico en el caso de dopamina), en dos pasos: el primero implica la actuación de una tiramina oxidasa compuesta por dos subunidades, TynA y TynB, capaz de actuar tanto sobre tiramina como sobre dopamina, transformándolas en el correspondiente 4hidroxifenilacetaldehido; la actuación sobre este compuesto de una deshidrogenasa, la enzima TynC, da lugar al correspondiente ácido 4-hidroxifenilacetico (3,4hidroxifenilacetico en el caso de dopamina). La actuación sobre este compuesto de las enzimas codificadas en el cluster hpa permite, mediante una secuencia de reacciones catabólicas, su transformación en ácido pirúvico y ácido succínico (o semialdehído succínico), dos metabolitos generales, cruce de distintas vías metabólicas en cualquier organismo. La ruta completa necesita un paso más en la degradación de tiramina: mientras que la acción de las enzimas del cluster tyn sobre dopamina da lugar directamente a ácido 3,4-dihidroxifenilacético, sustrato de una reacción catalizada por la dioxigenasa HpaD (3,4-dihidroxifenilacetico 2,3-dioxigenasa), la transformación de tiramina requiere la acción de una monooxigenasa compuesta por dos subunidades, HpaB y HpaC (4-hidroxifenilacetico monooxigenasa) para transformar el compuesto obtenido tras la acción de las enzimas del cluster tyn sobre la tiramina, el ácido 4hidroxifenilacético, en ácido 3,4-hidroxifenilacético. A partir de ahí, el procedimiento catabólico es común para ambos compuestos. The present invention relates to an alternative method for the degradation of tyramine and / or dopamine in samples containing them. It is based on the discovery of a new catabolic route, identified by the authors of the invention in Pseudomonas putída U, capable of degrading these two molecules to give rise to pyruvic acid and succinic acid (or succinic semialdehyde). The complete route involves the intervention of enzymes encoded in two clusters, tyn and hpa, which are contiguous in the genome of said bacterium. The enzymes of the first of the clusters, tyn, allow the transformation of both tyramine and dopamine into the corresponding 4-hydroxyphenylacetic acid (3,4-hydroxyphenylacetic acid in the case of dopamine), in two steps: the first involves the action of a tyramine oxidase composed of two subunits, TynA and TynB, capable of acting on both tyramine and dopamine, transforming them into the corresponding 4-hydroxyphenylacetaldehyde; the action on this compound of a dehydrogenase, the TynC enzyme, gives rise to the corresponding 4-hydroxyphenylacetic acid (3,4-hydroxyphenylacetic acid in the case of dopamine). The action on this compound of the enzymes encoded in the hpa cluster allows, through a sequence of catabolic reactions, its transformation into pyruvic acid and succinic acid (or succinic semialdehyde), two general metabolites, crossing of different metabolic pathways in any organism. The complete route needs a further step in the degradation of tyramine: while the action of the enzymes of the tyn cluster on dopamine directly gives rise to 3,4-dihydroxyphenylacetic acid, the substrate of a reaction catalyzed by the diopaxygenase HpaD (3,4- 2,3-dioxygenase dihydroxyphenylacetic), the tyramine transformation requires the action of a mono-oxygenase composed of two subunits, HpaB and HpaC (4-hydroxyphenylacetic monooxygenase) to transform the compound obtained after the action of the enzymes of the tyn cluster on tyramine, 4-hydroxyphenylacetic acid, in 3,4-hydroxyphenylacetic acid. From there, the catabolic procedure is common for both compounds.
Tanto la ruta catabólica en sí como las enzimas que catalizan las reacciones que forman parte de la misma (y, en particular, la primera de las enzimas de la ruta, la tiramina oxidasa TynAB) son nuevas y su naturaleza no era obvia a partir del estado de la técnica pues, como se ha comentado previamente, la ruta responsable de la asimilación de dopamina y tiramina en Pseudomonas putída U se desconocía hasta la fecha. El descubrimiento de esta ruta, además, demuestra que la degradación de Both the catabolic route itself and the enzymes that catalyze the reactions that are part of it (and, in particular, the first of the enzymes of the route, TynAB tyramine oxidase) are new and their nature was not obvious from the prior art, as previously mentioned, the route responsible for the assimilation of dopamine and tyramine in Pseudomonas putída U was unknown to date. The discovery of this route also demonstrates that the degradation of
tiramina en Pseudomonas no se realiza mediante las mismas enzimas descritas en E. Tyramine in Pseudomonas is not performed by the same enzymes described in E.
colí, como proponían muchos autores. Es por ello que, tanto el procedimiento de degradación de tiramina y dopamina que parte de la tiramina oxidasa de Pseudomonas putída (y que puede completarse hasta ácido pirúvico y succínico mediante la acción de las sucesivas enzimas de la ruta), como la secuencia de aminoácidos de las enzimas que catalizan dichas reacciones y las secuencias codificantes de dichas enzimas, forman parte la presente invención. También son parte de la invención los vectores de expresión a partir de los cuales puedan sintetizarse dichas enzimas (o enzimas con un alto grado de homología con las mismas, que sean capaces de catalizar las mismas reacciones), así como los microorganismos recombinantes que hayan sido transformados con dichos vectores. colí, as many authors proposed. That is why, both the tyramine and dopamine degradation process that starts from the tyramine oxidase of Pseudomonas putída (and that can be completed up to pyruvic and succinic acid by the action of the successive enzymes of the route), as well as the amino acid sequence of the enzymes that catalyze said reactions and the coding sequences of said enzymes, are part of the present invention. The expression vectors from which said enzymes can be synthesized (or enzymes with a high degree of homology with them, which are capable of catalyzing the same reactions), as well as the recombinant microorganisms that have been part of the invention are also part of the invention. transformed with said vectors.
Dado el gran interés que la aplicación del procedimiento de la invención puede tener en alimentos, para disminuir su contenido en tiramina y/o dopamina, constituyen aspectos alternativos adicionales de la invención el uso de microorganismos capaces de sintetizar al menos la primera, un subconjunto o la totalidad de las enzimas necesarias para completar la ruta catabólica completa descrita para disminuir el contenido de tiramina y/o dopamina en alimentos que las contengan o, incluso, el uso de dichos microorganismos para actuar sobre materias primas que se vayan a transformar para ser convertidas en alimentos o bebidas listas para el consumo humano o animal y que, o bien contengan de forma natural tiramina o dopamina, o que sean susceptibles de generarlas durante el proceso de transformación de dichas materias primas en los alimentos finales. Esto es así tanto para el microorganismo que, según se divulga en la presente solicitud, contiene de forma natural todos los genes necesarios para sintetizar las enzimas que catalicen las reacciones de la ruta completa (Pseudomonas putída U), como para posibles microorganismos recombinantes que hayan sido transformados con algún vector que permita la expresión de al menos uno de los genes codificantes de las enzimas que catalizan las reacciones del procedimiento catabólico. Given the great interest that the application of the process of the invention may have in foods, to decrease its tyramine and / or dopamine content, additional use of microorganisms capable of synthesizing at least the first, a subset or all the enzymes necessary to complete the complete catabolic route described to reduce the content of tyramine and / or dopamine in foods that contain them or, even, the use of said microorganisms to act on raw materials to be transformed to be converted in foods or beverages ready for human or animal consumption and that either contain tyramine or dopamine naturally, or are likely to generate them during the process of transforming said raw materials into final foods. This is so for the microorganism that, as disclosed in the present application, naturally contains all the genes necessary to synthesize the enzymes that catalyze the reactions of the complete pathway (Pseudomonas putída U), as well as for possible recombinant microorganisms that have been transformed with some vector that allows the expression of at least one of the genes coding for the enzymes that catalyze the reactions of the catabolic process.
Los cluster tyn y hpa contienen además otros marcos abiertos de lectura que codifican polipéptidos que parecen estar implicados en la regulación de la ruta catabólica descrita. Dichos polipéptidos, las secuencias que los codifican, las realizaciones del procedimiento que se llevan a cabo estando presentes los polipéptidos reguladores codificados en el cluster hpa y/o los polipéptidos reguladores codificados en el cluster tyn están también incluidos dentro del alcance de la The tyn and hpa clusters also contain other open reading frames that encode polypeptides that appear to be involved in the regulation of the described catabolic pathway. Said polypeptides, the sequences that encode them, the embodiments of the procedure that are carried out in the presence of the regulatory polypeptides encoded in the hpa cluster and / or the regulatory polypeptides encoded in the tyn cluster are also included within the scope of the
invención, así como los vectores de expresión que incluyen secuencias codificantes de invention, as well as expression vectors that include sequences coding for
los mismos y los microorganismos transformados con dichos vectores. the same and microorganisms transformed with said vectors.
Así, la presente invención proporciona tanto el procedimiento alternativo descrito para la degradación de tiramina o dopamina en una muestra cualquiera, como las secuencias de las proteínas capaces de catalizar y regular el proceso de degradación de tiramina y/o dopamina hasta ácido pirúvico y ácido succínico (o semialdehído succínico), así como las secuencias nucleotídicas que codifican dichas proteínas. Los vectores de expresión que comprenden secuencias codificantes de al menos una de dichas proteínas y los microorganismos transformados con ellos constituyen también aspectos de la invención, así como el uso de Pseudomonas putída U o de cualquiera de dichos microorganismos recombinantes para disminuir el contenido de tiramina y/o dopamina en una muestra de un alimento o bebida destinada al uso humano o animal o en un algún producto intermedio de la transformación de las materias primas en el alimento o bebida final, incluidas las propias materias primas. Thus, the present invention provides both the alternative method described for the degradation of tyramine or dopamine in any sample, as well as the sequences of the proteins capable of catalyzing and regulating the degradation process of tyramine and / or dopamine to pyruvic acid and succinic acid. (or succinic semialdehyde), as well as the nucleotide sequences encoding said proteins. Expression vectors comprising sequences encoding at least one of said proteins and microorganisms transformed therewith also constitute aspects of the invention, as well as the use of Pseudomonas putída U or any of said recombinant microorganisms to decrease the tyramine content and / or dopamine in a sample of a food or beverage intended for human or animal use or in any intermediate product of the transformation of raw materials into the final food or beverage, including the raw materials themselves.
Por tanto, un primer aspecto de la invención se refiere a las moléculas de ácido nucleico a partir de las cuales pueden sintetizarse las proteínas capaces de catalizar y/o regular el procedimiento de la invención, o que codifican proteínas con un alto grado de homología con las mismas (definida o bien por el porcentaje de coincidencia en los nucleótidos (al menos 60%), o por la capacidad de aparearse en condiciones estrictas de hibridación (las condiciones en las que hibridan cadenas de ácidos nucleicos complementarias, que son fácilmente identificables por el experto en la técnica en cada caso específico, pero que pueden resumirse como condiciones de temperaturas elevadas (65ºC, por ejemplo) y baja concentracion de sales)), siempre y cuando sean capaces de llevar a cabo la misma actividad. Concretamente, se refieren a las moléculas de ácido nucleico a partir de las cuales pueda sintetizarse la enzima que cataliza la etapa imprescindible del procedimiento de degradación, la tiramina oxidasa TynAB, o proteínas homólogas a la misma que presenten esa misma actividad. Por tanto, un primer aspecto de la presente invención se refiere a una molécula de ácido nucleico aislada que codifica una proteína o complejo proteico capaz de actuar como tiramina oxidasa, seleccionada del grupo que consiste en: Therefore, a first aspect of the invention relates to nucleic acid molecules from which proteins capable of catalyzing and / or regulating the process of the invention can be synthesized, or encoding proteins with a high degree of homology with the same (defined either by the percentage of coincidence in the nucleotides (at least 60%), or by the ability to mate under strict hybridization conditions (the conditions under which complementary nucleic acid chains hybridize, which are easily identifiable by the person skilled in the art in each specific case, but which can be summarized as high temperature conditions (65 ° C, for example) and low salt concentration)), provided they are capable of carrying out the same activity. Specifically, they refer to the nucleic acid molecules from which the enzyme that catalyzes the essential stage of the degradation process, TynAB tyramine oxidase, or homologous proteins thereto that exhibit the same activity can be synthesized. Therefore, a first aspect of the present invention relates to an isolated nucleic acid molecule encoding a protein or protein complex capable of acting as tyramine oxidase, selected from the group consisting of:
a) una molécula de ácido nucleico que comprende una primera secuencia que es idéntica, al menos en un 60%, a la secuencia representada por SEQ ID NO:3 (correspondiente al DNA que codifica la subunidad TynA de TynAB) y una segunda secuencia que es idéntica, al menos en un 60%, a la secuencia representada por SEQ ID NO:5 (DNA que codifica la subunidad TynB de TynAB); a) a nucleic acid molecule comprising a first sequence that is at least 60% identical to the sequence represented by SEQ ID NO: 3 (corresponding to the DNA encoding the TynA TynA subunit) and a second sequence that it is identical, at least 60%, to the sequence represented by SEQ ID NO: 5 (DNA encoding the TynAB subunit TynAB);
b) una molécula de ácido nucleico que comprende una secuencia que b) a nucleic acid molecule comprising a sequence that
hibrida en condiciones estrictas con las secuencias de a); hybridize under strict conditions with the sequences of a);
c) una molécula de ácido nucleico que comprende una primera secuencia que codifica un polipéptido cuya secuencia de aminoácidos es idéntica, al menos en un 60%, a la secuencia representada por SEO ID NO:4 (secuencia de aminoácidos de TynA) y una segunda secuencia que codifica un polipéptido cuya secuencia de aminoácidos es idéntica, al menos en un 60%, a la secuencia representada por SEO ID NO:6 (secuencia de aminoácidos de TynB); c) a nucleic acid molecule comprising a first sequence encoding a polypeptide whose amino acid sequence is identical, at least 60%, to the sequence represented by SEO ID NO: 4 (TynA amino acid sequence) and a second sequence encoding a polypeptide whose amino acid sequence is identical, at least 60%, to the sequence represented by SEO ID NO: 6 (TynB amino acid sequence);
d) una molécula de ácido nucleico que comprende una primera secuencia que codifica una variante alélica natural de un polipéptido que comprende la secuencia de aminoácidos representada por SEO ID NO:4 y una segunda secuencia que codifica una variante alélica natural de un polipéptido que comprende la secuencia de aminoácidos representada por SEO ID NO:6, donde la molécula de ácido nucleico híbrida, bajo condiciones estrictas, con una secuencia de DNA que comprende las secuencias mencionadas en a), o secuencias complementarias a las mismas. d) a nucleic acid molecule comprising a first sequence encoding a natural allelic variant of a polypeptide comprising the amino acid sequence represented by SEO ID NO: 4 and a second sequence encoding a natural allelic variant of a polypeptide comprising the amino acid sequence represented by SEO ID NO: 6, where the hybrid nucleic acid molecule, under strict conditions, with a DNA sequence comprising the sequences mentioned in a), or complementary sequences thereto.
En una realización preferida de la invención, la molécula de ácido nucleico comprende una primera y una segunda secuencias en las que el porcentaje de homología en la alternativa a) o en la alternativa c) es del 100%. In a preferred embodiment of the invention, the nucleic acid molecule comprises a first and a second sequence in which the homology percentage in alternative a) or in alternative c) is 100%.
En una realización adicional preferida, la molécula de ácido nucleico aislada comprende también un fragmento de ácido nucleico a partir del cual pueda sintetizarse la enzima que cataliza la siguiente etapa del procedimiento de degradación, la 4hidroxifenilacetaldehído deshidrogenasa TynC, o una proteína homologa a la misma que realice la misma función. Así, en dicha realización, la molécula de ácido nucleico aislada comprende adicionalmente una secuencia que codifica una proteína capaz de actuar como 4-hidroxifenilacetaldehído deshidrogenasa, seleccionada del grupo que consiste en: In a further preferred embodiment, the isolated nucleic acid molecule also comprises a nucleic acid fragment from which the enzyme that catalyzes the next stage of the degradation process can be synthesized, TynC 4-hydroxyphenylacetaldehyde dehydrogenase, or a homologous protein thereto. Perform the same function. Thus, in said embodiment, the isolated nucleic acid molecule further comprises a sequence encoding a protein capable of acting as 4-hydroxyphenylacetaldehyde dehydrogenase, selected from the group consisting of:
a) una secuencia de ácido nucleico que es idéntica, al menos en un 60%, a la secuencia representada por SEO ID NO:? (DNA codificante de TynC); b) una secuencia de ácido nucleico que comprende una secuencia que hibrida en condiciones estrictas con la secuencia de a); a) a nucleic acid sequence that is identical, at least 60%, to the sequence represented by SEO ID NO :? (DNA encoding TynC); b) a nucleic acid sequence comprising a sequence that hybridizes under strict conditions with the sequence of a);
c) una secuencia de ácido nucleico que comprende una secuencia que codifica un polipéptido cuya secuencia de aminoácidos es idéntica, al menos en un 60%, a la secuencia representada por SEO ID NO:8 (secuencia de aminoácidos de TynC); c) a nucleic acid sequence comprising a sequence encoding a polypeptide whose amino acid sequence is identical, at least 60%, to the sequence represented by SEO ID NO: 8 (TynC amino acid sequence);
d) una secuencia de ácido nucleico que comprende una secuencia que codifica una variante alélica natural de un polipéptido que comprende la secuencia de aminoácidos representada por SEO ID NO:8, donde la molécula de ácido nucleico hibrida, bajo condiciones estrictas, con una secuencia de DNA que comprende la secuencia mencionada en a), o una secuencia complementaria a la misma. d) a nucleic acid sequence comprising a sequence encoding a natural allelic variant of a polypeptide comprising the amino acid sequence represented by SEO ID NO: 8, where the nucleic acid molecule hybridizes, under strict conditions, with a sequence of DNA comprising the sequence mentioned in a), or a sequence complementary to it.
De nuevo, se prefiere especialmente que la molécula de ácido nucleico se Again, it is especially preferred that the nucleic acid molecule be
corresponda con la de la alternativa a) o c), en la que el porcentaje de homología es corresponds to that of alternative a) or c), in which the homology percentage is
del 100%. 100%
Otra realización adicional, complementaria de las anteriores, es aquella en la que la molécula de ácido nucleico comprende también las secuencias codificantes de los polipéptidos que parecen tener una función reguladora en la secuencia de reacciones catalizada por las enzimas TynAB y TynC, que puede seleccionarse entre TynR, TynD, Así, otra realización adicional se refiere a una molécula de ácido nucleico aislada que comprende, adicionalmente a la secuencia relacionada con TynC y/o las secuencias relacionadas con TynAB, una secuencia que codifica una proteína, seleccionada del grupo que consiste en: Another additional embodiment, complementary to the previous ones, is that in which the nucleic acid molecule also comprises the coding sequences of the polypeptides that appear to have a regulatory function in the sequence of reactions catalyzed by the enzymes TynAB and TynC, which can be selected from TynR, TynD, Thus, another additional embodiment relates to an isolated nucleic acid molecule comprising, in addition to the sequence related to TynC and / or sequences related to TynAB, a sequence encoding a protein, selected from the group consisting of :
a) una secuencia de ácido nucleico que es idéntica, al menos en un 90%, a la secuencia representada por SEO ID NO:9 (DNA codificante de TynR); b) una secuencia de ácido nucleico que comprende una secuencia que hibrida en condiciones estrictas con la secuencia de a); a) a nucleic acid sequence that is identical, at least 90%, to the sequence represented by SEO ID NO: 9 (TynR encoding DNA); b) a nucleic acid sequence comprising a sequence that hybridizes under strict conditions with the sequence of a);
c) una secuencia de ácido nucleico que comprende una secuencia que codifica un polipéptido cuya secuencia de aminoácidos es idéntica, al menos en un 90%, a la secuencia representada por SEO ID NO:10 (secuencia de aminoácidos de TynR); c) a nucleic acid sequence comprising a sequence encoding a polypeptide whose amino acid sequence is identical, at least 90%, to the sequence represented by SEO ID NO: 10 (TynR amino acid sequence);
d) una secuencia de ácido nucleico que comprende una secuencia que codifica una variante alélica natural de un polipéptido que comprende la secuencia de aminoácidos representada por SEO ID NO:10, donde la molécula de ácido nucleico hibrida, bajo condiciones estrictas, con una secuencia de DNA que comprende la secuencia mencionada en a), o una secuencia complementaria a la misma. d) a nucleic acid sequence comprising a sequence encoding a natural allelic variant of a polypeptide comprising the amino acid sequence represented by SEO ID NO: 10, where the nucleic acid molecule hybridizes, under strict conditions, with a sequence of DNA comprising the sequence mentioned in a), or a sequence complementary to it.
