T'agrada el cafè? A alguns microbis també!

Sou de te o de cafè? Jo sóc de te; principalment, perquè el meu estómac no tolera bé el cafè. El te, a més d'agradar-me molt, m'anima. Una bruixa bevedora de te d'una pel·lícula infantil que vaig veure fa molts anys --crec que era El maravilloso mundo de los hermanos Grim-- deia, mentre se'n preparava una infusió, que el te "anima i reconforta". En realitat, allò que ens anima és la cafeïna, continguda en les dues begudes (en el te, l'anomenem 'teïna', però és la mateixa substància). Doncs bé, hi ha microorganismes que poden viure només de cafeïna. Imagineu com deuen estar d'animats i reconfortats!

Planta de cafè (Coffea arabica)

La cafeïna (el seu nom científic és 1,3,7-trimetilxantina) és un alcaloide de la família de les metilxantines, que actua com a estimulant del sistema nerviós central i de la secreció gàstrica, i també com a diürètic. (Formen part dels anomenats alcaloides purínics, perquè deriven de nucleòtids purinícs.)  Es va descobrir en la planta del cafè i després s'ha trobat també en plantes com ara el te, (diverses espècies de Camellia), el cacau (Theobroma cacao), l'herba mate (Ilex paraguariensis) o el guaranà (Paulliania cupana). Les infusions que es preparen a partir de les llavors i fruit del cafè i de les fulles del te són dues begudes universals. I el cacau em fa l'efecte que també es consumeix pertot. A més, la cafeína també és present en begudes a base de cola i es fa servir en la preparació de fàrmacs estimulants, com a diürètic i broncodilatador, i com a potenciador d'alguns analgèsics i antitussígens.

Altres alcaloides de la mateixa família de les metilxantines són la teobromina, molt semblant a la cafeïna (3,7-dimetilxantina), i que pren el nom de la planta que més en conté, la Theobroma cacao, el cacau, i la teofil·lina (1,3-dimetilxantina). Moltes vegades, aquests tres alcaloides i alguns altres són presents en una mateixa espècie. Dins d'un mateix gènere, però, pot haver-hi diferències pel que fa a l'abundància d'un alcaloide o altre. Per exemple, en el te corrent (Camellia sinensis) i el te d'Assam (Camellia assamica), l'alcaloide predominant és la cafeïna, però en la varietat xinesa del te d'Assam anomenada kucha, abunda més un altre alcaloide anomenat teacrina.

cafeïna (1,3,7-trimetilxantina

El consum generalitzat de productes que contenen cafeïna i l'aplicació d'aquest alcaloide en la indústria farmacèutica fa que alguns derivats seus siguin relativament abundants en les aigües residuals. De fet, podrien servir com a marcadors de la contaminació aquàtica d'origen humà.

No s'ha pogut esbrinar encara quina és la funció fisiològica que els alcaloides purínics tenen  a les plantes que els produexien. Si bé el seu contingut de nitrogen és gran, no sembla que aquests compostos siguin un material de reserva d'aquest element que és essencial per a les plantes (i per a tots els éssers vius). L'estructra de la cafeïna i de les altres metilxantines fa que sigui difícil de degradar. Si va a parar al sòl, actua com a esterilitzant, perquè inhibeix la germinació de les llavors. Això podria ser un mecanisme protector per a la planta que la produeix, perquè li evitaria la competència amb altres plantes que poguessin créixer al seu voltant. Tanmateix, a llarg termini totes les molècules naturals són degradables; si no fos així, s'haurien anat acumulant en l'ambient al llarg de la història de la vida.

Grans de cafè torrat

Se sap que hi ha bacteris que poden fer servir la cafeïna com a substrat de creixement. Entre els que poden fer-ho hi ha diverses espècies de Pseudomonas i també el bacteri del "miracle" de les hòsties sagnants (Serratia marcescens). A més, s'ha descrit el creixement d'alguns fongs filamentosos com ara Aspergillus i Penicillium en medis on l'única font de nitrogen era la cafeïna. Però hi ha un bacteri que té una afició desenfrenada per la cafeïna. És la soca CBB5 de Pseudomonas putida. Ryan Summers, investigador de la Universitat d'Iowa, als Estats Units, va explicar en el congrés del 2011 de l'Associació de Microbiologia dels Estats Units (ASM2011), la descoberta, en aquest bacteri, de quatre enzims que intervenen en la degradació de la molècula de cafeïna fins a obtenir els seus components més senzills: diòxid de carboni (CO2) i amoníac (NH3). Els assajos fets van permetre determinar els gens que regulen cada enzim i la funció específica de cada enzim en les diferents fases de la degradació. .

Pseudomonas putida CBB5 pot créixer bé en un medi que contingui fins a 2,5 grams per litre de cafeïna, una concentració considerable si tenim en compte que una tassa de cafè (estil nord-americà, suposo, perquè ho va dir l'investigador d'Iowa) pot tenir fins 0,8 grams per litre de cafeïna. Per tant, podria tenir aplicació en el tractament dels residus provinents del processament del cafè, del te i del cacau. Els residus orgànics desproveïts de cafeïna podrien servir per a la fabricació de pinsos o biocombustibles. Una altra possible aplicació seria l'eliminació natural de la cafeïna en el cafè i el té. Actualment es un procés que es fa mitjançant mètodes químics. No sé què es fa avui dia amb les càpsules de cafè que es recullen en els punts verds; però el marro, on encara queda força cafeïna, podria tractar-se amb aquest bacteri abans de destinar-lo --suposo-- a fer compost, amb la brossa orgànica.

Bibliografia:
- Summers RM et al. (2011) Characterization of a broad-specificity non-haem iron N-demethylase from Pseudomonas putida CBB5 capable of utilizing several purine alkaloids as sole caarbon and nitrogen source. Microbiology 157:583-592
- Ashihara H, Suzuki T (2004) Distribution and biosynthesis of caffeine in plants. Frontiers in Bioscience 9:1864-1876
- Hakil et al. (1998) Degradation and product analyisis of caffeine and related dimethylxanthines by filamentous fungi. Enzyme and Microbial Technology 22:355-35

Il·lustracions:
- Planta de cafè. H. Zeli, Wikimedia Commons
- Molècula de cafeïna . Icey, Clockworksoul
- Grans de cafè torrat. H. Zeli Wikimedia Commons