GABA, il benefico composto bioattivo prodotto dai microrganismi

Introduzione

La fermentazione di prodotti alimentari con microrganismi produttori di acido gamma-aminobutirrico o GABA, è diventata un argomento di interesse crescente negli ultimi anni.

Il GABA è un neurotrasmettitore inibitorio presente nel sistema nervoso centrale e svolge un ruolo importante nel regolare l’eccitabilità neuronale.

Si ritiene che l’integrazione di alimenti contenenti GABA possa avere effetti benefici sulla salute umana.

I microrganismi comunemente utilizzati per la fermentazione dei prodotti alimentari, produttori di GABA, includono maggiormente i batteri lattici.

Il GABA è un amminoacido naturale, sicuro ed ecologico, con attività antidepressiva, antiipertensiva e antidiabetica. Inoltre, è un buon potenziatore del sistema immunitario e ha un buon effetto sulle malattie neuronali.

Con l’ormai crescente studio dei composti bioattivi negli alimenti, si sono aperte nuove strade, per lo sviluppo di nuovi prodotti innovativi ed healt. 

Caratteristiche generali dell’acido γ-amminobutirrico

Nel 1949 Steward scoprì per la prima volta questo composto nelle piante. Successivamente nel 1950 Roberts e Franklin lo scoprirono nel cervello dei mammiferi.  Esso è un importante neurotrasmettitore inibitorio nel sistema nervoso centrale (SNC) dei mammiferi.

L’acido γ-amminobutirrico, è stato isolato da molte fonti, come foglie di tè, foglie di gelso, pomodoro, animali, batteri lattici, lieviti e muffe.

Esso si trova anche, in cibi e bevande fermentate come: soia fermentata, latte di bufala fermentato , durian fermentato, manioca fermentata,  pesce fermentato, sakè, pasta madre, birra di gelso , kimchi e formaggio zlatar.

L’acido γ-amminobutirrico, è un costituente significativo del pool di amminoacidi liberi. È un amminoacido non proteico a quattro atomi di carbonio. Il suo nome, è dato dal fatto che, ha un gruppo amminico sul carbonio γ piuttosto che sul carbonio α e si trova in una forma non legata. Nel complesso è una molecola adattabile, che può assumere svariate conformazioni in una soluzione, è infatti altamente solubile in acqua.

Fermentazione di alimenti con microrganismi produttori di GABA

Una delle più antiche biotecnologie, come quella della fermentazione, con determinati microrganismi, viene sfruttata per produrlo negli alimenti. Principalmente perché, i microrganismi produttori di GABA hanno la capacità di convertire l’acido glutammico in GABA, attraverso il processo di decarbossilazione. Questo processo enzimatico avviene durante la fermentazione, in cui i microrganismi metabolizzano i nutrienti presenti negli alimenti, producono l’enzima glutammato decarbossilasi, producendo GABA come sottoprodotto.

Ci sono diversi motivi per cui si preferisce utilizzare la fermentazione per produrlo negli alimenti:

• Aumento dei livelli di GABA: la fermentazione con microrganismi produttori di GABA permette di aumentare i livelli di GABA negli alimenti rispetto ad un prodotto non fermentato;
• Processo naturale: la fermentazione è un processo naturale che sfrutta l’azione dei microrganismi per la trasformazione degli ingredienti alimentari. Non richiede l’aggiunta di sostanze chimiche o additivi artificiali, rendendolo una scelta preferita per coloro che cercano prodotti alimentari più naturali e sani;
• Miglioramento delle proprietà sensoriali: la fermentazione può contribuire a migliorare le proprietà sensoriali degli alimenti, come il sapore, l’aroma e la consistenza. Ad esempio, la fermentazione del kimchi può conferire un sapore unico e particolare grazie alla produzione di GABA.

Tuttavia, è importante notare che l’utilizzo della fermentazione, per produrre GABA negli alimenti, richiede un controllo adeguato delle condizioni di fermentazione, come temperatura, pH e tempo di fermentazione, per garantire risultati consistenti e sicuri.

Microrganismi produttori di GABA

È crescente l’interesse che, negli ultimi anni c’è stato, nello studiare i microrganismi produttori di GABA. In particolare, esso, è stato studiato per le sue molteplici funzioni fisiologiche, e per le conseguenze positive che ha sui disordini metabolici, motivo per il quale viene considerato un potente composto bioattivo.

La sintesi dell’acido γ-amminobutirrico, è catalizzata dall’enzima GAD (acido glutammico decarbossilasi). Quest’ultimo può essere prodotto da molti microrganismi, tra cui batteri lattici e lieviti.