De nuevo, se prefiere especialmente que la molécula de ácido nucleico se Again, it is especially preferred that the nucleic acid molecule be
corresponda con la de la alternativa a) o c), en la que el porcentaje de homología es corresponds to that of alternative a) or c), in which the homology percentage is
del 100%. 100%
En otra posible realización, la molécula de ácido nucleico aislada comprende, adicionalmente a la secuencia correspondiente a TynAB, y, optativamente, TynC y In another possible embodiment, the isolated nucleic acid molecule comprises, in addition to the sequence corresponding to TynAB, and, optionally, TynC and
TynR, una secuencia que codifica una proteína, seleccionada del grupo que consiste en: a) una secuencia de ácido nucleico que es idéntica, al menos en un 90%, a la secuencia representada por SEO ID NO:11 (DNA codificante de TynD); b) una secuencia de ácido nucleico que comprende una secuencia que hibrida en condiciones estrictas con la secuencia de a); TynR, a sequence encoding a protein, selected from the group consisting of: a) a nucleic acid sequence that is identical, at least 90%, to the sequence represented by SEO ID NO: 11 (TynD encoding DNA) ; b) a nucleic acid sequence comprising a sequence that hybridizes under strict conditions with the sequence of a);
c) una secuencia de ácido nucleico que comprende una secuencia que codifica un polipéptido cuya secuencia de aminoácidos es idéntica, al menos en un 90%, a la secuencia representada por SEO ID NO:12 (secuencia de aminoácidos de TynD); c) a nucleic acid sequence comprising a sequence encoding a polypeptide whose amino acid sequence is identical, at least 90%, to the sequence represented by SEO ID NO: 12 (TynD amino acid sequence);
d) una secuencia de ácido nucleico que comprende una secuencia que codifica una variante alélica natural de un polipéptido que comprende la secuencia de aminoácidos representada por SEO ID NO:12, donde la molécula de ácido nucleico híbrida, bajo condiciones estrictas, con una secuencia de DNA que comprende la secuencia mencionada en a), o una secuencia complementaria a la misma. d) a nucleic acid sequence comprising a sequence encoding a natural allelic variant of a polypeptide comprising the amino acid sequence represented by SEO ID NO: 12, where the hybrid nucleic acid molecule, under strict conditions, with a sequence of DNA comprising the sequence mentioned in a), or a sequence complementary to it.
De nuevo, se prefiere especialmente que la molécula de ácido nucleico se Again, it is especially preferred that the nucleic acid molecule be
corresponda con la de la alternativa a) o c), en la que el porcentaje de homología es corresponds to that of alternative a) or c), in which the homology percentage is
del 100%. 100%
Adicionalmente a las combinaciones anteriores, la molécula de ácido nucleico aislada puede comprender también la secuencia codificante a alguno de los restantes polipéptidos identificados en el cluster tyn: TynF, TynE y TynG, o combinaciones de los mismos. Así, otra posible realización es aquella en la que la molécula de ácido nucleico aislada comprende adicionalmente una secuencia que codifica una proteína, seleccionada del grupo que consiste en: In addition to the above combinations, the isolated nucleic acid molecule may also comprise the sequence encoding any of the remaining polypeptides identified in the tyn cluster: TynF, TynE and TynG, or combinations thereof. Thus, another possible embodiment is one in which the isolated nucleic acid molecule additionally comprises a sequence encoding a protein, selected from the group consisting of:
a) una secuencia de ácido nucleico que es idéntica, al menos en un 90%, a la secuencia representada por SEO ID NO:13 (DNA codificante de TynF) y/o una secuencia de ácido nucleico que es idéntica, al menos en un 90%, a la secuencia representada por SEO ID NO:15 (DNA codificante de TynE) y/o una secuencia de ácido nucleico que es idéntica, al menos en un 90%, a la secuencia representada por SEO ID NO:17 (DNA codificante de TynG); a) a nucleic acid sequence that is identical, at least 90%, to the sequence represented by SEO ID NO: 13 (DNA encoding TynF) and / or a nucleic acid sequence that is identical, at least in one 90%, to the sequence represented by SEO ID NO: 15 (DNA encoding TynE) and / or a nucleic acid sequence that is identical, at least 90%, to the sequence represented by SEO ID NO: 17 (DNA TynG encoder);
b) una secuencia de ácido nucleico que comprende una secuencia que hibrida en condiciones estrictas con al menos una de las secuencias de a); b) a nucleic acid sequence comprising a sequence that hybridizes under strict conditions with at least one of the sequences of a);
c) una secuencia de ácido nucleico que comprende una secuencia que codifica un polipéptido cuya secuencia de aminoácidos es idéntica, al menos en un 90%, a la secuencia representada por SEO ID NO:14 (secuencia de aminoácidos de TynF) y/o una secuencia que codifica un polipéptido cuya secuencia de aminoácidos es idéntica, al menos en un 90%, a la secuencia representada por SEO ID NO:16 (secuencia de aminoácidos de TynE) y/o una secuencia que codifica un polipéptido cuya secuencia de aminoácidos es idéntica, al menos en un 90%, a la secuencia representada por SEO ID NO:18 (secuencia de aminoácidos de TynG); c) a nucleic acid sequence comprising a sequence encoding a polypeptide whose amino acid sequence is identical, at least 90%, to the sequence represented by SEO ID NO: 14 (TynF amino acid sequence) and / or a sequence encoding a polypeptide whose amino acid sequence is identical, at least 90%, to the sequence represented by SEO ID NO: 16 (TynE amino acid sequence) and / or a sequence encoding a polypeptide whose amino acid sequence is identical, at least 90%, to the sequence represented by SEO ID NO: 18 (amino acid sequence of TynG);
d) una secuencia de ácido nucleico que comprende una secuencia que codifica una variante alélica natural de un polipéptido que comprende la secuencia de aminoácidos representada por SEO ID NO:14 y/o una variante alélica natural de un polipéptido que comprende la secuencia de aminoácidos representada por SEO ID NO:16 y/o una variante alélica natural de un polipéptido que comprende la secuencia de aminoácidos representada por SEO ID NO:18, donde la molécula de ácido nucleico híbrida, bajo condiciones estrictas, con una secuencia de DNA que comprende al menos una de las secuencias mencionadas en a), o una secuencia complementaria a la misma. d) a nucleic acid sequence comprising a sequence encoding a natural allelic variant of a polypeptide comprising the amino acid sequence represented by SEO ID NO: 14 and / or a natural allelic variant of a polypeptide comprising the amino acid sequence represented by SEO ID NO: 16 and / or a natural allelic variant of a polypeptide comprising the amino acid sequence represented by SEO ID NO: 18, where the hybrid nucleic acid molecule, under strict conditions, with a DNA sequence comprising the less one of the sequences mentioned in a), or a sequence complementary to it.
De nuevo, se prefiere especialmente que la molécula de ácido nucleico se Again, it is especially preferred that the nucleic acid molecule be
corresponda con la de la alternativa a) o c), en la que el porcentaje de homología es corresponds to that of alternative a) or c), in which the homology percentage is
del 100%. 100%
Para que la secuencia de reacciones catalizadas por las enzimas del cluster tyn se lleve a cabo en su totalidad, se prefiere particularmente que la molécula de ácido nucleico aislada comprenda secuencias codificantes de todos los polipéptidos que parecen estar codificados en el cluster: Así, en una realización particularmente preferida de este aspecto de la invención, la molécula de ácido nucleico aislada comprende las secuencias representadas por SEO ID NO:3 (DNA TynA), SEO ID NO:5 (DNA TynB), SEO ID NO:? (DNA TynC), SEO ID NO:9 (DNA TynR) , SEO ID NO:11 (DNA TynD), SEO ID NO:13 (DNA TynF), SEO ID NO:15 (DNA TynE) y SEO ID NO:1? (DNA TynG). Una posibilidad sería que la molécula de ácido nucleico comprendiera la secuencia representada por SEO ID NO:2, que corresponde al cluster tyn de Pseudo monas putída U. For the sequence of reactions catalyzed by the enzymes of the tyn cluster to be carried out in its entirety, it is particularly preferred that the isolated nucleic acid molecule comprises coding sequences of all polypeptides that appear to be encoded in the cluster: Thus, in a Particularly preferred embodiment of this aspect of the invention, the isolated nucleic acid molecule comprises the sequences represented by SEO ID NO: 3 (DNA TynA), SEO ID NO: 5 (DNA TynB), SEO ID NO:? (DNA TynC), SEO ID NO: 9 (DNA TynR), SEO ID NO: 11 (DNA TynD), SEO ID NO: 13 (DNA TynF), SEO ID NO: 15 (DNA TynE) and SEO ID NO: 1 ? (DNA TynG). One possibility would be for the nucleic acid molecule to comprise the sequence represented by SEO ID NO: 2, which corresponds to the tyn cluster of Pseudo monas putída U.
En una realización preferida, la molécula de ácido nucleico aislada comprende no sólo las secuencias de marcos abiertos de lectura identificadas en el cluster tyn, sino también las de las enzimas capaces de catalizar las reacciones que dan lugar a la transformación del compuesto obtenido por la acción de las enzimas el cluster tyn sobre la tiramina, transformándolo en ácido pirúvico y ácido succínico (o semialdehído succínico): las enzimas del cluster hpa, preferiblemente con las secuencias codificantes de los polipéptidos adicionales que parecen estar también codificados en In a preferred embodiment, the isolated nucleic acid molecule comprises not only the open frame sequences identified in the tyn cluster, but also those of the enzymes capable of catalyzing the reactions that give rise to the transformation of the compound obtained by the action of the enzymes the tyn cluster on tyramine, transforming it into pyruvic acid and succinic acid (or succinic semialdehyde): the enzymes of the hpa cluster, preferably with the coding sequences of the additional polypeptides that appear to be also encoded in
ese mismos cluster, y que parecen tener función reguladora. Como en el caso del that same cluster, and that seem to have regulatory function. As in the case of
cluster tyn, están comprendidas también dentro del alcance de la invención las moléculas de ácido nucleico a partir de las cuales pueden sintetizarse las proteínas capaces de catalizar y/o regular la secuencia de reacciones que da lugar a la 5 transformación del ácido 4-hidroxifenilacético en ácido pirúvico y ácido succínico, es decir, las moléculas que codifiquen proteínas con un alto grado de homología con las del cluster hpa de Pseudomonas putída U y que muestren la misma actividad (catalítica o reguladora) que dichas proteínas. Así, en una realización particularmente preferida de la molécula de ácido nucleico de la invención, la misma comprende, tyn cluster, also within the scope of the invention are nucleic acid molecules from which proteins capable of catalyzing and / or regulating the sequence of reactions that results in the transformation of 4-hydroxyphenylacetic acid into syntheses can be synthesized. pyruvic acid and succinic acid, that is, molecules that encode proteins with a high degree of homology with those of the hpa cluster of Pseudomonas putída U and that show the same activity (catalytic or regulatory) as said proteins. Thus, in a particularly preferred embodiment of the nucleic acid molecule of the invention, it comprises,
10 adicionalmente a las secuencias que codifican proteínas idénticas o análogas en función y homológas en secuencia a las delcluster Tyn, al menos 13 secuencias, de las que cada una de las cuales codifica una proteína capaz de catalizar o regular una etapa de la transformación de un compuesto de Fórmula 111, COOH In addition to the sequences encoding identical or analogous proteins in function and homologous in sequence to the Tyn delcluster, at least 13 sequences, of which each of which encodes a protein capable of catalyzing or regulating a stage of the transformation of a compound of Formula 111, COOH
tH2 tH2
15 en la que R1 es H, 15 in which R1 is H,
en ácido pirúvico y ácido succínico (o semialdehído succínico) o alguna de sus sales, siguiendo la siguiente secuencia de reacciones: in pyruvic acid and succinic acid (or succinic semialdehyde) or any of its salts, following the following sequence of reactions:
CHM OMEO HMED CHM OMEO HMED
o or
HsC--'~'--'COCH QH{::----GH~-·-·v.~}-C;',.)()H HsC - '~' - 'COCH QH {:: ---- GH ~ - · - · v. ~} -C;' ,.) () H
A~¡dQ Pin)vico S~miah.i~~!¡dc -5uo:dnico A ~ dQ Pin) vico S ~ miah.i ~~! Dc -5uo: dnico
donde cada una de dichas secuencias se selecciona del grupo que consiste en: where each of said sequences is selected from the group consisting of:
a) una secuencia que es idéntica, al menos en un 60%, a la secuencia a) a sequence that is identical, at least 60%, to the sequence
representada por SEO ID NO:19 (DNA hpaB), SEO ID NO:21 (DNA hpaC), SEO ID represented by SEO ID NO: 19 (DNA hpaB), SEO ID NO: 21 (DNA hpaC), SEO ID
NO:23 (DNA hpaD), SEO ID NO:25 (DNA hpaE), SEO ID NO:27 (DNA hpaF), SEO ID NO: 23 (DNA hpaD), SEO ID NO: 25 (DNA hpaE), SEO ID NO: 27 (DNA hpaF), SEO ID
NO:29 (DNA hpaG1), SEO ID NO:31 (DNA hpaG2), SEO ID NO:33 (DNA hpaH), SEO NO: 29 (DNA hpaG1), SEO ID NO: 31 (DNA hpaG2), SEO ID NO: 33 (DNA hpaH), SEO
ID NO:35 (DNA hpal), SEO ID NO:37 (DNA hpaA), SEO ID NO:39 (DNA hpaX), SEO ID NO: 35 (DNA hpal), SEO ID NO: 37 (DNA hpaA), SEO ID NO: 39 (DNA hpaX), SEO
ID NO:41 (DNA hpaR1), SEO ID NO:43 (DNA hpaR2); ID NO: 41 (DNA hpaR1), SEO ID NO: 43 (DNA hpaR2);
b) una secuencia que hibrida en condiciones estrictas con al menos una de b) a sequence that hybridizes under strict conditions with at least one of
las secuencias de a); the sequences of a);
c) una secuencia que codifica un polipéptido cuya secuencia de c) a sequence encoding a polypeptide whose sequence of
aminoácidos es idéntica, al menos en un 60%, a la secuencia representada por SEO amino acids is identical, at least 60%, to the sequence represented by SEO
ID NO:20 (hpaB), SEO ID NO:22 (proteína hpaC), SEO ID NO:24 (proteína hpaD), ID NO: 20 (hpaB), SEO ID NO: 22 (hpaC protein), SEO ID NO: 24 (hpaD protein),
SEO ID NO:26 (proteína hpaE), SEQ ID NO:28 (proteína hpaF), SEO ID NO:30 SEO ID NO: 26 (hpaE protein), SEQ ID NO: 28 (hpaF protein), SEO ID NO: 30
(proteína hpaG1), SEO ID NO:32 (proteína hpaG2), SEO ID NO:34 (proteína hpaH), (hpaG1 protein), SEO ID NO: 32 (hpaG2 protein), SEO ID NO: 34 (hpaH protein),
SEO ID NO:36 (proteína hpal), SEQ ID NO:38 (proteína hpaA), SEO ID NO:40 SEO ID NO: 36 (hpal protein), SEQ ID NO: 38 (hpaA protein), SEO ID NO: 40
(proteína hpaX), SEO ID NO:42 (proteína hpaR1), SEO ID NO:44 (proteína hpaR2); (hpaX protein), SEO ID NO: 42 (hpaR1 protein), SEO ID NO: 44 (hpaR2 protein);
d) una secuencia que codifica una variante alélica natural de un polipéptido d) a sequence encoding a natural allelic variant of a polypeptide
que comprende la secuencia de aminoácidos representada por SEO ID NO:20, SEO which comprises the amino acid sequence represented by SEO ID NO: 20, SEO
ID NO:22, SEO ID NO:24, SEO ID NO:26, SEO ID NO:28, SEO ID NO:30, SEO ID ID NO: 22, SEO ID NO: 24, SEO ID NO: 26, SEO ID NO: 28, SEO ID NO: 30, SEO ID
NO:32, SEO ID NO:34, SEO ID NO:36, SEO ID NO:38, SEO ID NO:40, SEO ID NO: 32, SEO ID NO: 34, SEO ID NO: 36, SEO ID NO: 38, SEO ID NO: 40, SEO ID
NO:42 o SEO ID NO:44, donde la secuencia hibrida, bajo condiciones estrictas, con NO: 42 or SEO ID NO: 44, where the hybrid sequence, under strict conditions, with
una secuencia de DNA que comprende al menos una de las secuencias mencionadas a DNA sequence comprising at least one of the mentioned sequences
en a), o una secuencia complementaria a la misma. in a), or a sequence complementary to it.
La Fig. 7 permite observar la reacción concreta catalizada por cada una de las Fig. 7 shows the specific reaction catalyzed by each of the
enzimas mencionadas. Se observa que la reacción catalizada por la 4mentioned enzymes. It is observed that the reaction catalyzed by the 4
hidroxifeniacético monooxigenasa hpaBC sólo es necesaria en el caso de que el Hydroxyphenacetic monooxygenase hpaBC is only necessary in the event that the
compuesto de partida sea tiramina, pues la acción de las enzimas del cluster tyn starting compound is tyramine, because the action of the enzymes of the tyn cluster
sobre la dopamina ya da lugar a ácido 3,4-dihidroxifeniacético, el producto resultante on dopamine already gives rise to 3,4-dihydroxyphenylacetic acid, the resulting product
de la actividad de hpaBC. of hpaBC activity.
De nuevo, se prefiere especialmente que la molécula de ácido nucleico se corresponda con la descrita en la alternativa a) o c), en la que el porcentaje de homología es del 100%. Aún se prefiere más el caso en el que la molécula de ácido nucleico comprende la secuencia representada por SEO ID NO:45 (secuencia que representa al cluster hpa de Pseudomonas putída U). Again, it is especially preferred that the nucleic acid molecule corresponds to that described in alternative a) or c), in which the homology percentage is 100%. Even more preferred is the case in which the nucleic acid molecule comprises the sequence represented by SEO ID NO: 45 (sequence representing the hpa cluster of Pseudomonas putída U).
La inclusión en una cualquiera de las moléculas de ácido nucleico aislada de la Inclusion in any one of the nucleic acid molecules isolated from the
invención de una secuencia codificante de una tirosina descarboxilasa permitiría que, invention of a tyrosine decarboxylase coding sequence would allow,
al expresar las proteínas codificadas en ella, pudiera producirse la descarboxilación by expressing the proteins encoded in it, decarboxylation could occur
de tirosina presente en el medio para dar lugar a la tiramina, que, a continuación, of tyrosine present in the medium to give rise to tyramine, which then
podría ser degradada gracias a las restantes enzimas codificadas también en la could be degraded thanks to the other enzymes encoded also in the
molécula de ácido nucleico aislada: el compuesto hasta el que se llegara dependería isolated nucleic acid molecule: the compound to which it would reach would depend
de la molécula de ácido nucleico aislada concreta elegida entre las posibles of the particular isolated nucleic acid molecule chosen from among the possible
realizaciones de la misma anterioremente descrita. Por ello, se prefiere el caso en el embodiments thereof previously described. Therefore, the case is preferred in the
que la molécula de ácido nucleico aislada comprenda, además, una secuencia that the isolated nucleic acid molecule also comprises a sequence
codificante de una tirosina descarboxilasa. Se prefiere particularmente el caso en el coding for a tyrosine decarboxylase. Particularly preferred is the case in the
que la tirosina descarboxilasa es la tirosina descarboxilasa A de Lactococcus lactís that the tyrosine decarboxylase is the tyrosine decarboxylase A of Lactococcus lactís
(número de acceso en GenBank: CAF33980, comprendida en el locus AJ630043). (GenBank accession number: CAF33980, included in locus AJ630043).
Otro aspecto de la invención lo constituyen las nuevas enzimas y polipéptidos reguladores identificados, que sirven para llevar a cabo el procedimiento de la invención: los correspondientes a los cluster tyn y/o hpa de Pseudomonas putída U, así como aquellos que guarden un alto grado de homología con sus secuencias proteicas y que realicen la misma función (actividad enzimática o reguladora). Por ello, un aspecto adicional de la invención se refiere a un polipéptido o complejo proteico purificado que se selecciona del grupo de: Another aspect of the invention is the new enzymes and regulatory polypeptides identified, which serve to carry out the process of the invention: those corresponding to the tyn and / or hpa clusters of Pseudomonas putída U, as well as those that keep a high degree of homology with their protein sequences and that perform the same function (enzymatic or regulatory activity). Therefore, a further aspect of the invention relates to a purified protein polypeptide or complex that is selected from the group of:
a) una tiramina oxidasa cuya secuencia de aminoácidos es idéntica al menos en un 60% a una primera secuencia polipeptídica representada por SEO ID NO:4 (proteína TynA) y a una segunda secuencia polipeptídica representada por SEO ID NO:6 (proteína TynB), las cuales pueden formar parte de una única secuencia polipeptídica o pueden estar formando un complejo proteico, asociadas por enlaces distintos del enlace peptídico, tales como puentes de hidrógeno, puentes disulfuro o fuerzas de van der Waals; a) a tyramine oxidase whose amino acid sequence is at least 60% identical to a first polypeptide sequence represented by SEO ID NO: 4 (TynA protein) and a second polypeptide sequence represented by SEO ID NO: 6 (TynB protein), which may be part of a single polypeptide sequence or may be forming a protein complex, associated by bonds other than the peptide bond, such as hydrogen bonds, disulfide bonds or van der Waals forces;
b) una hidroxifenilacetaldehído deshidrogenasa, cuya secuencia es idéntica al menos en un 60% a la secuencia polipeptídica representada por SEO ID NO:8 (proteína TynC); b) a hydroxyphenylacetaldehyde dehydrogenase, whose sequence is at least 60% identical to the polypeptide sequence represented by SEO ID NO: 8 (TynC protein);
c) una proteína idéntica al menos en un 60% a la secuencia polipeptídica representada por una secuencia que se selecciona del grupo de SEO ID NO:10 (proteína TynR), SEO ID NO:12 (proteína TynD), SEO ID NO:14 (proteína TynF), SEO ID NO:16 (proteína TynE) y SEO ID NO:18 (proteína TynG); c) a protein at least 60% identical to the polypeptide sequence represented by a sequence selected from the group of SEO ID NO: 10 (TynR protein), SEO ID NO: 12 (TynD protein), SEO ID NO: 14 (TynF protein), SEO ID NO: 16 (TynE protein) and SEO ID NO: 18 (TynG protein);
d) una hidroxifenilacetaldehído monooxigenasa cuya secuencia de aminoácidos es idéntica al menos en un 60% a una primera secuencia polipeptídica representada por SEO ID NO:20 (proteína hpaB) y a una segunda secuencia polipeptídica representada por SEO ID NO:22 (proteína hpaC), hidroxifenilacetaldehído monooxigenasa en la que la secuencia idéntica al menos en un 60% a SEO ID NO:20 y la secuencia idéntica al menos en un 60% a SEO ID NO:22 pueden formar parte de una única secuencia polipeptídica o pueden estar formando un complejo proteico, asociadas por enlaces distintos del enlace peptídico, tales como puentes de hidrógeno, puentes disulfuro o fuerzas de van der Waals; d) a hydroxyphenylacetaldehyde monooxygenase whose amino acid sequence is at least 60% identical to a first polypeptide sequence represented by SEO ID NO: 20 (hpaB protein) and a second polypeptide sequence represented by SEO ID NO: 22 (hpaC protein), hydroxyphenylacetaldehyde monooxygenase in which the sequence at least 60% identical to SEO ID NO: 20 and the sequence at least 60% identical to SEO ID NO: 22 may be part of a single polypeptide sequence or may be forming a complex protein, associated by bonds other than the peptide bond, such as hydrogen bonds, disulfide bonds or van der Waals forces;
e) una hidroxifenilacetaldehído dioxigenasa, cuya secuencia es idéntica al e) a hydroxyphenylacetaldehyde dioxygenase, whose sequence is identical to
menos en un 60% a la secuencia polipeptídica representada por SEO ID NO:24 at least 60% to the polypeptide sequence represented by SEO ID NO: 24
(proteína hpaD), (hpaD protein),
f) una deshidrogenasa cuya secuencia es idéntica al menos en un 60% a la f) a dehydrogenase whose sequence is at least 60% identical to the
secuencia polipeptídica representada por SEO ID NO:26 (proteína hpaE), polypeptide sequence represented by SEO ID NO: 26 (hpaE protein),
g) una isomerasa cuya secuencia es idéntica al menos en un 60% a la g) an isomerase whose sequence is at least 60% identical to the
secuencia polipeptídica representada por SEO ID NO:28 (proteína hpaF), polypeptide sequence represented by SEO ID NO: 28 (hpaF protein),
h) una descarboxilasa cuya secuencia de aminoácidos es idéntica al menos en h) a decarboxylase whose amino acid sequence is identical at least in
un 60% a la secuencia polipeptídica representada por SEO ID NO:30 (proteína 60% to the polypeptide sequence represented by SEO ID NO: 30 (protein
hpaG1 ); hpaG1);
i) una descarboxilasa cuya secuencia de aminoácidos es idéntica al menos en i) a decarboxylase whose amino acid sequence is identical at least in
un 60% a la secuencia polipeptídica representada por SEO ID NO:32 (proteína 60% to the polypeptide sequence represented by SEO ID NO: 32 (protein
hpaG2), hpaG2),
j) una hidratasa cuya secuencia es idéntica al menos en un 60% a la j) a hydratase whose sequence is at least 60% identical to the
secuencia polipeptídica representada por SEO ID NO:34 (proteína hpaH), polypeptide sequence represented by SEO ID NO: 34 (hpaH protein),
k) una aldolasa cuya secuencia es idéntica al menos en un 60% a la secuencia k) an aldolase whose sequence is at least 60% identical to the sequence
polipeptídica representada por SEO ID NO:36 (proteína hpal), polypeptide represented by SEO ID NO: 36 (hpal protein),
1) una proteína idéntica al menos en un 60% a la secuencia polipeptídica 1) a protein at least 60% identical to the polypeptide sequence
representada por una secuencia que se selecciona del grupo de SEO ID NO:38 represented by a sequence that is selected from the SEO ID group NO: 38
(proteína hpaA), SEO ID NO:40 (proteína hpaX), SEO ID NO:42 (proteína hpaR1), (hpaA protein), SEO ID NO: 40 (hpaX protein), SEO ID NO: 42 (hpaR1 protein),
SEO ID NO:44 (proteína hpaR2), SEO ID NO: 44 (hpaR2 protein),
o combinaciones de los mismos. or combinations thereof.
Se prefiere el caso en el que el polipéptido o complejo proteico comprende al menos una secuencia que es idéntica a la mencionada en uno de los apartados a) a The case is preferred in which the polypeptide or protein complex comprises at least one sequence that is identical to that mentioned in one of sections a) to
1) . one) .
También están comprendidas dentro del alcance de la invención las composiciones que comprendan al menos uno de los polipéptidos o complejos proteicos mencionados. Se prefieren aquellas composiciones que comprendan al menos la primera enzima del procedimiento, la que actúa sobre tiramina o dopamina: una tiramina oxidasa cuya secuencia de aminoácidos es idéntica al menos en un 60% a una primera secuencia polipeptídica representada por SEO ID NO:4 (proteína TynA) y a una segunda secuencia polipeptídica representada por SEO ID NO:6 (proteína TynB), las cuales pueden formar parte de una única secuencia polipeptídica o pueden estar formando un complejo proteico, asociadas por enlaces distintos del enlace peptídico, tales como puentes de hidrógeno, puentes disulfuro o fuerzas de van der Waals; de entre ellas, se prefieren particularmente aquellas que comprendan adicionalmente una enzima capaz de catalizar la segunda etapa del procedimiento, una hidroxifenilacetaldehído deshidrogenasa, cuya secuencia es idéntica al menos en un 60% a la secuencia polipeptídica representada por SEO ID NO:8 (proteína TynC); más preferiblemente, la composición contendrá, además de esas dos enzimas, polipéptidos idénticos o análogos a los restantes polipéptidos codificados en el cluster tyn de Pseudomonas putída U, es decir, al menos una proteína idéntica al menos en un 60% a la secuencia polipeptídica representada por una secuencia que se selecciona del grupo de SEO ID NO:10 (proteína TynR), SEO ID NO:12 (proteína TynD), SEO ID NO:14 (proteína TynF), SEO ID NO:16 (proteína TynE) y SEO ID NO:18 (proteína TynG) y preferiblemente, todas ellas. Las composiciones que más se prefieren son aquellas que comprenden los polipéptidos o complejos proteicos mencionados y, adicionalmente, polipéptidos o complejos proteicos idénticos o análogos en función y homólogos en secuencia (al menos un 60%) a los codificados en el locus hpa de Pseudomonas putída, es decir: Also included within the scope of the invention are compositions comprising at least one of the aforementioned protein polypeptides or complexes. Those compositions comprising at least the first enzyme of the process, which acts on tyramine or dopamine, are preferred: a tyramine oxidase whose amino acid sequence is at least 60% identical to a first polypeptide sequence represented by SEO ID NO: 4 ( TynA protein) and a second polypeptide sequence represented by SEO ID NO: 6 (TynB protein), which may be part of a single polypeptide sequence or may be forming a protein complex, associated by links other than the peptide bond, such as bridges of hydrogen, disulfide bridges or van der Waals forces; Among them, those that additionally comprise an enzyme capable of catalyzing the second stage of the process, a hydroxyphenylacetaldehyde dehydrogenase, whose sequence is at least 60% identical to the polypeptide sequence represented by SEO ID NO: 8 (TynC protein), are particularly preferred. ); more preferably, the composition will contain, in addition to those two enzymes, polypeptides identical or analogous to the remaining polypeptides encoded in the tyn cluster of Pseudomonas putída U, that is, at least one protein at least 60% identical to the polypeptide sequence represented by a sequence selected from the group of SEO ID NO: 10 (TynR protein), SEO ID NO: 12 (TynD protein), SEO ID NO: 14 (TynF protein), SEO ID NO: 16 (TynE protein) and SEO ID NO: 18 (TynG protein) and preferably all of them. The most preferred compositions are those comprising the aforementioned protein polypeptides or complexes and, additionally, identical or functionally identical protein polypeptides or complexes and sequence homologues (at least 60%) to those encoded in the hpa locus of Pseudomonas putida , that is to say:
- --
- una hidroxifenilacetaldehído monooxigenasa cuya secuencia de aminoácidos es idéntica al menos en un 60% a una primera secuencia polipeptídica representada por SEO ID NO:20 (proteína hpaB) y a una segunda secuencia polipeptídica representada por SEO ID NO:22 (proteína hpaC), hidroxifenilacetaldehído monooxigenasa en la que la secuencia idéntica al menos en un 60% a SEO ID NO:20 y la secuencia idéntica al menos en un 60% a SEO ID NO:22 pueden formar parte de una única secuencia polipeptídica o pueden estar formando un complejo proteico, asociadas por enlaces distintos del enlace peptídico, tales como puentes de hidrógeno, puentes disulfuro o fuerzas de van der Waals; a hydroxyphenylacetaldehyde monooxygenase whose amino acid sequence is at least 60% identical to a first polypeptide sequence represented by SEO ID NO: 20 (hpaB protein) and a second polypeptide sequence represented by SEO ID NO: 22 (hpaC protein), hydroxyphenylacetaldehyde monooxygenase in which the sequence at least 60% identical to SEO ID NO: 20 and the sequence identical to at least 60% to SEO ID NO: 22 may be part of a single polypeptide sequence or may be forming a protein complex, associated by links other than the peptide bond, such as hydrogen bonds, disulfide bonds or van der Waals forces;
- --
- una hidroxifenilacetaldehído dioxigenasa, cuya secuencia es idéntica al a hydroxyphenylacetaldehyde dioxygenase, whose sequence is identical to
menos en un 60% a la secuencia polipeptídica representada por SEO ID NO:24 at least 60% to the polypeptide sequence represented by SEO ID NO: 24
(proteína hpaD), (hpaD protein),
- --
- una deshidrogenasa cuya secuencia es idéntica al menos en un 60% a la a dehydrogenase whose sequence is at least 60% identical to the
secuencia polipeptídica representada por SEO ID NO:26 (proteína hpaE), polypeptide sequence represented by SEO ID NO: 26 (hpaE protein),
- --
- una isomerasa cuya secuencia es idéntica al menos en un 60% a la an isomerase whose sequence is at least 60% identical to the
secuencia polipeptídica representada por SEO ID NO:28 (proteína hpaF), polypeptide sequence represented by SEO ID NO: 28 (hpaF protein),
- --
- una descarboxilasa cuya secuencia de aminoácidos es idéntica al menos en a decarboxylase whose amino acid sequence is identical at least in
un 60% a la secuencia polipeptídica representada por SEO ID NO:30 (proteína 60% to the polypeptide sequence represented by SEO ID NO: 30 (protein
hpaG1 ); hpaG1);
- --
- una descarboxilasa cuya secuencia de aminoácidos es idéntica al menos en a decarboxylase whose amino acid sequence is identical at least in
un 60% a la secuencia polipeptídica representada por SEO ID NO:32 (proteína 60% to the polypeptide sequence represented by SEO ID NO: 32 (protein
hpaG2), hpaG2),
- --
- una hidratasa cuya secuencia es idéntica al menos en un 60% a la secuencia a hydratase whose sequence is at least 60% identical to the sequence
polipeptídica representada por SEO ID NO:34 (proteína hpaH), polypeptide represented by SEO ID NO: 34 (hpaH protein),
- --
- una aldolasa cuya secuencia es idéntica al menos en un 60% a la secuencia an aldolase whose sequence is at least 60% identical to the sequence
polipeptídica representada por SEO ID NO:36 (proteína hpal), polypeptide represented by SEO ID NO: 36 (hpal protein),
- --
- una proteína idéntica al menos en un 60% a cada una de las secuencias a protein at least 60% identical to each of the sequences
polipeptídicas representadas por las secuencias SEO ID NO:38 (proteína hpaA), SEO polypeptides represented by the SEO ID sequences NO: 38 (hpaA protein), SEO
ID NO:40 (proteína hpaX), SEO ID NO:42 (proteína hpaR1), SEO ID NO:44 (proteína ID NO: 40 (hpaX protein), SEO ID NO: 42 (hpaR1 protein), SEO ID NO: 44 (protein
hpaR2) hpaR2)
Como en los casos anteriores, se prefiere especialmente que los polipéptidos As in the previous cases, it is especially preferred that polypeptides
o complejos proteicos comprendidos en la composición comprenda una secuencia coya homología con la secuencia representada en el grupo de SEO ID NO:4 a SEO ID NO:44 sea del 100%. or protein complexes comprised in the composition comprise a sequence with homology with the sequence represented in the SEO ID group NO: 4 to SEO ID NO: 44 is 100%.
Otro aspecto de la invención es el relativo a un vector de expresión que comprende al menos una de las posibles realizaciones de la molécula de ácido nucleico de la invención descritas anteriormente. En una realización preferida, dicho vector es un plásmido. Se prefiere particularmente el caso en el que dicho plásmido comprende un fragmento de ácido nucleico que comprende las secuencias codificantes comprendidas en el cluster Tyn de Pseudomonas putída U. Una realización particular se refiere al caso en el que dicho fragmento de ácido nucleico está insertado en el plásmido pK18::mob, que es un plásmido con capacidad de permanecer como forma replicativa autónoma en algunas especies bacterianas y con capacidad integrativa en otras. Another aspect of the invention is related to an expression vector comprising at least one of the possible embodiments of the nucleic acid molecule of the invention described above. In a preferred embodiment, said vector is a plasmid. Particularly preferred is the case in which said plasmid comprises a nucleic acid fragment comprising the coding sequences comprised in the Tyn cluster of Pseudomonas putída U. A particular embodiment refers to the case in which said nucleic acid fragment is inserted into the plasmid pK18 :: mob, which is a plasmid capable of remaining as an autonomous replicative form in some bacterial species and with integrative capacity in others.
Otra realización preferida corresponde al caso en el que dicho plásmido comprende adicionalmente un fragmento de ácido nucleico que comprende las secuencias codificantes presentes en el cluster hpa de Pseudomonas putída. Aún se Another preferred embodiment corresponds to the case in which said plasmid additionally comprises a nucleic acid fragment comprising the coding sequences present in the hpa cluster of Pseudomonas putida. I still know
prefiere más el caso en el que el cluster hpa está insertado en el plasmido es prefers more the case in which the hpa cluster is inserted in the plasmid is
pK18::mob. pK18 :: mob.
En otra realización adicional el plásmido comprende además una secuencia codificante de una tirosina descarboxilasa. Se prefiere el caso en el que la tirosina descarboxilasa es la tirosina descarboxilasa A de Lactococcus lactís. In another additional embodiment, the plasmid further comprises a sequence coding for a tyrosine decarboxylase. The case in which the tyrosine decarboxylase is tyrosine decarboxylase A from Lactococcus lactís is preferred.
En un aspecto adicional de la invención, se describe un organismo hospedador transformado con uno cualquiera de los vectores de expresión descritos anteriormente. Un caso preferido es aquel en el que el organismo hospedador es una bacteria, siendo ésta, preferiblemente, una bacteria capaz de transformar un azúcar en ácido láctico (bacteria acidoláctica). Estos microorganismos son importantes porque la formación de ácido láctico en distintas materias primas da lugar en ella a desnaturalización y gelificación de proteínas, iniciando su transformación en derivados alimenticios tales como queso, yogur, embutidos, etc. actúan como iniciadores de la transformación de muchas materias primas y, en algunos casos (yogur), son responsables de su culminación; en otros, como el queso, particularmente las variedades de queso curado, favorecen la acción de otros microorganismos, mohos en muchos casos, que son los responsables, por ejemplo, de la aparición de sustancias sápidas características. Dado que en el proceso de transformación de materias primas como la leche o la carne en queso o embutidos se producen a menudo cantidadades de tiramina que podrían hacer aconsejable disminuir el contenido presente de dicha ami na, disponer de bacterias lácticas que, además de realizar su función en el proceso de transformación del alimento, dispongan de las enzimas para catalizar la ruta catabólica divulgada en la presente solicitud, que permite la degradación de tiramina y/o dopamina, facilitaría la disminución de los niveles finales de estas aminas biógenas presentes en el alimento final destinado al consumo humano o animal. In a further aspect of the invention, a host organism transformed with any one of the expression vectors described above is described. A preferred case is one in which the host organism is a bacterium, this being preferably a bacterium capable of transforming a sugar into lactic acid (acid lactic acid bacteria). These microorganisms are important because the formation of lactic acid in different raw materials results in denaturation and gelation of proteins, initiating their transformation into food derivatives such as cheese, yogurt, sausages, etc. they act as initiators of the transformation of many raw materials and, in some cases (yogurt), are responsible for their culmination; in others, such as cheese, particularly cured cheese varieties, favor the action of other microorganisms, molds in many cases, which are responsible, for example, for the appearance of characteristic slabid substances. Since in the process of transforming raw materials such as milk or meat into cheese or sausages, amounts of tyramine are often produced that could make it advisable to reduce the present content of said amine, to have lactic bacteria that, in addition to carrying out their function in the process of food transformation, have the enzymes to catalyze the catabolic route disclosed in the present application, which allows the degradation of tyramine and / or dopamine, would facilitate the reduction of the final levels of these biogenic amines present in the food final intended for human or animal consumption.
Una posible realización de este aspecto de la invención contempla el caso en el que el vector de expresión está insertado en el genoma del hospedador. En otra realización alternativa, dicho vector de expresión permanece como forma replicativa autónoma. A possible embodiment of this aspect of the invention contemplates the case in which the expression vector is inserted into the host genome. In another alternative embodiment, said expression vector remains as an autonomous replicative form.
Otro aspecto de la invención, de gran importancia, se refiere a procedimientos que emplean las secuencias polipeptídicas descritas anteriormente, para disminuir el contenido de tiramina y/o dopamina en una muestra cualquiera, con preferencia por los alimentos y las bebidas para consumo humano o animal, las materias primas a partir de las cuales se originan o los productos intermedios de transformación de dichas materias primas en los alimentos o bebidas finales. El procedimiento contempla Another aspect of the invention, of great importance, relates to methods that employ the polypeptide sequences described above, to decrease the content of tyramine and / or dopamine in any sample, preferably food and beverages for human or animal consumption. , the raw materials from which they originate or the intermediate products for processing said raw materials in the final food or beverages. The procedure contemplates
todos los pasos de transformación de tiramina y/o dopamina de la ruta catabólica all steps of transformation of tyramine and / or dopamine of the catabolic route
descubierta por los inventores. Se consideran incluidas dentro del alcance de la invención todas las variantes del mismo que comprendan la primera etapa, la transformación de tiramina y/o dopamina en su correspondiente 4hidroxifenilacetaldehído. Así, un aspecto de la invención se refiere a un procedimiento para disminuir el contenido en una muestra de un compuesto de la Fórmula I discovered by the inventors. All variants thereof comprising the first stage, the transformation of tyramine and / or dopamine into its corresponding 4-hydroxyphenylacetaldehyde are considered included within the scope of the invention. Thus, one aspect of the invention relates to a process for decreasing the content in a sample of a compound of Formula I
OH OH
Fórmula I Formula I
10 donde R1 es H (tiramina) u OH (dopamina) que comprende una etapa en la que el compuesto de Fórmula I se transforma en un compuesto de Fórmula 11, Wherein R1 is H (tyramine) or OH (dopamine) which comprises a step in which the compound of Formula I is transformed into a compound of Formula 11,
CHO CHO
Fórmula 11 Formula 11
15 donde R1 es H u OH, caracterizado por que la transformación del compuesto de Fórmula I en un compuesto de Fórmula 11 está catalizada por una tiramina oxidasa codificada por una molécula de ácido nucleico de la reivindicación 1 o 2 o por una tiramina oxidasa cuya secuencia de Wherein R1 is H or OH, characterized in that the transformation of the compound of Formula I into a compound of Formula 11 is catalyzed by a tyramine oxidase encoded by a nucleic acid molecule of claim 1 or 2 or by a tyramine oxidase whose sequence from
20 aminoácidos es idéntica al menos en un 60% a una primera secuencia polipeptídica representada por SEQ ID NO:4 y al menos en un 60% a una segunda secuencia polipeptídica representada por SEQ ID NO:6, tiramina oxidasa en la que la secuencia 20 amino acids is at least 60% identical to a first polypeptide sequence represented by SEQ ID NO: 4 and at least 60% to a second polypeptide sequence represented by SEQ ID NO: 6, tyramine oxidase in which the sequence
idéntica al menos en un 60% a SEO ID NO:4 y la secuencia idéntica al menos en un at least 60% identical to SEO ID NO: 4 and the identical sequence in at least one
60% a SEO ID NO:6 pueden formar parte de una única secuencia polipeptídica o pueden estar formando un complejo proteico, asociadas por enlaces distintos del enlace peptídico, tales como puentes de hidrógeno, puentes disulfuro o fuerzas de van 60% to SEO ID NO: 6 may be part of a single polypeptide sequence or may be forming a protein complex, associated by links other than the peptide bond, such as hydrogen bonds, disulfide bonds or van forces
5 der Waals. 5 der Waals.