I batteri lattici sono degli ottimi candidati, riuscendo a produrre direttamente GABA, nelle matrici alimentari.
Tra i batteri lattici produttori di GABA citati in bibliografia abbiamo: Streptococcus thermophilus , Lactobacillus brevis , L.paracasei, L. fitsaii, L. plantarum e Bifidobacterium adolescentis. Questi batteri sono comunemente isolati da cibi e bevande fermentate.

La produzione è stata identificata anche in lieviti come Saccharomyces cerevisiae e Kluyveromyces marxianus, isolati sempre da prodotti fermentati.

In alcuni cibi e bevande fermentate delle volte, la quantità di GABA prodotta, può essere davvero piccola, motivo per il quale, il processo deve essere ottimizzato.

Svariati sono i fattori che influiscono sulla produzione durante la fermentazione microbica tra essi: temperatura, pH, substrato e tempo di coltura. Questa conoscenza ci permette di ottimizzare la produzione a seconda del risultato che si vuole ottenere.

Studi di ottimizzazione in letteratura scientifica, hanno incluso fasi come:

1. Isolare e purificare i microrganismi da cibi e bevande fermentate;
2. Identificare l’attività GAD;
3. Identificare il nome del microrganismo che ha prodotto una più alta quantità di GABA;
4. Ottimizzare la crescita del microrganismo;
5. Produrre cibi e bevande fermentate nelle condizioni ottimali di crescita del microrganismo selezionato.

Percorso metabolico dell’acido γ-amminobutirrico

Durante il metabolismo del glucosio, nei microrganismi, si producono diversi metaboliti, tra cui il GABA.

In breve, il glucosio viene convertito in piruvato durante la glicolisi e successivamente, il piruvato viene trasformato in acetil-CoA, che reagendo con l’ossalacetato entra nel ciclo del TCA (ciclo dell’acido citrico) formando il citrato. Quest’ultimo viene convertito in isocitrato e α-chetoglutarato, che tramite l’acido glutammico deidrogenasi (GDH) e GAD può essere convertito in GABA da diversi microrganismi.

La formazione di acido γ-amminobutirrico, attraverso il glutammato, tramite il ciclo del TCA, viene chiamata shunt GABA.

In particolare, il ciclo TCA si verifica nei mitocondri mentre la formazione di GABA dal glutammato avviene nel citosol.

Funzioni fisiologiche del GABA

Il GABA ha numerose funzioni fisiologiche.

Uno studio ha dimostrato che, negli uomini con leggera ipertensione, l’assunzione di un formaggio e un integratore alimentare di chlorella ricchi in GABA, hanno abbassato la pressione sanguigna media, di un gruppo di partecipanti al trial clinico.

Essa esibisce attività antidiabetiche; il suo consumo aumenta la secrezione di insulina, abbassando il livello di glucosio nel sangue.

Nei soggetti con malattia renale cronica, il GABA migliora la disfunzione renale, limitando l’avanzamento della malattia, normalizzando la pressione sanguigna e moderando il profilo lipidico.

L’assunzione orale di GABA, aumenta le onde alfa e riduce le onde beta nel cervello umano, stimolando così il rilassamento e limitando l’ansia.

Conclusioni

Nell’industria farmaceutica e alimentare, la domanda di GABA è immensa. Quindi, la conversione su larga scala del GABA da parte dei microrganismi ha ricevuto molta attenzione.

L’aggiunta di microrganismi produttori di GABA, durante la fermentazione, può offrire un modo naturale per aumentare i suoi livelli negli alimenti.

Poiché il GABA ha comunque proprietà farmaceutiche, è necessario stabilire le condizioni ottimali per la sua produzione.

Tuttavia, è importante notare che gli effetti benefici del consumo di alimenti contenenti GABA sono ancora oggetto di ricerca e ulteriori studi clinici sono necessari per confermare alcune informazioni sulla salute associate al consumo di tali prodotti.

Si consiglia sempre di consultare un professionista o un nutrizionista qualificato, per ulteriori informazioni specifiche prima dell’assunzione di tali prodotti, e sui loro effetti in base al proprio stato di salute.

Fonti

• https://doi.org/10.1016/S1360-1385(99)01486-7
• https://doi.org/10.3390/molecules24152678
• https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2020.e05526
• https://doi.org/10.1016/j.jff.2013.11.020
• https://doi.org/10.1038/s41598-020-70986-z
• https://doi.org/10.1016/j.foodres.2022.111801
• https://doi.org/10.1111/1541-4337.12897
• https://link.springer.com/article/10.1007/s10068-011-0057-y

Crediti immagini

• Figura in evidenza: https://www.istockphoto.com/it/search/2/image mediatype=illustration&phrase=acido+gamma+amminobutirrico
• Figura 1: https://www.farmaciaserra.com/blog/post/gaba-neurotransmisor-calma.html
• FIgura 2: https://fermentationassociation.org/fermented-foods-reduce-stress/
• Figura 3: https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2020.e05526https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2020.e05526