Una realización preferida se refiere al caso en el que la tiramina oxidasa está formada por dos subunidades, una de las cuales comprende la secuencia de aminoácidos representada por SEO ID NO:4 (subunidad TynA de la tiramina oxidasa TynAB de Pseudomonas putída U) y la segunda de las cuales comprende la secuencia A preferred embodiment refers to the case in which the tyramine oxidase is formed by two subunits, one of which comprises the amino acid sequence represented by SEO ID NO: 4 (TynA subunit of the TynAB tyramine oxidase of Pseudomonas putída U) and the second of which comprises the sequence
10 de aminoácidos representada por SEO ID NO:6 (subunidad TynB de la tiramina oxidasa TynAB de Pseudomonas putída U). En otra realización, se incluye una etapa en la que el compuesto de Fórmula II se transforma en un compuesto de Fórmula 111, COOH 10 amino acids represented by SEO ID NO: 6 (TynB subunit of the TynAB tyramine oxidase of Pseudomonas putída U). In another embodiment, a step is included in which the compound of Formula II is transformed into a compound of Formula 111, COOH
tHz tHz
15 Fórmula 111 15 Formula 111
donde R1 es H u OH, en el que la transformación del compuesto de Fórmula II en un compuesto de Fórmula III está catalizada por una 4-hidroxifenilacetaldehído deshidrogenasa 20 codificada por una secuencia de ácido nucleico seleccionada del grupo de: a) una secuencia de ácido nucleico que es idéntica, al menos en un 60%, a la secuencia representada por SEO ID NO:?; b) una secuencia de ácido nucleico que comprende una secuencia que hibrida en condiciones estrictas con la secuencia de a); wherein R1 is H or OH, in which the transformation of the compound of Formula II into a compound of Formula III is catalyzed by a 4-hydroxyphenylacetaldehyde dehydrogenase 20 encoded by a nucleic acid sequence selected from the group of: a) an acid sequence nucleic that is identical, at least 60%, to the sequence represented by SEO ID NO:?; b) a nucleic acid sequence comprising a sequence that hybridizes under strict conditions with the sequence of a);
25 c) una secuencia de ácido nucleico que comprende una secuencia que codifica un polipéptido cuya secuencia de aminoácidos es idéntica, al menos en un 60%, a la secuencia representada por SEO ID NO:8; C) a nucleic acid sequence comprising a sequence encoding a polypeptide whose amino acid sequence is at least 60% identical to the sequence represented by SEO ID NO: 8;
d) una secuencia de ácido nucleico que comprende una secuencia que codifica una variante alélica natural de un polipéptido que comprende la secuencia de 30 aminoácidos representada por SEO ID NO:8, donde la molécula de ácido nucleico d) a nucleic acid sequence comprising a sequence encoding a natural allelic variant of a polypeptide comprising the 30 amino acid sequence represented by SEO ID NO: 8, where the nucleic acid molecule
hibrida, bajo condiciones estrictas, con una secuencia de DNA que comprende la hybridizes, under strict conditions, with a DNA sequence comprising the
secuencia mencionada en a), o una secuencia complementaria a la misma. sequence mentioned in a), or a sequence complementary to it.
o cuya secuencia de aminoácidos es idéntica al menos en un 60% a la secuencia polipeptídica de SEO ID NO:8 or whose amino acid sequence is at least 60% identical to the SEO ID polypeptide sequence NO: 8
En el caso de que intervenga una 4-hidroxifenilacetaldehído deshidrogenasa en el procedimiento, se prefiere que comprenda una secuencia polipeptídica idéntica a la secuencia de aminoácidos de SEO ID NO:8 (proteína TynC de Pseudomonas putída U). In the case where a 4-hydroxyphenylacetaldehyde dehydrogenase is involved in the process, it is preferred that it comprises a polypeptide sequence identical to the amino acid sequence of SEO ID NO: 8 (Pnudomonas putida U tynC protein).
Se prefiere particularmente que, adicionalmente a las enzimas presentes que catalizan las etapas de transformación, esté presente en la muestra al menos una proteína cuya secuencia de aminoácidos comprenda una secuencia idéntica al menos en un 60% a la secuencia polipeptídica representada por una secuencia que se selecciona del grupo de SEO ID NO:10, SEO ID NO:12, SEO ID NO:14, SEO ID NO:16 y SEO ID NO:18 o combinaciones de las mismas (los restantes polipéptidos sintetizables a partir de las secuencias que forman parte del cluster tyn, y que parecen tener actividad reguladora). Se prefiere el caso en el que los porcentajes de homología son del 100%. Se prefiere particularmente que esté presente al menos una proteína que comprenda la secuencia de aminoácidos representada por SEO ID NO:1 O(TynR). It is particularly preferred that, in addition to the enzymes present that catalyze the transformation steps, at least one protein whose amino acid sequence comprises at least 60% identical sequence to the polypeptide sequence represented by a sequence that is represented in the sample select from the SEO ID group NO: 10, SEO ID NO: 12, SEO ID NO: 14, SEO ID NO: 16 and SEO ID NO: 18 or combinations thereof (the remaining polypeptides synthesizable from the sequences that form part of the tyn cluster, and they seem to have regulatory activity). The case in which the homology percentages are 100% is preferred. It is particularly preferred that at least one protein comprising the amino acid sequence represented by SEO ID NO: 1 O (TynR) be present.
Se prefiere particularmente que el procedimiento no culmine con la obtención del compuesto de Fórmula 111, sino que continúe hasta su degradación en ácido pirúvico y ácido succínico (o semialdehído succínico), especialmente siguiendo la secuencia de reacciones catalizada por las enzimas del cluster hpa de Pseudomonas putída U: Cuando el compuesto de partida es tiramina (R1 = H), el procedimiento requiere una etapa de transformación del ácido 4-hidroxifenilacético en 3,4dihidroxifenilacético, mientras que, cuando el compuesto de partida es dopamina (R1 = OH), el compuesto de Fórmula III obtenido tras las reacciones catalizadas por las enzimas del cluster tyn es ya ácido 3,4-dihidroxifenilacético; a partir de ahí, las reacciones son idénticas tanto si se ha partido de tiramina como si se ha partido de dopamina. Por ello, una realización adicional del procedimiento de la invención se refiere al caso en el que el compuesto de Fórmula III obtenido es aquel en el que R1 es H, que comprende una etapa posterior en el que dicho compuesto se transforma en el compuesto de Fórmula 111, en el que R1 es OH, mediante una reacción catalizada por una enzima con actividad 4-hidroxifenilacetaldehído monooxigenasa. Dentro de esta realización, se prefiere que la 4-hidroxifenilacetaldehído monooxigenasa capaz de catalizar esa reacción tenga un alto grado de homología con la correspondiente enzima de Pseudomonas putída U, HpaBC, enzima compuesta por dos subunidades. Así, en ese caso, se prefiere que la secuencia de aminoácidos de la 4hidroxifenilacetaldehído monooxigenasa sea idéntica al menos en un 60% a una primera secuencia polipeptídica representada por SEO ID NO:20 (HpaB) y a una segunda secuencia polipeptídica representada por SEO ID NO:22 (HpaC), dichas secuencias pueden formar parte de una única secuencia polipeptídica o pueden estar formando un complejo proteico, asociadas por enlaces distintos del enlace peptídico, tales como puentes de hidrógeno, puentes disulfuro o fuerzas de van der Waals. Con mayor preferencia, la 4-hidroxifenilacetaldehído monooxigenasa está formada por dos subunidades, una de las cuales comprende una secuencia polipeptídica idéntica a la secuencia de aminoácidos de SEO ID NO:20 y la segunda de las cuales comprende una secuencia polipeptídica idéntica a la secuencia de aminoácidos de SEO ID NO:22. It is particularly preferred that the process does not culminate in obtaining the compound of Formula 111, but continues until its degradation in pyruvic acid and succinic acid (or succinic semialdehyde), especially following the sequence of reactions catalyzed by the enzymes of the hpa cluster of Pseudomonas putida U: When the starting compound is tyramine (R1 = H), the process requires a step of transforming 4-hydroxyphenylacetic acid into 3,4-dihydroxyphenylacetic acid, while, when the starting compound is dopamine (R1 = OH), the compound of Formula III obtained after the reactions catalyzed by the enzymes of the tyn cluster is already 3,4-dihydroxyphenylacetic acid; from there, the reactions are identical both if it has split from tyramine or if it has split from dopamine. Therefore, a further embodiment of the process of the invention refers to the case in which the compound of Formula III obtained is that in which R1 is H, which comprises a subsequent stage in which said compound is transformed into the compound of Formula 111, wherein R1 is OH, by a reaction catalyzed by an enzyme with 4-hydroxyphenylacetaldehyde monooxygenase activity. Within this embodiment, it is preferred that the 4-hydroxyphenylacetaldehyde monooxygenase capable of catalyzing that reaction has a high degree of homology with the corresponding Pseudomonas putída U enzyme, HpaBC, an enzyme composed of two subunits. Thus, in that case, it is preferred that the amino acid sequence of the 4-hydroxyphenylacetaldehyde monooxygenase be at least 60% identical to a first polypeptide sequence represented by SEO ID NO: 20 (HpaB) and a second polypeptide sequence represented by SEO ID NO : 22 (HpaC), said sequences may be part of a single polypeptide sequence or may be forming a protein complex, associated by links other than the peptide bond, such as hydrogen bonds, disulfide bonds or van der Waals forces. More preferably, 4-hydroxyphenylacetaldehyde monooxygenase is formed by two subunits, one of which comprises a polypeptide sequence identical to the amino acid sequence of SEO ID NO: 20 and the second of which comprises a polypeptide sequence identical to the sequence of SEO ID amino acids NO: 22.
Como se ha comentado, se prefieren las realizaciones del procedimiento en las que el compuesto de Fórmula 111, en el que R1 es OH (ácido 3,4-dihidroxifenilacético), se transforma en ácido pirúvico y ácido succínico o semialdehído succínico, o alguna de sus sales, siguiendo una secuencia de reacción análoga a la catalizada por las enzimas del cluster hpa de Pseudomonas putída U. En dicha realización, el procedimiento comprende las siguientes etapas: As mentioned, embodiments of the process in which the compound of Formula 111, wherein R 1 is OH (3,4-dihydroxyphenylacetic acid), is transformed into pyruvic acid and succinic acid or succinic semialdehyde, or any of its salts, following a reaction sequence analogous to that catalyzed by the enzymes of the hpa cluster of Pseudomonas putída U. In said embodiment, the process comprises the following steps:
a) transformar ácido 3,4-dihidroxifenilacético en semialdehído 5-carboximetil-2hidroximucónico; b) transformar semialdehído 5-carboximetil-2-hidroximucónico en ácido 5carboximetil-2-hidroximucónico, c) transformar ácido 5-carboximetil-2-hidroximucónico en ácido 5-oxo-pent-3ene-1,2,5-tricarboxílico, d) transformar ácido 5-oxo-pent-3-ene-1,2,5-tricarboxílico en ácido 2-hidroxihept-2,4-diene-1,7-dioico, e) transformar ácido 2-hidroxi-hept-2,4-diene-1,7-dioico en ácido 2-oxo-hept-3ene-1,7-dioico, f) transformar ácido 2-oxo-hept-3-ene-1,7-dioico en ácido 2,4-hidroxi-hept-2ene-1,7-dioico, g) escindir ácido 2,4-hidroxi-hept-2-ene-1,7-dioico en ácido pirúvico y ácido succínico o semialdehído succínico, donde cualquiera de los ácidos citados puede estar en forma de cualquiera de a) transforming 3,4-dihydroxyphenylacetic acid into 5-carboxymethyl-2-hydroxy uconic semialdehyde; b) transform 5-carboxymethyl-2-hydroximuconic semialdehyde into 5-carboxymethyl-2-hydroximuconic acid, c) transform 5-carboxymethyl-2-hydroxyconic acid into 5-oxo-pent-3ene-1,2,5-tricarboxylic acid, d) transform 5-oxo-pent-3-ene-1,2,5-tricarboxylic acid into 2-hydroxyhept-2,4-diene-1,7-dioic acid, e) transform 2-hydroxy-hept-2,4 acid -diene-1,7-dioic acid in 2-oxo-hept-3ene-1,7-dioic acid, f) transform 2-oxo-hept-3-ene-1,7-dioic acid into 2,4-hydroxy acid -hept-2ene-1,7-dioic acid, g) cleaving 2,4-hydroxy-hept-2-ene-1,7-dioic acid in pyruvic acid and succinic acid or semialdehyde succinic acid, where any of the acids mentioned may be in the form of any of
sus sales. Your salts
En una realización preferida, las enzimas utilizadas en las respectivas etapas In a preferred embodiment, the enzymes used in the respective steps
son enzimas con una actividad análoga a las del cluster hpa y con un alto grado de homología con las mismas (al menos 60%), es decir: a) una hidroxifenilacetaldehído dioxigenasa cuya secuencia es idéntica al menos en un 60% a la secuencia polipeptídica representada por SEO ID NO:24, b) una deshidrogenasa cuya secuencia es idéntica al menos en un 60% a la secuencia polipeptídica representada por SEO ID NO:26, c) una isomerasa cuya secuencia es idéntica al menos en un 60% a la secuencia polipeptídica representada por SEO ID NO:28, d) una descarboxilasa cuya secuencia de aminoácidos es idéntica al menos en un 60% a la secuencia polipeptídica representada por SEO ID NO:30, e) una descarboxilasa cuya secuencia de aminoácidos es idéntica al menos en un 60% a la secuencia polipeptídica representada por SEO ID NO:32, f) una hidratasa cuya secuencia es idéntica al menos en un 60% a la secuencia polipeptídica representada por SEO ID NO:34, g) una aldolasa cuya secuencia es idéntica al menos en un 60% a la secuencia polipeptídica representada por SEO ID NO:36. Más preferido aún es el caso en el que los citados porcentajes de homología son del 100%. they are enzymes with an activity analogous to those of the hpa cluster and with a high degree of homology with them (at least 60%), that is: a) a hydroxyphenylacetaldehyde dioxygenase whose sequence is at least 60% identical to the polypeptide sequence represented by SEO ID NO: 24, b) a dehydrogenase whose sequence is at least 60% identical to the polypeptide sequence represented by SEO ID NO: 26, c) an isomerase whose sequence is at least 60% identical to the polypeptide sequence represented by SEO ID NO: 28, d) a decarboxylase whose amino acid sequence is at least 60% identical to the polypeptide sequence represented by SEO ID NO: 30, e) a decarboxylase whose amino acid sequence is at least identical 60% to the polypeptide sequence represented by SEO ID NO: 32, f) a hydratase whose sequence is at least 60% identical to the polypeptide sequence represented by SEO ID NO: 34, g) an aldolase whose sequence is identical At least 60% of the polypeptide sequence represented by SEO ID NO: 36. Even more preferred is the case in which the said homology percentages are 100%.
Con mayor preferencia, en las realizaciones del procedimiento que comprenden estas etapas, llevadas a cabo mediante las enzimas descritas, está presente en la muestra, adicionalmente a las enzimas que catalizan la secuencia de reacciones, al menos una proteína análoga en función y con alta homología con al menos uno de los restantes polipéptidos codificados en el cluster hpa, es decir, una proteína cuya secuencia de aminoácidos comprende una secuencia idéntica al menos en un 60% a la secuencia polipeptídica representada por una secuencia que se selecciona del grupo de SEO ID NO:38, SEO ID NO:40, SEO ID NO:42, SEO ID NO:44, o combinaciones de las mismas. Más preferido aún es el caso en el que los citados porcentajes de homología son del 100%. More preferably, in the embodiments of the process comprising these steps, carried out by the described enzymes, in addition to the enzymes that catalyze the sequence of reactions, at least one protein analogous in function and with high homology is present in the sample with at least one of the remaining polypeptides encoded in the hpa cluster, that is, a protein whose amino acid sequence comprises a sequence at least 60% identical to the polypeptide sequence represented by a sequence that is selected from the SEO ID group NO : 38, SEO ID NO: 40, SEO ID NO: 42, SEO ID NO: 44, or combinations thereof. Even more preferred is the case in which the said homology percentages are 100%.
Como se comentó previamente, en una posible realización adicional del procedimiento de la invención el compuesto de Fórmula I es aquel en el que R1 es H (tiramina) y el procedimiento comprende una etapa previa en la que el compuesto de Fórmula I es el resultado de una reacción de descarboxilación de tirosina. Se prefiere el caso en el que la descarboxilación de tirosina está catalizada por la tirosina descarboxilasa A de Lactococcus lactís. As previously mentioned, in a possible further embodiment of the process of the invention the compound of Formula I is one in which R1 is H (tyramine) and the process comprises a previous stage in which the compound of Formula I is the result of a tyrosine decarboxylation reaction. The case in which the decarboxylation of tyrosine is catalyzed by the tyrosine decarboxylase A of Lactococcus lactís is preferred.
En una realización del procedimiento de la invención, las enzimas que catalizan In one embodiment of the process of the invention, the enzymes that catalyze
el procedimiento se añaden a la muestra formando parte de una composición de la invención. The procedure is added to the sample as part of a composition of the invention.
En otra realización, las enzimas que catalizan las etapas de dicho procedimiento se sintetizan en la muestra a partir de uno de los vectores de expresión de la invención descrito anteriormente. In another embodiment, the enzymes that catalyze the steps of said process are synthesized in the sample from one of the expression vectors of the invention described above.
Se prefiere la realización en la que las enzimas que catalizan las reacciones del procedimiento de la invención son sintetizadas por un microorganismo presente en la muestra o que se añade a la misma. En ese caso, una posibilidad es que las secuencias codificantes de las enzimas sintetizadas por el microorganismo estén presentes en su genoma de forma natural: es lo que sucede con Psedomonas putída U (CECT 4848), cuya presencia en la muestra en la que se quiere reducir el contenido en tiramina y/o dopamina es una de las posibles alternativas para realizar el procedimiento de la invención. The embodiment is preferred in which the enzymes that catalyze the reactions of the process of the invention are synthesized by a microorganism present in or added to the sample. In that case, one possibility is that the coding sequences of the enzymes synthesized by the microorganism are naturally present in its genome: this is what happens with Psedomonas putída U (CECT 4848), whose presence in the sample in which it is wanted Reducing the tyramine and / or dopamine content is one of the possible alternatives to perform the process of the invention.
Otra posible realización, por la cual se tiene también particular preferencia, corresponde al caso en el que el microorganismo es uno de los organismos hospedadores recombinantes de la invención: ello da muchas posibilidades para elegir los genes exógenos introducidos en el mismo y, con ello, las etapas del procedimiento de la invención. Por otro lado, la elección del microorganismo otorga también mucha versatilidad para elegir las características adicionales de las que se quiera dotar a la muestra, además de la disminución de tiramina y/o dopamina; esta característica es de especial interés para su aplicación en la industrial alimentaria. Another possible embodiment, for which particular preference is also taken, corresponds to the case in which the microorganism is one of the recombinant host organisms of the invention: this gives many possibilities to choose the exogenous genes introduced therein and, thereby, the steps of the process of the invention. On the other hand, the choice of the microorganism also grants a lot of versatility to choose the additional characteristics that the sample is to be endowed with, in addition to the decrease in tyramine and / or dopamine; This characteristic is of special interest for its application in the food industry.
De acuerdo con ello, son realizaciones del procedimiento de la invención de particular interés, aquellas en las que el procedimiento de la invención se realiza en el marco de la industria alimentaria, siendo la muestra en la que se quiere disminuir el contenido del compuesto de la Fórmula I (tiramina o dopamina) un alimento o bebida destinados al consumo por seres humanos o animales, una materia prima de partida para la obtención de dicho alimento o bebida o un producto intermedio en la obtención del alimento o bebida. Accordingly, embodiments of the process of the invention are of particular interest, those in which the process of the invention is carried out within the framework of the food industry, the sample in which it is desired to decrease the content of the compound of the Formula I (tyramine or dopamine) a food or beverage intended for consumption by humans or animals, a starting raw material for obtaining said food or drink or an intermediate product in obtaining the food or drink.
Un caso preferido es aquel en el que el alimento, materia prima o producto intermedio se selecciona entre un derivado lácteo, leche o mezcla de leches procedente de cualquier mamífero, o un producto intermedio de la transformación de la leche o mezcla de leches y el compuesto de la Fórmula I que se desea transformar es aquel en el que R1 es H (tiramina), pues los derivados lácteos, y los quesos en particular, son productos en los que pueden aparecer concentraciones de tiramina que aconsejen su disminución para hacerlos más apropiados para el consumo humano, evitando posibles efectos secundarios. Por ello, en una realización preferida de la anterior, el alimento, materia prima o producto intermedio se selecciona entre queso, leche procedente de vaca, oveja o cabra (las especies de las habitualmente procede la leche que se utiliza como materia prima en la elaboración del queso), una mezcla de leche procedente de al menos dos de las especies anteriores; o un producto intermedio de la transformación de la leche o mezcla de leches en queso. Es preferible el caso en el que las enzimas que catalizan las etapas del procedimiento son sintetizadas por un microorganismo presente en la muestra o que se añade a la misma. Un caso específico es aquel en el que el microorganismo es un organismo hospedador recombinante descrito anteriormente, preferiblemente una bacteria capaz de transformar un azúcar en ácido láctico, aún más preferiblemente perteneciente al género seleccionado entre Lactobacíllus; Lactococcus, Leuconostoc, Pedíococcus, Streptocuccus. Esto aporta la ventaja, por una parte que la transformación se lleve a cabo con un microorganismo de una especie de las que intervienen de forma natural en el proceso de transformación del alimento; por otra, si el microorganismo se añade desde el principio, como cultivo iniciador, estará presente desde el inicio del proceso para controlar la tiramina que se vaya produciendo. Así, otra realización adicional se refiere al procedimiento descrito, en el que el microorganismo actúa como iniciador (starter) de la transformación de la leche en derivado lácteo. A preferred case is one in which the food, raw material or intermediate product is selected from a dairy derivative, milk or milk mixture from any mammal, or an intermediate product from the transformation of milk or milk mixture and the compound of the Formula I that is to be transformed is that in which R1 is H (tyramine), since dairy derivatives, and cheeses in particular, are products in which tyramine concentrations may appear that advise their decrease to make them more appropriate for human consumption, avoiding possible side effects. Therefore, in a preferred embodiment of the above, the food, raw material or intermediate product is selected from cheese, milk from cow, sheep or goat (the species of which usually comes from the milk used as raw material in the preparation of cheese), a mixture of milk from at least two of the above species; or an intermediate product of the transformation of milk or milk mixture into cheese. The case is preferred in which the enzymes that catalyze the process steps are synthesized by a microorganism present in the sample or added thereto. A specific case is one in which the microorganism is a recombinant host organism described above, preferably a bacterium capable of transforming a sugar into lactic acid, even more preferably belonging to the genus selected from Lactobacillus; Lactococcus, Leuconostoc, Pedíococcus, Streptocuccus. This provides the advantage, on the one hand that the transformation is carried out with a microorganism of a species that naturally intervenes in the process of food transformation; on the other, if the microorganism is added from the beginning, as an initiating culture, it will be present from the beginning of the process to control the tyramine that is produced. Thus, another additional embodiment refers to the described process, in which the microorganism acts as an initiator (starter) of the transformation of milk into a dairy derivative.
Otra realización alternativa del procedimiento de la invención es aquella en la que se realiza en una bebida alcohólica, en la que la bebida, materia prima o producto intermedio se selecciona entre mosto, cebada, malta, vino, cerveza, un producto intermedio de la transformación de la cebada en cerveza, un producto intermedio de la transformación de mosto en vino, cualquier otra bebida alcohólica que requiera fermentación alcohólica por levaduras o cualquier producto intermedio de transformación de la misma. De nuevo, se prefiere el caso en el que en el que las enzimas que catalizan las etapas del procedimiento son sintetizadas por un microorganismo presente en la muestra o que se añade a la misma, que es un organismo hospedador recombinante de la invención. En una realización particularmente preferida, la bebida es vino y el microorganismo se añade al vino durante la fermentación maloláctica. Another alternative embodiment of the process of the invention is that in which it is carried out in an alcoholic beverage, in which the beverage, raw material or intermediate product is selected from must, barley, malt, wine, beer, an intermediate product of the transformation of barley in beer, an intermediate product of the transformation of must into wine, any other alcoholic beverage that requires alcoholic fermentation by yeasts or any intermediate product of its transformation. Again, the case is preferred in which the enzymes that catalyze the process steps are synthesized by a microorganism present in or added to the sample, which is a recombinant host organism of the invention. In a particularly preferred embodiment, the beverage is wine and the microorganism is added to the wine during malolactic fermentation.
Otra realización alternativa describe un procedimiento, en el que el alimento, materia prima o producto intermedio se selecciona entre un embutido; un producto intermedio de la transformación de la carne en el embutido o carne de vacuno; porcino Another alternative embodiment describes a process, in which the food, raw material or intermediate product is selected from a sausage; an intermediate product of the transformation of meat into sausage or beef; porcine
o cérvido o mezclas de las mismas destinadas a la preparación de un embutido. or deer or mixtures thereof intended for the preparation of a sausage.
Otra realización alternativa es aquella relativa a un procedimiento, en el que el alimento, materia prima o producto intermedio se selecciona entre el chucrut; la materia prima del mismo o un producto intermedio de la obtención del chucrut. Another alternative embodiment is that relating to a process, in which the food, raw material or intermediate product is selected from sauerkraut; the raw material thereof or an intermediate product of obtaining sauerkraut.
Aún más preferida es una realización en que en los dos últimos procedimientos citados, las enzimas que catalizan las etapas del procedimiento son sintetizadas por un microorganismo presente en la muestra o que se añade a la misma que es un organismo hospedador recombinante descrito anteriormente. Se prefiere el caso en el que el microorganismo actúa como iniciador (starter) de la transformación de la materia prima en el embutido o chucrut. Even more preferred is an embodiment in which in the last two processes mentioned, the enzymes that catalyze the process steps are synthesized by a microorganism present in the sample or added thereto which is a recombinant host organism described above. The case in which the microorganism acts as an initiator (starter) of the transformation of the raw material into the sausage or sauerkraut is preferred.
Por su importancia en la aplicación en la industria alimentaria, un aspecto adicional de la invención se refiere al uso de microorganismos que sinteticen las enzimas adecuadas para llevar a cabo el procedimiento de la invención para disminuir el contenido de tiramina y/o dopamina en un alimento o bebida destinada al consumo humano o animal. Una primera posibilidad es que el organismo sintetice esas enzimas de forma natural; por ello, una posible realización es el uso de Pseudomonas putída U para disminuir el contenido de tiramina o dopamina en un alimento o bebida destinada al consumo humano o animal, en la materia prima utilizada para su obtención o en un producto intermedio de la transformación de la materia prima en el alimento o bebida. Because of its importance in the application in the food industry, a further aspect of the invention relates to the use of microorganisms that synthesize the enzymes suitable for carrying out the process of the invention to decrease the content of tyramine and / or dopamine in a food or drink intended for human or animal consumption. A first possibility is that the organism synthesizes these enzymes naturally; Therefore, a possible embodiment is the use of Pseudomonas putída U to reduce the content of tyramine or dopamine in a food or beverage intended for human or animal consumption, in the raw material used to obtain it or in an intermediate product of the transformation of the raw material in the food or drink.
La segunda posibilidad es que el microorganismo sea un microorganismo recombinante, en el que se hayan introducido los genes adecuados para que sintetice las enzimas y polipéptidos reguladores deseados. Así, un último aspecto se refiere al uso de un organismo hospedador recombinante de la invención, para disminuir el contenido de tiramina o dopamina en un alimento o bebida destinada consumo humano o animal, en la materia prima utilizada para su obtención o en un producto intermedio de la transformación de la materia prima en el alimento o bebida. The second possibility is that the microorganism is a recombinant microorganism, in which the appropriate genes have been introduced to synthesize the desired regulatory enzymes and polypeptides. Thus, a final aspect refers to the use of a recombinant host organism of the invention, to decrease the content of tyramine or dopamine in a food or beverage intended for human or animal consumption, in the raw material used for obtaining it or in an intermediate product of the transformation of the raw material into the food or drink.
El control de los microorganismos starters que inician los procesos de transformación de determinadas materias primas en alimentos o bebidas (derivados lácteos, embutidos, bebidas alcohólicas, otros alimentos en los que se dan procesos de fermentación tales como el chucrut, los pepinillos o las aceitunas) ha cobrado gran interés en los últimos años en la industria alimentaria, pues permite controlar las condiciones del proceso, dotar a los productos finales de características deseadas y, en particular, facilita la obtención de productos finales cuyas características sean más homogéneas e identificables por el consumidor como las características esperables en una determinada marca, hecho más difícil de conseguir cuando se parte de los organismos iniciadores que contiene la materia prima de forma natural. La utilización de iniciadores (starters) capaces de llevar a cabo el procedimiento de transformación de tiramina y/o dopamina de la invención es una ventaja más dentro del control del proceso, permitiendo el control de la concentración de estas aminas biogénicas desde el principio del proceso, según se van produciendo e, incluso, según los casos, que sean los mismos microorganismo susceptibles de producirlas los que permitan su eliminación. Es por todo ello que una realización preferida del uso de la invención es aquella en la que el organismo hospedador actúa como iniciador (starter) del proceso de transformación de la materia prima en el alimento o bebida destinada al consumo humano o animal. Se prefiere particularmente que el alimento sea un derivado lácteo (más preferiblemente queso), un embutido, o un alimento durante cuya obtención se produce fermentación tal como chucrut, pepinillos o aceitunas. The control of starter microorganisms that initiate the processes of transformation of certain raw materials into foods or beverages (dairy products, sausages, alcoholic beverages, other foods in which fermentation processes such as sauerkraut, pickles or olives) It has gained great interest in recent years in the food industry, as it allows to control the process conditions, provide the final products with desired characteristics and, in particular, facilitates the obtaining of final products whose characteristics are more homogeneous and identifiable by the consumer as the expected characteristics in a certain brand, made more difficult to achieve when starting from the initiating organisms that contain the raw material naturally. The use of initiators (starters) capable of carrying out the tyramine and / or dopamine transformation process of the invention is a further advantage within the process control, allowing the control of the concentration of these biogenic amines from the beginning of the process. , as they are produced and, even, as the case may be, that they are the same microorganism that can produce them that allow their elimination. That is why a preferred embodiment of the use of the invention is that in which the host organism acts as an initiator (starter) of the process of transformation of the raw material into the food or beverage intended for human or animal consumption. It is particularly preferred that the food is a dairy derivative (more preferably cheese), a sausage, or a food during which fermentation such as sauerkraut, pickles or olives occurs.
Se ha caracterizado en la bacteria P. putida U (CECT 4848) una nueva ruta catabólica responsable de la degradación de las aminas biogénicas tiramina y dopamina. Los diferentes genes que codifican las enzimas que componen tal ruta, se han identificado mediante el aislamiento de diferentes mutantes de Pseudomonas putída U incapaces de crecer en medios que contenían como únicas fuentes de carbono tiramina o dopamina. El agente mutagénico utilizado fue el transposon Tn5, que actúa integrándose al azar en el cromosoma de la bacteria (98,105). Mediante este procedimiento se aislaron once mutantes diferentes que fueron agrupados en tres tipos en función de su capacidad para degradar diferentes fuentes de carbono. Los mutantes de tipo 1 incluían aquellos que eran incapaces de crecer en medios químicamente definidos cuando contenían tiramina o dopamina como únicas fuentes de carbono. Sin embargo, estos mutantes degradaban eficazmente los ácidos 4hidroxifenilacético y 3,4-dihidroxifenilacético, así como otras muchas fuentes de carbono. El segundo tipo (tipo 2) incluía un grupo de mutantes que no crecía en aquellos medios que contenían como únicas fuentes de carbono tiramina o 4hidroxifenilacético, pero que sí lo hacían en aquellos otros a los que se había añadido dopamina u otras fuentes de carbono susceptibles de ser utilizadas por la cepa parental (P. putida U CECT 4848). El tercer grupo de mutantes, aquellos incluidos en el tipo 3, se caracterizaban porque no podían crecer en aquellos medios de cultivo en los que se utilizaban como únicas fuentes de carbono tiramina, dopamina, 4hidroxifenilacético o 3,4-dihidroxifenilacético. Sin embargo, estos mutantes crecían eficazmente en esos mismos medios cuando estos compuestos se substituían por otras fuentes de carbono que podían ser asimilados por la cepa silvestre. The bacterium P. putida U (CECT 4848) has been characterized by a new catabolic pathway responsible for the degradation of the biogenic amines tyramine and dopamine. The different genes that encode the enzymes that make up such a route, have been identified by isolating different Pseudomonas putída U mutants unable to grow in media that contained as sole sources of tyramine or dopamine carbon. The mutagenic agent used was the transposon Tn5, which acts by randomly integrating itself into the chromosome of the bacteria (98,105). Through this procedure, eleven different mutants were isolated that were grouped into three types based on their ability to degrade different carbon sources. Type 1 mutants included those that were unable to grow in chemically defined media when they contained tyramine or dopamine as the only carbon sources. However, these mutants effectively degraded 4-hydroxyphenylacetic and 3,4-dihydroxyphenylacetic acids, as well as many other carbon sources. The second type (type 2) included a group of mutants that did not grow in those media that contained as sole sources of tyramine or 4-hydroxyphenylacetic carbon, but that they did in those others to which dopamine or other susceptible carbon sources had been added if used by the parental strain (P. putida U CECT 4848). The third group of mutants, those included in type 3, were characterized in that they could not grow in those culture media where tyramine, dopamine, 4-hydroxyphenylacetic or 3,4-dihydroxyphenylacetic carbon was used as sole sources of carbon. However, these mutants grew effectively in those same media when these compounds were replaced by other carbon sources that could be assimilated by the wild strain.
Todos estos resultados nos indicaban que en los mutantes de tipo 1, el transposón se había integrado en una secuencia de DNA perteneciente a alguno de los genes necesarios para la transformación de tiramina y de dopamina en los ácidos 4-hidroxifenilacético y 3,4-dihidroxifenilacético respectivamente (Fig. 7), o bien el transposón se había integrado en alguna zona que afectaba la expresión de alguno de esos genes. Además, el hecho de que estos mutantes creciesen bien en medios suplementados con 4-hidroxifenilacético y 3,4-dihidroxifenilacético, sugería que en ellos el transposón estaba afectando genes que tenían que ver con la desaminación de esas dos aminas pero no con etapas catabólicas posteriores. All these results indicated that in type 1 mutants, the transposon had been integrated into a DNA sequence belonging to one of the genes necessary for the transformation of tyramine and dopamine into 4-hydroxyphenylacetic and 3,4-dihydroxyphenylacetic acids. respectively (Fig. 7), or the transposon had been integrated into an area that affected the expression of any of these genes. In addition, the fact that these mutants grew well in media supplemented with 4-hydroxyphenylacetic and 3,4-dihydroxyphenylacetic, suggested that in them the transposon was affecting genes that had to do with the deamination of these two amines but not with subsequent catabolic stages. .
En los mutantes de tipo 2, el transposón debe haberse integrado en una secuencia de DNA correspondiente a alguno de los genes que codifique enzimas requeridas para el catabolismo de tiramina y del ácido 4-hidroxifenilacético, pero no para la degradación de dopamina. Teniendo en cuenta que sólo existe una etapa catalítica cuya alteración justifique ese comportamiento metabólico, esos mutantes deberían estar afectados en el gen que codifica la 4-hidroxifenilacético hidroxilasa (HpaBC en Fig. 7). In type 2 mutants, the transposon must have been integrated into a DNA sequence corresponding to one of the genes encoding enzymes required for the catabolism of tyramine and 4-hydroxyphenylacetic acid, but not for the degradation of dopamine. Taking into account that there is only one catalytic stage whose alteration justifies this metabolic behavior, these mutants should be affected in the gene coding for 4-hydroxyphenylacetic hydroxylase (HpaBC in Fig. 7).
Los mutantes de tipo 3 no pueden catabolizar tiramina, dopamina, 4hidroxifenilacético ni 3,4-dihidroxifenilacético, lo que indica que en ellos el transposón está afectando la expresión de alguno de los genes que codifican las enzimas responsables de la transformación de 3,4-dihidroxifenilacético en los productos finales (ácido pirúvico y ácido succínico) (Fig. 7). Type 3 mutants cannot catabolize tyramine, dopamine, 4-hydroxyphenylacetic or 3,4-dihydroxyphenylacetic acid, which indicates that in them the transposon is affecting the expression of some of the genes that encode the enzymes responsible for the transformation of 3,4- dihydroxyphenylacetic in the final products (pyruvic acid and succinic acid) (Fig. 7).
La identificación del punto de inserción del transposón en cada uno de los mutantes y la secuenciación de las zonas adyacentes, nos ha permitido la identificación de todos los genes necesarios para la degradación de tiramina, dopamina, 4-hidroxifenilacético y 3,4-dihidroxifenilacético en P. putída U. Todos ellos se localizan en un fragmento de DNA de 25132 pares de bases que incluye dos agrupaciones génicas (clusters) consecutivas (Fig. 8). El cluster tyn (12339 pares de bases) agrupa los genes requeridos en P. putída U para la transformación de tiramina y dopamina de los ácidos 4-hidroxifenilacético y 3,4-dihidroxifenilacético respectivamente, siendo ésta la primera descripción de este conjunto de genes (tynABFECGRD) y, además, la primera evidencia de la que se pone de manifiesto que esta nueva ruta está implicada en la desaminación de esos dos compuestos. Al lado del cluster tyn se halla el cluster hpa (12722 pares de bases), que contiene todos los genes (hpaR1TetRBCIHXFDEG2G1AR2) necesarios para el catabolismo del ácido 4hidroxifenilacético (incluyendo su derivado 3,4-dihidroxifenilacético) en esta bacteria (Fig. 8). Las secuencias de todos esos genes (tyn y hpa) se incluyen en la Fig. 9. The identification of the transposon insertion point in each of the mutants and the sequencing of adjacent areas, has allowed us to identify all the genes necessary for the degradation of tyramine, dopamine, 4-hydroxyphenylacetic and 3,4-dihydroxyphenylacetic acid in P. putída U. All of them are located in a 25132 base pair DNA fragment that includes two consecutive gene clusters (Fig. 8). The tyn cluster (12339 base pairs) groups the genes required in P. putída U for the transformation of tyramine and dopamine of 4-hydroxyphenylacetic and 3,4-dihydroxyphenylacetic acids respectively, this being the first description of this set of genes ( tynABFECGRD) and, in addition, the first evidence that shows that this new route is involved in the deamination of these two compounds. Next to the tyn cluster is the hpa cluster (12722 base pairs), which contains all the genes (hpaR1TetRBCIHXFDEG2G1AR2) necessary for the catabolism of 4-hydroxyphenylacetic acid (including its 3,4-dihydroxyphenylacetic acid derivative) in this bacterium (Fig. 8) . The sequences of all those genes (tyn and hpa) are included in Fig. 9.
En resumen, hemos demostrado que en P. putída U la transformación de tiramina y dopamina en ácido piruvico y en ácido succinico requiere los genes correspondientes a los clusters tyn y hpa, y que la la degradación de tiramina en esta bacteria implica la participación de un mayor número de genes de los descritos para otros microorganismos (68,77, 86-88, 91, 94). Otra diferencia importante es que en P. putída U la desaminación de tiramina y de 2-feniletilamina se lleva a cabo mediante la acción de diferentes complejos enzimáticos (82). En cambio los genes responsables de la degradación del 4-0H-PhAc en P. putída U, tienen una organización muy similar a la descrita para la misma ruta de E. eoli. In summary, we have shown that in P. putída U the transformation of tyramine and dopamine into pyruvic acid and succinic acid requires the genes corresponding to the tyn and hpa clusters, and that the degradation of tyramine in this bacterium implies the participation of a higher number of genes than those described for other microorganisms (68,77, 86-88, 91, 94). Another important difference is that in P. putída U the deamination of tyramine and 2-phenylethylamine is carried out by the action of different enzyme complexes (82). On the other hand, the genes responsible for the degradation of 4-0H-PhAc in P. putída U, have an organization very similar to that described for the same route of E. eoli.
La identificación de los genes tyn puede tener importantes implicaciones biotecnológicas ya que como hemos indicado en el apartado "Estado de la Técnica", el consumo de alimentos con un elevado contenido en tiramina puede provocar un gran número de efectos farmacológicos. Por lo tanto, la obtención de una construcción genética que permitiese a los organismos portadores degradar este compuesto, podría ser utilizada para transformar aquellos microorganismos que participan en la fermentación. Evitando, de este modo, que se produzca la acumulación de tiramina en esos alimentos. The identification of the tyn genes can have important biotechnological implications since, as we have indicated in the "State of the Art" section, the consumption of foods with a high tyramine content can cause a large number of pharmacological effects. Therefore, obtaining a genetic construct that allowed carrier organisms to degrade this compound could be used to transform those microorganisms involved in fermentation. Thus preventing the accumulation of tyramine in these foods.
Esas cepas recombinantes con capacidad para degradar la tiramina se podrían utilizar incluso en la elaboración de cultivos iniciadores (starters), dotando a los mismos de una mayor eficiencia, ya que los starters, aunque suelen estar constituidos por cepas no productoras de aminas biogénicas, no pueden evitar la acumulación de las aminas producidas por la flora microbiana presente en las materias primas originales. En cambio, si estos starters contaran con la presencia de bacterias capaces de degradar la tiramina y la dopamina evitarían la acumulación de estos compuestos en los alimentos con independencia de las materias primas utilizadas en la elaboración de los mismos. These recombinant strains capable of degrading tyramine could even be used in the development of starter cultures, giving them greater efficiency, since the starters, although they usually consist of non-producing strains of biogenic amines, not they can prevent the accumulation of the amines produced by the microbial flora present in the original raw materials. On the other hand, if these starters had the presence of bacteria capable of degrading tyramine and dopamine, they would avoid the accumulation of these compounds in food, regardless of the raw materials used in their preparation.
Además, analizada desde un punto de vista estrictamente económico, la posibilidad de dotar a cepas bacterianas con interés para la industria alimentaria con la capacidad requerida para degradar la tiramina, puede ser esencial para la elaboración de nuevos productos y la apertura de nuevos mercados ya que muchos países (Canadá, Suiza o Holanda entre otros) están estableciendo límites para la concentración de aminas biogénicas en los alimentos importados, especialmente en el vino. La presencia de aminas en el vino entraña más riesgo que en otros alimentos, ya que al contener alcohol, se van a ver afectados los mecanismos de destoxificación del organismo, incrementándose las posibilidades de intoxicación por ingesta de aminas. In addition, analyzed from a strictly economic point of view, the possibility of providing bacterial strains with interest for the food industry with the capacity required to degrade tyramine, may be essential for the development of new products and the opening of new markets since Many countries (Canada, Switzerland or the Netherlands, among others) are setting limits for the concentration of biogenic amines in imported foods, especially wine. The presence of amines in wine carries more risk than in other foods, since by containing alcohol, the body's detoxification mechanisms will be affected, increasing the chances of poisoning by amine intake.
Mediante transferencia de las agrupaciones génicas tyn y hpa como cassettes genéticos aislados o en tandem (clusters tyn y hpa) o genes idénticos, cuyas secuencias sean similares y que cumplan la misma función que los genes tyn y hpa de By transfer of the tyn and hpa gene clusters as isolated or tandem genetic cassettes (tyn and hpa clusters) or identical genes, whose sequences are similar and fulfill the same function as the tyn and hpa genes of
P. putída U 4848 podríamos conferir a cualquier bacteria, tanto G+ como G-, de la capacidad requerida para degradar tiramina y dopamina, evitando de este modo, la acumulación de este compuesto en aquellos alimentos en cuyo proceso de elaboración interviniese dicha bacteria. La transferencia de los clusters tyn y hpa o genes idénticos, cuyas secuencias sean similares y que cumplan la misma función que los genes tyn y hpa de P. putída U 4848 a cepas de Lactococcus lactís prevendrían la acumulación de la tiramina (generada mediante descarboxilación de la tirosina por la tirosina descarboxilasa presente en este organismo) en aquellos quesos y derivados en cuyo proceso de elaboración intervenga esta bacteria. P. putída U 4848 we could confer to any bacterium, both G + and G-, of the capacity required to degrade tyramine and dopamine, thus avoiding the accumulation of this compound in those foods in which the bacterium was involved in the manufacturing process. The transfer of the tyn and hpa clusters or identical genes, whose sequences are similar and that fulfill the same function as the tyn and hpa genes of P. putída U 4848 to strains of Lactococcus lactis would prevent the accumulation of tyramine (generated by decarboxylation of the tyrosine by tyrosine decarboxylase present in this organism) in those cheeses and derivatives whose production process involves this bacterium.
Adicionalmente, el hecho de que las enzimas codificadas en los clusters tyn y hpa sean también capaces de degradar la dopamina, permitirá disponer de organismos manipulados genéticamente que puedan asimilar este importante neurotransmisor, lo que podría podría tener importantes aplicaciones en alimentación y en terapia génica ya que alguno de los genes tyn podrian ser utilizados para el tratamiento de determinadas enfermedades degenerativas o de aquellas relacionadas con transtornos mentales causadas por concentraciones elevadas de estas ami nas . Additionally, the fact that the enzymes encoded in the tyn and hpa clusters are also capable of degrading dopamine will allow for genetically engineered organisms that can assimilate this important neurotransmitter, which could have important applications in food and gene therapy. that some of the tyn genes could be used for the treatment of certain degenerative diseases or those related to mental disorders caused by high concentrations of these amines.
Por último, mediante Ingeniería Metabólica, hemos logrado establecer una nueva ruta útil para la degradación del aminoácido L-tirosina mediante la participación conjunta de las enzimas codificadas por los clusters tyn y hpa de P. putída U y el gen tdcA que codifica la tirosindescarboxilasa de Lactococcus lactís (ver Ejemplo 5). Una aplicación interesante de la confluencia en un mismo microorganismo de los genes tyn y hpa y tdcA, que permiten catabolizar tirosina a través del intermediario tiramina, podría ser la de elaboración de alimentos con bajo contenido en este aminoácido. Para la obtención de éstos podrian utilizarse cultivos iniciadores (starters) conteniendo microrganismos diseñados explicitamente para que expresen las actividades enzimáticas Tyn, Hpa y TdcA. De esta forma dispondríamos de alimentos que podrían ser aptos para el consumo de aquellos enfermos aquejados de alcaptonuria (enfermedad metabólica caracterizada por la ausencia de la enzima homogentisato dioxigenasa que provoca el bloqueo de la ruta degradativa de fenilalanina y tirosina y que lleva implícita la acumulación de ácido homogentísico en los tejidos provocando degeneración del tejido afectado) y de otras enfermedades relacionadas con la existencia de un excesivo acumulo de catabolitos de de tirosina en diferentes tejidos (99-100). Finally, through Metabolic Engineering, we have managed to establish a new useful route for the degradation of the amino acid L-tyrosine through the joint participation of the enzymes encoded by the tyn and hpa clusters of P. putída U and the tdcA gene that encodes the tyrosine decarboxylase of Lactococcus lactís (see Example 5). An interesting application of the confluence in the same microorganism of the genes tyn and hpa and tdcA, which allow to catabolize tyrosine through the tyramine intermediate, could be the preparation of foods with low content in this amino acid. In order to obtain these, starter cultures containing explicitly designed microorganisms could be used to express the enzymatic activities Tyn, Hpa and TdcA. In this way we would have food that could be suitable for the consumption of those patients suffering from alkaptonuria (metabolic disease characterized by the absence of the enzyme homogentisate dioxygenase that causes the blockage of the degradative pathway of phenylalanine and tyrosine and that imply the accumulation of homogetic acid in the tissues causing degeneration of the affected tissue) and other diseases related to the existence of an excessive accumulation of tyrosine catabolites in different tissues (99-100).
EJEMPLO 1. Identificación de los genes responsables de la degradación de tiramina y de dopamina en P. putida U EXAMPLE 1. Identification of the genes responsible for the degradation of tyramine and dopamine in P. putida U
Pseudomonas putída U (CECT 4848) es una bacteria que puede crecer utilizando tiramina (5 mM) o dopamina (5mM) como únicas fuentes de carbono, cuando se cultiva en un medio de composición química definida que contiene (en giL) KH2P04 (13,6); (NH4hS04.7H20 (0,25); FeS04.7H20 (0,0005). Si el medio de cultivo era sólido, se añadía, además, agar al 2,5% (p/v). La incubaciones se realizaban en un agitador orbital, a 30ºC y a 250 rpm, utilizando matraces Erlenmeyer de 500 mL que contenían 100 mL de medio (Fig. 10). Cuando se mutó P. putída U con el transposón Tn5, siguiendo la metodología decrita por nosotros en otras publicaciones (82, 95, 98100, 1005), aislamos varios mutantes incapaces de degradar tiramina y dopamina (Fig 10) pero que, sin embargo, crecían bien cuando al medio se añadían otras fuentes de carbono (ácidos 4-hidroxifenilacético, 3,4-dihidroxifenilacético, fenilacético, benzoico, octanoico, glutámico, succinico, 2-feniletilamina). La localización mediante secuencia Pseudomonas putída U (CECT 4848) is a bacterium that can grow using tyramine (5 mM) or dopamine (5mM) as the only carbon sources, when grown in a medium of defined chemical composition that contains (in giL) KH2P04 (13, 6); (NH4hS04.7H20 (0.25); FeS04.7H20 (0.0005). If the culture medium was solid, 2.5% (w / v) agar was also added. The incubations were performed in a orbital shaker, at 30 ° C and 250 rpm, using 500 mL Erlenmeyer flasks containing 100 mL of medium (Fig. 10), when P. putída U was mutated with the transposon Tn5, following the methodology described by us in other publications (82 , 95, 98100, 1005), we isolated several mutants incapable of degrading tyramine and dopamine (Fig 10) but that, however, grew well when other carbon sources (4-hydroxyphenylacetic acid, 3,4-dihydroxyphenylacetic acid, were added to the medium) phenylacetic, benzoic, octanoic, glutamic, succinic, 2-phenylethylamine.) Sequence localization
(98) del transposón en el cromosoma de los diferentes mutantes, nos permitió comprobar que este elemento genético móvil se había insertado en dos marcos abiertos de lectura u open reading frames (ORFs) (genes tynA y tynB) que codifican dos proteinas (TynA y TynB) (Fig 7 Y Fig 8) que, a tenor de estos resultados, eran imprescindibles para el cartabolismo de tiramina y dopamina en P. putída U. (98) of the transposon on the chromosome of the different mutants, allowed us to verify that this mobile genetic element had been inserted into two open reading frames or open reading frames (ORFs) (tynA and tynB genes) that encode two proteins (TynA and TynB) (Fig 7 and Fig 8) which, according to these results, were essential for the tyramine and dopamine cartilage in P. putída U.
La secuenciación adicional de las zonas adyacentes a esos genes nos permitió identificar los ORFs indicados en la figura 8 como tyn y cuya secuencias se incluyen en la Fig. 9. Todos esos genes (tynABFECGRD) se encuentran proximos a otro cluster ya conocido (hpa), responsable de la transformación del ácido 4-hidroxifenilacético (y de sus derivados) en metabolitos generales (ácidos pirúvico y succínico) (Fig 8 Y Fig. 9). EJEMPLO 2. Identificación de la unidad genética mínima funcional requerida para la desaminación oxidativa de tiramina y de dopamina en P. putida U The additional sequencing of the areas adjacent to these genes allowed us to identify the ORFs indicated in Figure 8 as tyn and whose sequences are included in Fig. 9. All those genes (tynABFECGRD) are close to another known cluster (hpa) , responsible for the transformation of 4-hydroxyphenylacetic acid (and its derivatives) into general metabolites (pyruvic and succinic acids) (Fig 8 and Fig. 9). EXAMPLE 2. Identification of the minimum functional genetic unit required for oxidative deamination of tyramine and dopamine in P. putida U
El análisis funcional de los genes que componen el cluster tyn se realizó mediante la interrupción de cada uno de ellos siguiendo un procedimiento que supone un evento de recombinación sencillo, y que se basa en la utilización de un fragmento interno de cada gen tal y como se ha descrito en diferentes publicaciones (82, 98-100). Cuando la interrupción de alguno de esos genes implicaba falta de función (ausencia de crecimiento en medios suplementados con tiramina o con dopamina), una copia silvestre del gen que había sido afectado en cada mutante se clonaba en un plásmido replicativo en Pseudomonas (pBBR1 MCS-3, abreviadamente pMC) (102) Y se expresaba, en trans, en ese mutante, estableciendo si se revertía, o no, el efecto observado tras la mutación de ese gen concreto. Siguiendo este método, comprobamos que en P. putída U los genes tynA, tynB, tynC y tynR eran imprescindibles para que se produjera la desaminación de la tiramina y la dopamina y para la ulterior oxidación de los aldehidos generados a los ácidos 4-hidroxifenilacético y 3,4-dihidroxifenilacético, respectivamente (Fig. 7). The functional analysis of the genes that make up the tyn cluster was performed by interrupting each of them following a procedure that involves a simple recombination event, and that is based on the use of an internal fragment of each gene as it is He has described in different publications (82, 98-100). When the disruption of any of these genes involved lack of function (absence of growth in media supplemented with tyramine or with dopamine), a wild copy of the gene that had been affected in each mutant was cloned into a replicative plasmid in Pseudomonas (pBBR1 MCS- 3, abbreviated pMC) (102) And it was expressed, in trans, in that mutant, establishing whether or not the effect observed after the mutation of that particular gene was reversed. Following this method, we found that in P. putída U the genes tynA, tynB, tynC and tynR were essential for the deamination of tyramine and dopamine to occur and for the further oxidation of the aldehydes generated to 4-hydroxyphenylacetic acids and 3,4-dihydroxyphenylacetic acid, respectively (Fig. 7).
En otros casos, la interrupción de ciertos genes (tyn F, tynE, tynG y tynD) no afectaba la capacidad de los diferentes mutantes para degradar tiramina y dopamina, por lo que concluimos que, al menos en P. putída U, éstos no son indispensables para asimilar esas aminas (probablemente porque existan en su genoma otros genes que codifiquen enzimas homólogas). In other cases, the disruption of certain genes (tyn F, tynE, tynG and tynD) did not affect the ability of different mutants to degrade tyramine and dopamine, so we conclude that, at least in P. putída U, these are not indispensable for assimilating these amines (probably because there are other genes in their genome that encode homologous enzymes).
Estos resultados indican que la construcción genética que posee la información mínima necesaria para catalizar la desaminación oxidativa de la tiramina y de la dopamina en P. putída U, es tynABCR. EJEMPLO 3. Obtención de una construcción genética que permita degradar tiramina y dopamina en otras bacterias These results indicate that the genetic construction that has the minimum information necessary to catalyze the oxidative deamination of tyramine and dopamine in P. putída U, is tynABCR. EXAMPLE 3. Obtaining a genetic construct that can degrade tyramine and dopamine in other bacteria
Con objeto de disponer de una contrucción genética que pudiera ser transferida a diferentes microorganismos de tal modo que les confiriese la capacidad de degradar parcial o totalmente la tiramina y la dopamina, se clonaron los genes que integran todo el cluster tyn en los plásmidos pK18::mob (replicativo en E. colí e integrativo en Pseudomonas). (82, 98-100,103) (Fig 11). Este plásmido carece de origen de replicación en Pseudomonas. El proceso de obtención del cluster tyn se llevó a cabo por recombinación de un fragmento de ADN (clonado en pK18::mob) homólogo a la región de uno de los extremos del cluster, por posterior digestión a totalidad del ADN con Xbal y por religamiento final del ADN digerido. La selección de clones que contenían clonado el cluster tyn se realizó mediante selección del marcador del plásmido (resistencia a km). Con ellos se transformaron E. colí W14 (un mutante incapaz de degradar feniletilamina y tiramina por carecer de los genes maoA y maoB) (62, 94) Y P. putída KT2440 una cepa silvestre muy parecida metabólica y genéticamente a P. putída U, pero que carece de los genes tyn y hpa. Los resultados expuestos en las Fig 12 revelan que la cepa de E. colí recombinante (E. colí W14 pKtyn), a diferencia de la cepa parental (E. colí W14 o de esta cepa transformada con el plásmido sin inserto -E. colí W14 pK18::mob-) crecía en medios mínimos suplementados con tiramina o con dopamina. Sin embargo, P. putída KT2440 pKtyn no podía hacerlo a no ser que se suplementase otra fuente de carbono a los cultivos (Fig 13). En tal caso, al acabar de crecer, el análisis de los caldos de cultivo mediante HPLC (ver condiciones al final del ejemplo) revelaba que P. putída KT2440 pKtyn había transformado tanto la tiramina como la dopamina en 4-hidroxifenilacético y en 3,4-dihidroxifenilacético respectivamente y que esta conversión no la llevaba a cabo la cepa silvestre (P. putída KT2440) ni esa misma cepa transformada con el plásmido sin inserto (P. putída KT2440 pK18::mob). Estos resultados indican que en presencia de otra fuente de carbono, la cepa recombinante P. putída KT2440 pKtyn expresa los genes tyn, pero, al no poseer los genes hpa, no puede seguir degradando los productos generados (4-hidroxifenilacético, 3,4-dihidroxifenilacético) por lo que los eexcreta acumulándolos en el caldo. En ausencia de una fuente de carbono adicional, In order to have a genetic construct that could be transferred to different microorganisms in such a way as to confer the ability to partially or totally degrade tyramine and dopamine, the genes that integrate the entire tyn cluster into plasmids pK18 were cloned: mob (replicative in E. colí and integrative in Pseudomonas). (82, 98-100,103) (Fig 11). This plasmid has no origin of replication in Pseudomonas. The process of obtaining the tyn cluster was carried out by recombination of a DNA fragment (cloned in pK18 :: mob) homologous to the region of one end of the cluster, by subsequent digestion to all of the DNA with Xbal and by religion end of digested DNA. The selection of clones containing cloned the tyn cluster was performed by selecting the plasmid marker (resistance to km). With them, E. coli W14 (a mutant incapable of degrading phenylethylamine and tyramine was transformed because it lacked the maoA and maoB genes) (62, 94) and P. putída KT2440 a wild strain that is very similar metabolically and genetically to P. putída U, but that lacks the tyn and hpa genes. The results presented in Fig. 12 reveal that the recombinant E. coli strain (E. colí W14 pKtyn), unlike the parental strain (E. colí W14 or of this strain transformed with the plasmid without insert -E. Coli W14 pK18 :: mob-) grew in minimal media supplemented with tyramine or dopamine. However, P. putída KT2440 pKtyn could not do it unless another source of carbon was supplemented to the crops (Fig 13). In this case, after growing, the analysis of the culture broths by HPLC (see conditions at the end of the example) revealed that P. putída KT2440 pKtyn had transformed both tyramine and dopamine into 4-hydroxyphenylacetic and 3.4 -dihydroxyphenylacetic acid respectively and that this conversion was not carried out by the wild strain (P. putída KT2440) or that same strain transformed with the plasmid without insert (P. putída KT2440 pK18 :: mob). These results indicate that in the presence of another carbon source, the recombinant strain P. putída KT2440 pKtyn expresses the tyn genes, but, since it does not possess the hpa genes, it cannot continue degrading the products generated (4-hydroxyphenylacetic, 3,4- dihydroxyphenylacetic) so it excretes them by accumulating them in the broth. In the absence of an additional carbon source,
P. putída KT2440 pKtyn no puede crecer porque no puede obtener energía ni desde tiramina ni desde dopamina (Fig 13). Sin embargo, E. colí W14 pKtyn, degrada ambos compuestos ya que E. coli W14 posee un cluster hpa que le permite continuar degradando el 4-hidroxifenilacético y el 3,4-dihidroxifenilacéticolos generados a traves de la ruta Tyn (Fig.12). P. putída KT2440 pKtyn cannot grow because it cannot obtain energy either from tyramine or from dopamine (Fig 13). However, E. coli W14 pKtyn degrades both compounds since E. coli W14 has an hpa cluster that allows it to continue degrading the 4-hydroxyphenylacetic and 3,4-dihydroxyphenylacetic atoms generated through the Tyn path (Fig. 12) .
Adicionalmente, comprobamos que la expresión en E. coli W14 de una construcción que contenía todos los genes tyn excepto el tynD era incapaz de crecer utilizando tiramina o dopamina como únicas fuentes de carbono a 37ºC, mientras que si lo hacía a 30º. Estos resultados sugieren que el gen tynD que codifica una presunta tiramina desaminasa, podría constituir una subunidad catalítica que facilitase o acelerase la velocidad de desaminación a temperaturas restrictivas para P. putída U. Additionally, we found that the expression in E. coli W14 of a construct that contained all the tyn genes except tynD was unable to grow using tyramine or dopamine as the only carbon sources at 37 ° C, while at 30 °. These results suggest that the tynD gene encoding an alleged tyramine deaminase could constitute a catalytic subunit that facilitates or accelerates the deamination rate at restrictive temperatures for P. putída U.
Análisis de los caldos de cultivo mediante cromatografía líquida de alta resolución (HPLC). Analysis of the culture broths by high performance liquid chromatography (HPLC).
El consumo de de tiramina, dopamina, 4-hidroxifenilacético, 3,4dihidroxifenilacético y de otros compuestos, así como la acumulación de los intermediarios catabólicos acumulados por los diferentes mutantes cuando se cultivaban en medio líquido, se realizó mediante anális de HPLC. Para ello, se tomaron muestras de los caldos de cultivo (1 mi) a diferentes tiempos. Éstas se centrifugaron The consumption of tyramine, dopamine, 4-hydroxyphenylacetic acid, 3,4-dihydroxyphenylacetic acid and other compounds, as well as the accumulation of the catabolic intermediates accumulated by the different mutants when they were grown in liquid medium, was carried out by means of HPLC analysis. To do this, samples were taken from the culture broths (1 ml) at different times. These were centrifuged
(31.000 x g, 20 minutos) para eliminar los restos celulares y se filtraron a través de filtros Millipore (tamaño de poro de 0,2 IJm). Diferentes alícuotas de 20 111 fueron analizadas mediante HPLC (Beckman System Gold Mod 126. Progamable Solvent Module) equipado con un detector de longitud de onda variable UV/visible (Beckman System Gold Diode Array Detector Module Mod 168), un integrador con el sistema de análisis informático Waters Millenium 32 y una columna de fase reversa (Nucleosil C18, 250 x 4,6 mm de diámetro interno) microparticulada (tamaño de partícula 10 IJm, tamaño de poro 1 IJm) (Phenomenex Laboratorios U.S.A.) con una precolumna Analytical Guard Cartridge System, (KJO-4282). (31,000 x g, 20 minutes) to remove cell debris and were filtered through Millipore filters (pore size 0.2 IJm). Different aliquots of 20 111 were analyzed by HPLC (Beckman System Gold Mod 126. Programmable Solvent Module) equipped with a UV / visible variable wavelength detector (Beckman System Gold Diode Array Detector Module Mod 168), an integrator with the system Waters Millenium 32 computer analysis and a reverse phase column (Nucleosil C18, 250 x 4.6 mm internal diameter) microparticulate (particle size 10 IJm, pore size 1 IJm) (Phenomenex Laboratories USA) with an Analytical Guard Cartridge pre-column System, (KJO-4282).
La fase móvil empleada contenía KH2 P04 (50 mM, pH 4) Y acetonitrilo (CH3 CN), en una proporción 99:1 (vol/vol). El flujo se mantuvo a 2,5 ml/min y el eluyente se monitorizó a 210 nm. En estas condiciones, los tiempos de retención para dopamina, tiramina, 2-feniletilaminamPhEtNH2 , ácido 3,4-dihidroxifeniacético, 4hidroxifenilacético, y ácido fenilacético fueron de 3; 4,5; 9,6; 13; 24 Y 54 minutos, respectivamente. EJEMPLO 4. Obtención y utilización de una construcción genetica que contiene todos los genes tyn y hpa y que confiere al organismo receptor la capacidad para asimilar tiramina y dopamina The mobile phase used contained KH2 P04 (50 mM, pH 4) and acetonitrile (CH3 CN), in a 99: 1 ratio (vol / vol). The flow was maintained at 2.5 ml / min and the eluent was monitored at 210 nm. Under these conditions, the retention times for dopamine, tyramine, 2-phenylethylaminePhEtNH2, 3,4-dihydroxyphenylacetic acid, 4-hydroxyphenylacetic acid, and phenylacetic acid were 3; 4.5; 9.6; 13; 24 and 54 minutes, respectively. EXAMPLE 4. Obtaining and using a genetic construct that contains all the tyn and hpa genes and that gives the recipient organism the ability to assimilate tyramine and dopamine
Dado que la utilización de los genes tyn sólo permitía crecer a expensas de tiramina o de dopamina a aquellos microorganismos que poseyesen una ruta hpa funcional, procedimos a diseñar una construcción genética que nos permitiese transferir ambos clusters (tyn y hpa) a otros organismos, confiriéndoles la capacidad para degradar estas dos aminas biogénicas hasta piruvato y succinato. Since the use of the tyn genes allowed only those microorganisms that had a functional hpa route to grow at the expense of tyramine or dopamine, we proceeded to design a genetic construct that allowed us to transfer both clusters (tyn and hpa) to other organisms, conferring them the ability to degrade these two biogenic amines to pyruvate and succinate.
Para conseguirlo seguimos el procedimiento esquematizado en la Fig. 14 Y que implicaba: (i) la clonación de los genes adyacentes a los clusters tyn y hpa en sendos plásmidos (pK18::mob y pJQ200KS) (104); (ii) dos eventos de recombinación, sencillos e independientes, mediante los que se lograba insertar ambos plásmidos en el cromosoma bacteriano (uno a cada lado, ver Fig. 14); (iii) la digestión a totalidad del cromosoma bacteriano con las endonucleasas de restricción Xbal o Hindlll, y (iv) la liberación de una fragmento de DNA que llevaba el plásmido pK18::mob y un inserto de algo más de 25 kilobases que contenía los clusters tyn y hpa (Fig. 14). La transformación de P. putída KT2440 con este plásmido integrativo mediante mating triparental (98, 105) confería a la bacteria recombinante la capacidad para crecer en medios que contenían tiramina o dopamina como únicas fuentes de carbono (Fig 13). EJEMPLO 5. Diseño de un protocolo de deriva metabólica que confiere a diferentes microorganismos la capacidad de degradar el aminoácido L-tirosina por la via de la tiramina To achieve this, we followed the procedure outlined in Fig. 14 and which involved: (i) the cloning of the genes adjacent to the tyn and hpa clusters in two plasmids (pK18 :: mob and pJQ200KS) (104); (ii) two recombination events, simple and independent, through which both plasmids were inserted into the bacterial chromosome (one on each side, see Fig. 14); (iii) digestion of the entire bacterial chromosome with Xbal or Hindlll restriction endonucleases, and (iv) the release of a DNA fragment carrying plasmid pK18 :: mob and an insert of just over 25 kilobases containing the clusters tyn and hpa (Fig. 14). The transformation of P. putída KT2440 with this integrative plasmid by triparental mating (98, 105) gave the recombinant bacteria the ability to grow in media containing tyramine or dopamine as the only carbon sources (Fig 13). EXAMPLE 5. Design of a metabolic drift protocol that gives different microorganisms the ability to degrade the amino acid L-tyrosine via the tyramine route
El catabolismo del aminoácido L-tirosina (un aminoácido proteinogénico The catabolism of the amino acid L-tyrosine (a proteinogenic amino acid
precursor de muchas aminas con extraordinaria importancia biológica) ha sido estudiada en numerosos seres vivos. En ciertas bacterias (como por ejemplo Pseudomonas) y en todas las células eucariotas, la degradación trancurre a través de una ruta bien conocida que implica su desaminación (transaminación) a phidroxifenipirúvico; la descarboxilación y reordenación intramolecular de este compuesto para dar homogentísico (2,5-dihidroxifenilacético); la apertura del anillo bencénico originando maleilacetoacético; su isomerización a fumarilacetoacético y, finalmente, la hidrólisis de este compuesto para dar fumárico y acetoacético (99). Sin embargo, muchas bacterias, como es el caso de la paradigmática E. colí, no poseen una ruta catabólica para transformar ese aminoácido en intermediarios generales y por consiguiente no puede crecer en aquellos medios en que sólo exista como fuente de carbono tirosina. Otras bacterias degradan sólo parcialmente la tirosina mediante reacciones que implican su desaminación o su descarboxilación (ver estado de la técnica). precursor of many amines with extraordinary biological importance) has been studied in numerous living things. In certain bacteria (such as Pseudomonas) and in all eukaryotic cells, degradation takes place through a well-known route that involves its deamination (transamination) to phydroxyphenypruvic; decarboxylation and intramolecular rearrangement of this compound to give homogenetic (2,5-dihydroxyphenylacetic); the opening of the benzene ring causing maleilacetoacetic acid; its isomerization to fumarylacetoacetic acid and, finally, the hydrolysis of this compound to give fumaric and acetoacetic acid (99). However, many bacteria, as in the case of the E. colí paradigm, do not have a catabolic pathway to transform that amino acid into general intermediaries and therefore cannot grow in those media where there is only a source of tyrosine carbon. Other bacteria only partially degrade tyrosine by reactions that involve deamination or decarboxylation (see prior art).
Nosotros hemos desarrollado un procedimiento que permite combinar los genes tyn y hpa de P. putída U y el tdcA, que codifica la tirosindescarboxilasa de Lactococcus lactís, de modo que la expresión de unos o de otros en diferentes microorganismos (en función de su capacidad catabólica) confiera al microorganismo receptor la capacidad de degradar el aminoácido L-tirosina, via tiramina, hasta piruvato y succinato. We have developed a procedure that allows combining the tyn and hpa genes of P. putída U and tdcA, which encodes the tyrosine decarboxylase of Lactococcus lactís, so that the expression of one or the other in different microorganisms (depending on their catabolic capacity ) confer on the recipient microorganism the ability to degrade the amino acid L-tyrosine, via tyramine, to pyruvate and succinate.
P. putída U es capaz de degradar L-tirosina por la vía del homogentísico (99), sin embargo un mutante en el que se ha delecionado el cluster hmg (99) no puede catabolizar completamente la tirosina, puesto que es incapaz de degradar el ácido homogentísico, compuesto que se acumula en el caldo y que en contacto con el oxigeno del aire se oscurece (como sucede a los pacientes alcaptonúricos). Sin embargo, este mutante P. hmg posee las rutas Tyn y Hpa funcionales. Por consiguiente, si esa bacteria fuese capaz de descarboxilar la tirosina a tiramina, podría crecer a expensas de esta fuente de carbono. Para comprobarlo, clonamos el gen tdcA de Lactococcus lactis en el plásmido pBBR1 MCS-3 (pMC) y esa construcción fue utilizada transformar P. putida U L1hmg. La cepa recombinante obtenida P. putída U L1hmg pMCtdcA) era capaz de degradar eficientemente L-tirosina cuando se cultivaba en diferentes medios conteniendo este aminoácido como única fuente de carbono (Fig.15). Además, se observaba que la derivación metabolica hacia tiramina era muy alta ya que apenas se acumulaba homogentisato en el medio de cultivo. Cuando esta P. putída U is capable of degrading L-tyrosine via the homogentysic route (99), however a mutant in which the hmg cluster (99) has been deleted cannot completely catabolize tyrosine, since it is unable to degrade the Homogentisic acid, a compound that accumulates in the broth and that in contact with the oxygen in the air darkens (as is the case with alkaptonuric patients). However, this P. hmg mutant has the functional Tyn and Hpa pathways. Therefore, if that bacterium were able to decarboxylate tyrosine to tyramine, it could grow at the expense of this carbon source. To verify this, we cloned the Lactococcus lactis tdcA gene into plasmid pBBR1 MCS-3 (pMC) and that construct was used to transform P. putida U L1hmg. The recombinant strain obtained P. putída U L1hmg pMCtdcA) was able to efficiently degrade L-tyrosine when grown in different media containing this amino acid as the only carbon source (Fig. 15). In addition, it was observed that the metabolic derivation to tyramine was very high since homogentisate hardly accumulated in the culture medium. When is
misma construcción (pMCtdcA) se utilizó para transformar un mutante de P. putída U en el que además del cluster hmg, se había delecionado el gen hpd que codifica la enzima 4-hidroxifenilpiruvato dioxigenasa (responsable de la síntesis de homogentísico desde 4-hidroxifenilpirúvico), la cepa recombinante obtenida (P. putida 5 L1hmgL1hpd pMCtdcA) degradaba la tirosina incluso más eficazmente que aquella otra que carecía sólo del cluster hmg (Fig. 15). Este efecto puede explicarse asumiendo que, al estar bloqueada la ruta degradativa en una etapa anterior a la formación del ácido homogentísico, la pérdida de intermediarios catabólicos excretables es menor y, por consiguiente, un mayor porcentaje de L-tirosina será descarboxilado y degradado same construction (pMCtdcA) was used to transform a mutant of P. putída U in which in addition to the hmg cluster, the hpd gene encoding the enzyme 4-hydroxyphenylpyruvate dioxygenase (responsible for the synthesis of homogetic from 4-hydroxyphenylpyruvic) had been deleted , the recombinant strain obtained (P. putida 5 L1hmgL1hpd pMCtdcA) degraded the tyrosine even more efficiently than the one that lacked only the hmg cluster (Fig. 15). This effect can be explained by assuming that, since the degradative path is blocked at a stage prior to the formation of homogentisic acid, the loss of excretable catabolic intermediates is lower and, consequently, a higher percentage of L-tyrosine will be decarboxylated and degraded.
lOa través de las vías Tyn y Hpa. Through the Tyn and Hpa tracks.
Como ya hemos indicado anteriormente, E. colí W14 posee el cluster hpa por lo que esta bacteria puede degradar 4-hidroxifenilacético y 3,4-dihidroxifenilacético, pero no puede asimilar L-tirosina ni tiramina (todas las cepas de E. colí carecen de las ruta del homogentísico y esta cepa en particular ha perdido, tras sufrir un evento de As we have indicated previously, E. colí W14 has the hpa cluster, so this bacterium can degrade 4-hydroxyphenylacetic and 3,4-dihydroxyphenylacetic, but cannot assimilate L-tyrosine or tyramine (all strains of E. colí lack the homogentísico route and this particular strain has lost, after suffering an event of
15 deleción, los genes maoA y maoB). Por lo tanto, para que E. colíW14 pueda crecer en L-tirosina utilizando tiramina como intermediario, precisa de una actividad tirosinadescarboxilasa que genere tiramina, y de las enzimas codificadas por los genes tyn para transformar esa amina en 4-hidroxifenilacético. 15 deletion, the maoA and maoB genes). Therefore, so that E. colíW14 can grow in L-tyrosine using tyramine as an intermediate, it requires a tyrosine decarboxylase activity that generates tyramine, and the enzymes encoded by the tyn genes to transform that amine into 4-hydroxyphenylacetic.
La transformación de E. colí W14 con las construcciones pKtyn y pMCtdcA nos The transformation of E. colí W14 with the constructions pKtyn and pMCtdcA we
20 permitió obtener una cepa recombinante (E. coli W14 pKtyn pMCtdcApMCtdcA) que crecía en medios de composición definida que contenían L-tyrosina o L-fenilalanina como únicas fuentes de carbono (Fig.16). Breve descripción de las Figuras La Figura 1 muestra la ruta biosintética de los neurotransmisores 20 allowed to obtain a recombinant strain (E. coli W14 pKtyn pMCtdcApMCtdcA) that grew in defined composition media containing L-tyrosine or L-phenylalanine as the only carbon sources (Fig. 16). Brief Description of the Figures Figure 1 shows the biosynthetic pathway of neurotransmitters
25 dopaminérgicos. En dicha ruta, el aminoácido tirosina es hidroxilado por la tirosina hidroxilasa en dihidroxifenilalanima (L-DOPA), que a su vez es descarboxilado a dopamina por la enzima DOPA descarboxilasa. La dopamina, por hidroxilación con dopamina hidroxilasa, da lugar a noradrenalina, y ésta, a su vez, por acción de una feniletanolamina N-etiltransferasa, da lugar a adrenalina. 25 dopaminers. In this route, the amino acid tyrosine is hydroxylated by tyrosine hydroxylase in dihydroxyphenylalanima (L-DOPA), which in turn is decarboxylated to dopamine by the enzyme DOPA decarboxylase. Dopamine, by hydroxylation with dopamine hydroxylase, gives rise to norepinephrine, and this, in turn, by the action of a phenylethanolamine N-ethyltransferase, gives rise to adrenaline.
30 La Figura 2 es la representación esquemática de la síntesis de histamina (A) a partir de histidina por acción de una histidina descarboxilasa, y serotonina (B) a partir de triptófano, gracias a dos enzimas: la triptófano 5-hidroxilasa y la 5dihidroxitriptófano descarboxilasa. La Figura 3 muestra la estructura de las aminas "traza" más importantes. La ~Figure 2 is the schematic representation of the synthesis of histamine (A) from histidine by the action of a histidine decarboxylase, and serotonin (B) from tryptophan, thanks to two enzymes: tryptophan 5-hydroxylase and 5-dihydroxytryptophan decarboxylase. Figure 3 shows the structure of the most important "trace" amines. The ~
35 feniletilamina, la tiramina y la triptamina son sintetizadas por decarboxilación de los Phenylethylamine, tyramine and tryptamine are synthesized by decarboxylation of
correspondientes aminoácidos precursores por la acción de una L-aminoácido aromático descarboxilasa. La octamina es sintetizada por hidroxilación de la tiramina por la acción de una tiramina-~-hidroxilasa. corresponding precursor amino acids by the action of an aromatic L-amino acid decarboxylase. Octamine is synthesized by hydroxylation of tyramine by the action of a tyramine-~ -hydroxylase.
La Figura 4 representa las principales ami nas biogénicas presentes en los alimentos y sus aminoácidos precursores. Figure 4 represents the main biogenic amines present in food and their precursor amino acids.
La Figura 5 es una representación esquemática del mecanismo de reacción utilizado por las QH-AmDH para oxidar las aminas primarias (figura modificada de Sun et al, 2003, ref. 81). Figure 5 is a schematic representation of the reaction mechanism used by the QH-AmDH to oxidize the primary amines (modified figure of Sun et al, 2003, ref. 81).
La Figura 6 es una representación esquemática de la oxidación de tiramina en Figure 6 is a schematic representation of tyramine oxidation in
Euphorbía charadas. Euphorbia charades.
La Figura 7 es la representación esquemática de los pasos metabólicos responsables de la degradación de tiramina, dopamina, ácido 4-hidroxifenilacético y ácido 3,4-dihidroxifenilacético (homoprotocatéquico) en P. putída U y de las enzimas que catalizan cada uno de ellos. Las distintas abreviaturas corresponden a: 4-0HPhAc (ácido 4-hidroxifenilacético), 3,4-diOH-PhAc (ácido homoprotocatéquico), CHMS (semialdehido 5-carboximetil-2-hidroximucónico), CHM (ácido 5-carboximetil-2hidroximucónico), OPET (ácido 5-oxo-pent-3-ene-1 ,2,5-tricarboxílico), HHDD (ácido 2hidroxi-hept-2,4-diene-1,7-dioico), OHED (ácido 2-oxo-hept-3-ene-1,7-dioico) y HHED (ácido 2,4-dihidroxi-hept-2-ene-1,7-dioico). Las enzimas son: TynAB (tiramina oxidasa), TynC (4-0H-Fenilacetaldehído deshidrogenasa), HpaBC (4-0H-PhAc monooxigenasa), HpaD (3,4-diOH-PhAc 2,3-dioxigenasa), HpaE (CHMS deshidrogenasa), HpaF (CHM isomerasa), HpaG1 G2 (OPET descarboxilasa), HpaH (hidratasa) y Hpal (HHED aldolasa). En este esquema también se muestra la organización de los genes implicados en esta ruta catabólica en P. putída U. También se indica en la figura el punto de bloqueo metabólico en los diferentes tipos de mutantes. Figure 7 is the schematic representation of the metabolic steps responsible for the degradation of tyramine, dopamine, 4-hydroxyphenylacetic acid and 3,4-dihydroxyphenylacetic acid (homoprotocathetic) in P. putída U and the enzymes that catalyze each of them. The different abbreviations correspond to: 4-0HPhAc (4-hydroxyphenylacetic acid), 3,4-diOH-PhAc (homoprotocatechic acid), CHMS (5-carboxymethyl-2-hydroxyconic acid semialdehyde), CHM (5-carboxymethyl-2-hydroxyconic acid), OPET (5-oxo-pent-3-ene-1, 2,5-tricarboxylic acid), HHDD (2-hydroxy-hept-2,4-diene-1,7-dioic acid), OHED (2-oxo-hept acid -3-Jan-1,7-dioic) and HHED (2,4-dihydroxy-hept-2-ene-1,7-dioic acid). The enzymes are: TynAB (tyramine oxidase), TynC (4-0H-Phenylacetaldehyde dehydrogenase), HpaBC (4-0H-PhAc monooxygenase), HpaD (3,4-diOH-PhAc 2,3-dioxygenase), HpaE (CHMS dehydrogenase ), HpaF (CHM isomerase), HpaG1 G2 (OPET decarboxylase), HpaH (hydratase) and Hpal (HHED aldolase). This scheme also shows the organization of the genes involved in this catabolic pathway in P. putída U. The metabolic block point in the different types of mutants is also indicated in the figure.
La figura 8 es el esquema de la organización genética de los dos c1usters (tyn y hpa) implicados en la degradación de tiramina y 4-0H-PhAc en P. putída. En este esquema, también se indica el punto de inserción del transposón Tn5, en cada uno de los mutantes, así como algunos de los cortes de restricción utilizados para la elaboración de diferentes construcciones genéticas. Figure 8 is the scheme of the genetic organization of the two c1usters (tyn and hpa) involved in the degradation of tyramine and 4-0H-PhAc in P. putída. In this scheme, the insertion point of the Tn5 transposon is also indicated in each of the mutants, as well as some of the restriction cuts used for the elaboration of different genetic constructs.
La figura 9 es la secuencia de nucleótidos del fragmento de DNA que contiene los genes tyn y hpa en Pseudomonas putída U (CECT 4848). Las regiones de la secuencia que poseen una estructura secundaria de tipo lazo (loop) se encuentran recuadradas. Figure 9 is the nucleotide sequence of the DNA fragment containing the tyn and hpa genes in Pseudomonas putída U (CECT 4848). The regions of the sequence that have a secondary structure of type loop (loop) are boxed.
En la Figura 10, el diagrama de curvas de la izquierda representa las curvas de In Figure 10, the curve diagram on the left represents the curves of
crecimiento medidas como como (A54onm) en medio MM + dopamina (5mM) correspondientes a las cepas P. putída U CECT 4848 (silvestre) (.), P. putída U tynR::pK18mob (.6.) y de uno de los mutantes de tipo I (Aa) (e), de tipo II (A2) (o) y de tipo III (A7) (o). Las 5 gráficas de la derecha representan la concentración residual de dopamina en el caldo de cultivo de las distintas cepas cultivadas en medio MM + dopamina (5Mm). El comportamiento de los distintos mutantes incluidos en los diferentes grupos, fue similar a cada uno de los indicados en la figura. growth measures such as (A54onm) in MM + dopamine (5mM) medium corresponding to the P. putída U CECT 4848 (wild) (.), P. putída U tynR :: pK18mob (.6.) strains and one of the type I (Aa) (e), type II (A2) (o) and type III (A7) (o) mutants. The 5 graphs on the right represent the residual concentration of dopamine in the culture broth of the different strains grown in MM + dopamine medium (5Mm). The behavior of the different mutants included in the different groups was similar to each of those indicated in the figure.
La figura 11 es una representación esquemática de la contrucción genética Figure 11 is a schematic representation of genetic construction
pKtyn-En esta construcción, se clonaron los genes que integran todo el cluster tyn en los plásmidos pK18::mob (replicativo en E. colí e integrativo en Pseudomonas). (82, 98-100,103) (Fig 11). pKtyn-In this construction, the genes that integrate the entire tyn cluster into plasmids pK18 :: mob (replicative in E. colí and integrative in Pseudomonas) were cloned. (82, 98-100,103) (Fig 11).
En la Figura 12, el diagrama de curvas de la izquierda representa las curvas de crecimiento medidas como (A54onm) medidas en la cepa cepa E. colíW14 pKtyn (e, o) y de la cepa control E. colíW14 pK18::mob (., o) cuando se cultivaban a 30 ºC (e, • ) y a 37 ºC (o, o) en un medio que contenía tiramina (5mM) como única fuente de carbono. El panel de la derecha representa la concentración residual de tiramina en el caldo de cultivo de E. colí W14 pKtyn crecida a 30º C y a 37º C. Se obtuvieron resultados similares al cultivar dichas cepas en medio mínimo suplementado con dopamina. In Figure 12, the curve diagram on the left represents the growth curves measured as (A54onm) measured in the E. colíW14 strain strain pKtyn (e, o) and the E. colíW14 control strain pK18 :: mob (. , o) when grown at 30 ºC (e, •) and at 37 ºC (o, o) in a medium containing tyramine (5mM) as the sole source of carbon. The panel on the right represents the residual concentration of tyramine in the culture broth of E. colí W14 pKtyn grown at 30 ° C and at 37 ° C. Similar results were obtained by culturing said strains in minimal medium supplemented with dopamine.
La Figura 13 representa las curvas de crecimiento correspondientes a las cepas P. putída KT2440 pKtynhpa Xbal (o, e) y P. putída KT2440 pKtyn (o, .) cuando se cultivan en un medio que contiene tiramina (5mM) (o, o) o 4-0H-PhAc (5mM) (e, • ). El crecimiento se midió como A540nm. Figure 13 depicts the growth curves corresponding to the P. putída KT2440 pKtynhpa Xbal (o, e) and P. putída KT2440 pKtyn (or,.) Strains when grown in a medium containing tyramine (5mM) (or, or ) or 4-0H-PhAc (5mM) (e, •). Growth was measured as A540nm.
La Figura 14 muestra la representación esquemática de la estrategia seguida para la obtención de las construcciones pKtynhpa Hindlll y pKtynhpa Xbal que contienen la información genética necesaria para degradar tiramina, dopamina, 4-0HPhAc y 3,4-diOH-PhAc. Figure 14 shows the schematic representation of the strategy followed to obtain the pKtynhpa Hindlll and pKtynhpa Xbal constructs that contain the genetic information necessary to degrade tyramine, dopamine, 4-0HPhAc and 3,4-diOH-PhAc.
La Figura 15 representa las curvas de crecimiento medidas como (A54onm) correspondientes a las cepas: P. putida U .6.hmgABC pMCtdcA (e); P. putída U .6.hpd .6.hmgABC pMCtdcA (o) y a sus respectivas cepas control: P. putída U .6.hmgABC pMC (.) y P. putída U .6.hpd .6.hmgABC pMC (o)., cuando se cultivan en un medio de composición definida que contiene L-tirosina (5mM) como única fuente de carbono. Figure 15 represents the growth curves measured as (A54onm) corresponding to the strains: P. putida U. 6.hmgABC pMCtdcA (e); P. putída U .6.hpd .6.hmgABC pMCtdcA (or) and their respective control strains: P. putída U .6.hmgABC pMC (.) And P. putída U .6.hpd .6.hmgABC pMC (or )., when grown in a medium of defined composition containing L-tyrosine (5mM) as the sole source of carbon.
La Figura 16 Curvas de crecimiento medidas como (A54onm) correspondientes a la cepa E. colí W14 pKtyn pMCtdcA (e) y a su respectiva cepa control E. colí Figure 16 Growth curves measured as (A54onm) corresponding to strain E. colí W14 pKtyn pMCtdcA (e) and its respective control strain E. colí
W14pKtyn pMC (.), cuando se cultivan en un medio de composición definida que contiene L-tirosina (5mM) como única fuente de carbono. W14pKtyn pMC (.), When grown in a medium of defined composition containing L-tyrosine (5mM) as the sole source of carbon.
Claims (20)
- 3. 3.
- Molécula de ácido nucleico según la reivindicación 1, que comprende las secuencias representadas por SEO ID NO:3 y SEO ID NO:5. Nucleic acid molecule according to claim 1, comprising the sequences represented by SEO ID NO: 3 and SEO ID NO: 5.
- 4. Four.
- Un polipéptido o complejo proteico purificado con actividad de tiramina oxidasa que comprende dos fragmentos de secuencia de aminoácidos: un primer fragmento cuya secuencia de aminoácidos es idéntica al menos en un 60% a una primera secuencia polipeptídica representada por SEO ID NO:4 y un segundo fragmento cuya secuencia de aminoácidos es idéntica al menos en un 60% a una segunda secuencia polipeptídica representada por SEO ID NO:6, tiramina oxidasa en la que la secuencia idéntica al menos en un 60% a SEO ID NO:4 y la secuencia idéntica al menos en un 60% a SEO ID NO:6 pueden formar parte de una única secuencia polipeptídica o pueden estar formando un complejo proteico, asociadas por enlaces distintos del enlace peptídico, tales como puentes de hidrógeno, puentes disulfuro o fuerzas de van der Waals. A purified protein polypeptide or complex with tyramine oxidase activity comprising two amino acid sequence fragments: a first fragment whose amino acid sequence is at least 60% identical to a first polypeptide sequence represented by SEO ID NO: 4 and a second fragment whose amino acid sequence is at least 60% identical to a second polypeptide sequence represented by SEO ID NO: 6, tyramine oxidase in which the sequence is at least 60% identical to SEO ID NO: 4 and the identical sequence at least 60% to SEO ID NO: 6 may be part of a single polypeptide sequence or may be forming a protein complex, associated by links other than the peptide bond, such as hydrogen bonds, disulfide bonds or van der Waals forces .
- 5. 5.
- Polipéptido o complejo purificado con actividad tiramina oxidasa según la reivindicación 4, que comprende dos fragmentos de secuencia de aminoácidos: un primer fragmento cuya secuencia de aminoácidos es idéntica a una primera secuencia polipeptídica representada por SEO ID NO:4 y un segundo fragmento cuya secuencia de aminoácidos es idéntica a una segunda secuencia polipeptídica representada por SEO ID NO:6, tiramina oxidasa en la que la secuencia idéntica a SEO ID NO:4 y la secuencia idéntica a SEO ID NO:6 pueden formar parte de una única secuencia polipeptídica o pueden estar formando un complejo proteico, asociadas por enlaces distintos del enlace peptídico, tales como puentes de hidrógeno, puentes disulfuro o fuerzas de van der Waals. Purified polypeptide or complex with tyramine oxidase activity according to claim 4, comprising two amino acid sequence fragments: a first fragment whose amino acid sequence is identical to a first polypeptide sequence represented by SEO ID NO: 4 and a second fragment whose sequence of Amino acids are identical to a second polypeptide sequence represented by SEO ID NO: 6, tyramine oxidase in which the sequence identical to SEO ID NO: 4 and the sequence identical to SEO ID NO: 6 may be part of a single polypeptide sequence or may be forming a protein complex, associated by bonds other than the peptide bond, such as hydrogen bonds, disulfide bonds or van der Waals forces.
- 6. 6.
- Un vector de expresión que comprende una molécula de ácido nucleico según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3. An expression vector comprising a nucleic acid molecule according to any one of claims 1 to 3.
- 8. 8.
- Vector de expresión según la reivindicación 7, en el que el que la molécula de ácido nucleico de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3 está insertada en el plásmido pK18::mob. Expression vector according to claim 7, wherein the nucleic acid molecule of any one of claims 1 to 3 is inserted into plasmid pK18 :: mob.
- 9. 9.
- Un organismo hospedador transformado con un vector de expresión según una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8. A host organism transformed with an expression vector according to any one of claims 6 to 8.
- 11. eleven.
- Organismo hospedador según la reivindicación 10, que es una bacteria capaz de transformar un azúcar en ácido láctico. Host organism according to claim 10, which is a bacterium capable of transforming a sugar into lactic acid.
- 12. 12.
- Organismo hospedador según una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11, en el que el vector de expresión de una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8 está insertado en el genoma del hospedador. Host organism according to any one of claims 9 to 11, wherein the expression vector of any one of claims 6 to 8 is inserted into the host genome.
- 13. 13.
- Organismo hospedador según una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11, en el que el vector de expresión de una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8 permanece como forma replicativa autónoma. Host organism according to any one of claims 9 to 11, wherein the expression vector of any one of claims 6 to 8 remains as an autonomous replicative form.
- 14. 14.
- Una composición que comprende el polipéptido o complejo proteico de la reivindicación 4 ó 5. A composition comprising the polypeptide or protein complex of claim 4 or 5.
- 15. fifteen.
- Uso de la molécula de ácido nucleico de una cualquiera de las reivindicaciones a 3, del vector de expresión de una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8, del organismo hospedador de una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 13, del polipéptido o complejo purificado de una cualquiera de las reivindicaciones 4 ó 5 o de la composición de la reivindicación 14 para disminuir el contenido de tiramina o dopamina en un alimento o bebida destinada a consumo humano o animal, en la materia prima utilizada para su obtención o en un producto intermedio de la transformación de la materia prima en el alimento o bebida. Use of the nucleic acid molecule of any one of claims 3, of the expression vector of any one of claims 6 to 8, of the host organism of any one of claims 9 to 13, of the purified polypeptide or complex of a any of claims 4 or 5 or the composition of claim 14 to decrease the content of tyramine or dopamine in a food or beverage intended for human or animal consumption, in the raw material used for obtaining it or in an intermediate product of the transformation of the raw material into the food or drink.
- 16. 16.
- Uso según la reivindicación 15, en el que se utiliza un organismo hospedador de una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 13. Use according to claim 15, wherein a host organism of any one of claims 9 to 13 is used.
- 17. 17.
- Uso según la reivindicación 16, en el que el organismo hospedador actúa como iniciador (starter) del proceso de transformación de la materia prima en el alimento o bebida destinada al consumo humano o animal. Use according to claim 16, wherein the host organism acts as an initiator (starter) of the process of transformation of the raw material into the food or beverage intended for human or animal consumption.
- 18. 18.
- Uso según la reivindicación 17, en el que el alimento es un derivado lácteo. Use according to claim 17, wherein the food is a dairy derivative.
- 19. 19.
- Uso según la reivindicación 18, en el que el derivado lácteo es un queso. Use according to claim 18, wherein the dairy derivative is a cheese.
- att gae gte Ile Asp Val 370 att gae gte Ile Asp Val 370
- aee Thr cee gae Pro Asp tee aae Ser Asn 375 eeg gte Pro Val ate gge Ile Gly 380 eeg gtg Pro Val gee Ala agt Ser 1152 aee thr cee gae Pro Asp tee aae Ser Asn 375 eeg gte Pro Val ate gge Ile Gly 380 eeg gtg Pro Val Gee Ala agt be 1152
- att eeg Ile Pro 385 att eeg Ile Pro 385
- gge Gly etg Leu aee Thr etg Leu 390 gee Ala aee Thr gge Gly ttt tee Phe Ser 395 ggg Gly eat His gge Gly tte Phe gge Gly 400 1200 gge gly etg Leu aee thr etg Leu 390 Gee Ala aee thr gge gly ttt tee Phe Ser 395 ggg gly eat his gge gly tte Phe gge Gly 400 1200
- aee Thr aee thr
- teg eet get Ser Pro Ala get Ala 405 gge Gly eag Gln etg geg Leu Ala gea gae Ala Asp 410 etg gtg Leu Val gee Ala eag Gln 415 gee Ala 1248 teg eet get Ser Pro Ala get Ala 405 gge gly eag Gln etg geg Leu Ala Gea Gae Wing Asp 410 etg gtg Leu Val Gee Ala eag Gln 415 Gee Ala 1248
- aee Thr aee thr
- eeg Pro etg Leu ate gae Ile Asp 420 eeg Pro tea eeg Ser Pro tae ege Tyr Arg 425 tte Phe gag Glu egt Arg tte gee Phe Ala 430 tga 1296 eeg Pro etg Leu ate gae Ile Asp 420 eeg Pro tea eeg Ser Pro tae ege Tyr Arg 425 tte Phe gag Glu egt Arg tte gee Phe Ala 430 tga 1296
- <210> <211> <212> <213> <210> <211> <212> <213>
- 4 431 PRT Pseudomonas putida U 4 431 PRT Pseudomonas putida u
- <400> <400>
- 4 4
- Met 1 Met 1
- Ser Pro Thr Ile Ala 5 Pro Val Gln Thr 10 Ser Thr Arg His Pro Asp 15 Be pro Thr Ile Wing 5 Pro Val Gln Thr 10 Be Thr arg His Pro Asp 15
- Ala To
- Thr Thr Val 20 Val Ile Ile Gly Gly Gly 25 Ile Ile Gly Leu 30 Thr Ala Thr Thr Val 20 Val Ile Ile Gly Gly Gly 25 Ile Ile Gly Leu 30 Thr wing
- Ala To
- Leu Ser 35 Leu Ala Glu Arg Asn 40 Ile Pro Val Val Val 45 Leu Glu Lys Leu Be 35 Leu To Glu Arg Asn 40 Ile Pro Val Val Val 45 Leu Glu Lys
- Gly Arg 50 Gly Arg 50
- Ile Ala Gly Glu Gln 55 Ser Ser Arg Asn Leu 60 Gly Trp Val Arg Ile Ala Gly Glu Gln 55 Be Be Arg Asn Leu 60 Gly Trp Val Arg
- Lys 65 Lys 65
- Thr Asn Arg His Ala 70 His Asp Ile Pro Leu 75 Ala Leu Ala Ala Asp 80 Thr asn Arg His Wing 70 His Asp Ile Pro Leu 75 To Leu To To Asp 80
- Arg Arg
- Leu Trp Ala Glu 85 Met Pro Ala Arg Val 90 Gly Ser Asp Val Gly Tyr 95 Leu Trp Wing Glu 85 Met Pro Ala Arg Val 90 Gly Be Asp Val Gly Tyr 95
- Arg Arg
- Gln Ala Gly 100 Ile Met Phe Ile Gly Arg Asn 105 Asp Thr Gln 110 Met Gly Gln To Gly 100 Ile Met Phe Ile Gly Arg Asn 105 Asp Thr Gln 110 Met Gly
- Met Met
- His Glu 115 Gly Trp Leu Lys Ser Val 120 Glu Ala Leu Gly 125 Leu Asp Ser His Glu 115 Gly Trp Leu Lys Ser Val 120 Glu To Leu Gly 125 Leu Asp Be
- Arg Arg
- Leu 130 Leu Ser Thr Arg Glu 135 Ile Thr Arg Met Val 140 Pro Gly Gly Arg Leu 130 Leu Be Thr arg Glu 135 Ile Thr Arg Met Val 140 Pro Gly Gly Arg
- Ala Asp Trp Ala 145 Wing Asp Trp Wing 145
- Gly Gly 150 Ile Phe Thr Pro Ser Asp Ala Arg Ala 155 Glu 160 Gly Gly 150 Ile Phe Thr Pro Be Asp Wing Arg Wing 155 Glu 160
- Pro Pro
- Thr Leu Ala Ala 165 Ser Ala Ile Ala Arg Ala Ala 170 Ile Ala Lys 175 Gly Thr Leu To Wing 165 It will be the Ile Ala Arg Wing Wing 170 Ile Ala Lys 175 Gly
- Ala Val Wing Val
- Val Val Glu Asn Cys Ala Val Arg Thr Leu Val Thr Ala Ala Val Val Glu Asn Cys Wing Val Arg Thr Leu Val Thr wing To
- 370 370
- 375 380 375 380
- Ile Pro Ile Pro
- Gly Leu Thr Leu Ala Thr Gly Phe Ser Gly His Gly Phe Gly Gly Leu Thr Leu To Thr Gly Phe Be Gly His Gly Phe Gly
- 385 385
- 390 395 400 390 395 400
- Thr Thr
- Ser Pro Ala Ala Gly Gln Leu Ala Ala Asp Leu Val Ala Gln Ala Be pro To To Gly Gln Leu To Asp wing Leu Val To Gln To
- 405 405
- 410 415 410 415
- Thr Thr
- Pro Leu Ile Asp Pro Ser Pro Tyr Arg Phe Glu Arg Phe Ala Pro Leu Ile Asp Pro Be pro Tyr arg Phe Glu Arg Phe Ala
- 420 420
- 425 430 425 430
- tae Tyr tae tyr
- eeg Pro etg gtg Leu Val ege ege Arg Arg 245 gag Glu tgg gte Trp Val aag Lys 250 eet Pro gge geg Gly Ala tte Phe etg Leu 255 gee Ala 768 eeg Pro etg gtg Leu Val ege ege Arg Arg 245 gag Glu tgg gte Trp Val aag Lys 250 eet Pro gge geg Gly Ala tte Phe etg Leu 255 Gee Ala 768
- atg Met atg Met
- cea gee Pro Ala eeg Pro 260 tge agt Cys Ser ate gae gee Ile Asp Ala 265 gge atg Gly Met gag Glu eag Gln gae gae gtg Asp Asp Val 270 816 cea gee Pro Ala eeg Pro 260 tge agt Cys Ser ate gae gee Ile Asp Ala 265 gge atg Gly Met gag Glu eag Gln gae gae gtg Asp Asp Val 270 816
- ege aag Arg Lys ege aag Arg Lys
- gtg gtg Val Val 275 gae aae Asp Asn aee Thr gge Gly 280 etc Leu tae Tyr gag Glu gee Ala tgg Trp 285 tte Phe gaa Glu gag Glu 864 gtg gtg Val Val 275 gae aae Asp Asn aee thr gge Gly 280 Leu etc tae tyr gag Glu Gee Ala tgg Trp 285 tte Phe Gaa Glu gag Glu 864
- etg Leu etg Leu
- cee Pro 290 aag Lys eet geg Pro Ala cae His aae Asn 295 cae His gta Val eeg Pro etg gta ggt gtg Leu Val Gly Val 300 ege Arg tte Phe 912 cee Pro 290 aag Lys eet geg Pro Ala His falls aae Asn 295 His falls gta Val eeg Pro etg gta ggt gtg Leu Val Gly Val 300 ege Arg tte Phe 912
- atg Met 305 atg Met 305
- gae Asp atg Met att gee Ile Ala gaa Glu 310 gge Gly aeg Thr etg gee Leu Ala gee Ala 315 gag Glu eag Gln gtg Val gaa Glu gae Asp 320 960 gae Asp atg Met att gee Ile Ala Gaa Glu 310 gge gly aeg Thr etg gee Leu Ala Gee Wing 315 gag Glu eag Gln gtg Val Gaa Glu gae Asp 320 960
- ate gge aag Ile Gly Lys ate gge aag Ile Gly Lys
- ate Ile ate age Ile Ser 325 gge gae gea Gly Asp Ala eeg Pro 330 gge ege Gly Arg etg Leu eat His gae gae Asp Asp 335 1008 ate Ile ate age Ile Ser 325 gge gae gea Gly Asp Ala eeg Pro 330 gge ege Gly Arg etg Leu eat his gae gae Asp Asp 335 1008
- gaa Glu Gaa Glu
- ate Ile ate etg atg teg gtg Ile Leu Met Ser Val 340 gge gge atg Gly Gly Met 345 cee gte Pro Val gaa Glu gae gtg Asp Val 350 gee Ala 1056 ate Ile ate etg atg teg gtg Ile Leu Met Ser Val 340 gge gge atg Gly Gly Met 345 cee gte Pro Val Gaa Glu gae gtg Asp Val 350 Gee Ala 1056
- tgg gge Trp Gly tgg gge Trp Gly
- aee gtg gtg Thr Val Val 355 tae ege aag Tyr Arg Lys 360 geg Ala etc Leu gag Glu eaa Gln gge Gly 365 ate gge gta Ile Gly Val 1104 aee gtg gtg Thr Val Val 355 tae ege aag Tyr Arg Lys 360 geg wing Leu etc gag Glu eaa Gln gge Gly 365 ate gge gta Ile Gly Val 1104
- aag Lys aag Lys
- etc Leu 370 aae Asn etc Leu tgg Trp gaa Glu aee Thr 375 cee gtt Pro Val etc Leu age Ser tga 1140 etc Leu 370 aae Asn Leu etc tgg trp Gaa Glu aee Thr 375 cee gtt Pro Val Leu etc age Ser tga 1140
- <210> <211> <212> <213> <210> <211> <212> <213>
- 6 379 PRT Pseudomonas putida U 6 379 PRT Pseudomonas putida u
- <400> <400>
- 6 6
- Met 1 Met 1
- Thr Leu Asp Thr Arg 5 Ile Asp Phe Ile Tyr 10 Leu Ser Glu Gln 15 Asp Thr Leu Asp Thr Arg 5 Ile Asp Phe Ile Tyr 10 Leu Be Glu Gln 15 Asp
- Met Met
- Ile Arg Ala 20 Gly Val Thr Asp Met 25 Pro Ala Cys Val Asp 30 Thr Met Ile Arg Ala 20 Gly val Thr asp Met 25 Pro wing Cys Val Asp 30 Thr met
- Glu Glu
- Glu Glu
- Met 35 Phe Gly Leu Leu Tyr 40 Gln Gly Asp Tyr Arg 45 Met Ala Gly Met 35 Phe Gly Leu Leu Tyr 40 Gln Gly Asp Tyr Arg 45 Met To Gly
- Pro Asn 50 Pro Asn 50
- Ser Asp Ser His Gly Ala 55 Met Ile Thr Phe 60 Pro Glu His Ser Be asp Be his Gly Ala 55 Met Ile Thr Phe 60 Pro Glu His Be
- Pro 65 Pro 65
- Phe Pro Asn Met Pro 70 Lys Pro Thr Ala Asp Arg Arg 75 Met Met Ala 80 Phe Pro Asn Met Pro 70 Lys Pro Thr Wing Asp Arg Arg 75 Met Met 80 wing
- <210> <211> <212> <213> <210> <211> <212> <213>
- 7 1488 ONA Pseudomonas putida U 7 1488 ONA Pseudomonas putida u
- <220> <221> <222> <223> <220> <221> <222> <223>
- COS (1) .. (1488) TynC COS (1) .. (1488) TynC
- <400> 7 atg age gae Met Ser Asp 1 <400> 7 atg age gae Met Ser Asp 1
- ate aee 11e Thr 5 etc Leu eta Leu eet gee gte Pro Ala Val 10 aeg gee Thr Ala tte Phe etg gee ege Leu Ala Arg 15 48 ate aee 11e Thr 5 Leu etc eta Leu eet gee gte Pro Ala Val 10 aeg gee Thr Ala tte Phe etg gee ege Leu Ala Arg 15 48
- gag Glu gag Glu
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- teg aae Ser Asn teg aae Ser Asn
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