Bacillus amyloliquefaciens FZB42 ist ein grampositives Bodenbakterium. Es kann in der Rhizosphäre das Wachstum von Pflanzen fördern und durch die Produktion von Sekundärmetaboliten phytopathogene Organismen hemmen. Aus der Genomanalyse und den dazugehörigen Arbeiten war bekannt, dass Bacillus amyloliquefaciens FZB42 nicht-ribosomal je drei antimikrobielle Polyketide und Lipopeptide herstellt, sowie zwei Siderophore und das Dipeptid Bacilysin. Für Bacillus typische Lantibiotika oder große Bacteriocine wurden nicht gefunden. In dieser Arbeit wird erstmalig gezeigt, dass Bacillus amyloliquefaciens FZB42 auf ribosomale Weise antibakterielle Peptide herstellt. Zwei bisher unbekannte Bacteriocine, Amylocyclicin A und Plantazolicin, und deren dazugehörigen Gencluster konnten identifiziert und charakterisiert werden. Amylocyclicin A ist ein unmodifiziertes Peptid, dessen N- und C-Terminus kovalent verbunden sind. Es wurde der Gruppe I der zirkulären Bacteriocine zugeordnet, dessen Mitglieder sich durch schwache Homologie untereinander, aber durch wahrscheinlich ähnliche 3D-Strukturen auszeichnen. Die Masse beträgt 6381 Da und die Substanz ist stark aktiv gegen grampositive Bakterien. Das Biosynthesecluster umfasst sechs Gene für die Synthese, den Export, die Zyklisierung und die Immunität. Plantazolicin ist ein hydrophobes, stark modifiziertes Peptid aus der TOMM-Gruppe, einer Gruppe aus Microcin B17-ähnlichen Peptiden, die nach neueren Erkenntnissen verbreiteter ist, als bisher bekannt. Plantazolicin ist schwach aktiv gegen grampositive Bakterien und besitzt die Masse 1335 Da. Das Biosynthesecluster umfasst zwölf Gene, mit allen nötigen Genen für Synthese, Modifikation, Regulation, Immunität und Export. / Bacillus amyloliquefaciens FZB42 is a Gram-positive, plant-associated bacterium, which stimulates plant growth and produces secondary metabolites that suppress soil-borne plant pathogens. Five gene clusters direct the non-ribosomal synthesis of the cyclic lipopeptides surfactin, bacillomycin, fengycin, an unknown peptide and the iron-siderophore bacillibactin. Three gene clusters direct the non-ribosomal synthesis of the antibacterial acting polyketides macrolactin, bacillaene and difficidin; in addition to the non-ribosomal synthesis of the antibacterial dipeptide bacilysin. Genes involved in ribosome-dependent synthesis of lantibiotics and other peptides are scarce. Only two incomplete gene clusters directing immunity against mersacidin and subtilin were found. In this work two ribosomally synthesized antibacterial peptides, amylocyclicin A and plantazolicin, and their corresponding gene clusters were identified. Amylocyclicin A is a circular peptide with a mass of 6381 Da and strong activity against Gram-positive bacteria. Six genes are responsible for the synthesis, maturation, export and immunity of this peptide belonging to group I of circular bacteriocins. Plantazolicin is a strongly modified hydrophobic peptide bearing a molecular mass of 1,335 Da and displaying antibacterial activity toward closely related Gram-positive bacteria. Essential modification contains the incorporation of azole heterocycles, which derive from Cys, Ser, and Thr residues of the precursor peptide and addition of two methyl groups. Twelve genes are responsible for synthesis, modification, export and immunity of this peptide belonging to the TOMM group of thiazol/oxazol modified microcins.

Understanding the conditions that favour the evolution and maintenance of spiteful bacteriocin production combines two important questions from the fields of social evolution and microbiology. Spiteful behaviours, though, initially thought to be rare represent an important class of interactions between bacteria through the production of bacteriocins. Bacteriocins can be considered spiteful as they are costly to produce (in many cases requiring lysis) and are costly to sensitive bacteria (i.e. they are lethal). However, much about the ecology of spiteful behaviours and bacteriocin production remains unclear. Mathematical models have given us important insights into some conditions that should favour bacteriocin production, but few empirical studies exist supporting these results. In this thesis I use the bacterium Pseudomonas aeruginosa (a prolific producer of bacteriocins), to examine conditions that favour bacteriocin production. I also investigate more specific elements about this system and toxin production in general. I find that bacteriocin production in P. aeruginosa closely follows predictions made from mathematical models under a range of different conditions (e.g. frequency, scale of competition, multiple social traits). I also find that resistance can evolve to bacteriocins and biological mechanisms such as the neutralisation of one’s own toxin can have important consequences. Finally, I consider bacteriocin as a policing trait testing predictions about the role that linkage plays in policing. This work represents a comprehensive study into the importance of bacteriocin production in bacteria.

Au cours de ce travail de thèse, nous nous sommes intéressés aux études taxonomiques des deux souches TN17 et Fr10 qui sont deux nouvelles espèces du genre Streptomyces dont nous avons proposé les nomenclatures suivantes : Streptomyces lilaceus sp. TN17 et Streptomyces microflavus sp. Fr10. A partir de la souche Streptomyces lilaceus sp. TN17, trois molécules on été purifiées et identifiées par le biais de plusieurs techniques spectroscopiques, il s’agit d’un dérivé de DKP (L-Leu, L-Arg), un dérivé de phtalate le di-(2-éthylhexyl) phtalate et un tértrapeptide cyclique : le 1 - [2 -(cyclopentanecarbonyl-3-phenylpropionyl] – pyrrolidine-2-carboxylique (1-carbamoyl-propyl)-amide. Ces trois molécules présentent des activités antibactériennes et antifongiques. Suite au criblage des souches de bactéries lactiques productrices de bactériocines de la collection de notre laboratoire et leurs caractérisations, nous avons identifié une nouvelle souche de Lactobacillus nommée Lactobacillus plantarum sp.TN635 qui produit une bactériocine « BacTN635 » de 3,8 KDa. Cette dernière a été purifiée à homogénéité, elle possède un spectre d’action très large contre les bactéries à Gram+, à Gram- et contre les champignons filamenteux et unicellulaires. BacTN635 a un effet bactéricide contre Listeria ivanovii BUG 496 et fongistatique contre Candida tropicalis R2 CIP203. / In This Thesis, we are interested in taxonomic studies of two strains TN17 and Fr10 which are two new species of the genus Streptomyces, and we have proposed the following names: Streptomyces lilaceus sp. TN17 and Streptomyces microflavus sp. Fr10. From Streptomyces lilaceus strain sp. TN17, three molecules have been purified and identified by means of several spectroscopic techniques, it is a derivative of DKP (L-Leu, Larg), a derivative of phthalate di-(2-ethylhexyl) phthalate and cyclic peptide 1 - [2 - (cyclopentanecarbonyl-3-phenylpropionyl] - pyrrolidine-2-carboxylic acid (1-carbamoylpropyl)- amide. All three molecules exhibit antibacterial and antifungal activities. A novel strain of lactic acid bacteria was isolated and characterized from a collection of our laboratory. It’s identified as a new strain of Lactobacillus, named Lactobacillus plantarum sp.TN635 producing a new bacteriocin "BacTN635" of 3.8 kDa, purified to homogeneity and spectrum with a very broad action against Gram + and Gram-, filamentous and unicellular fungi. BacTN635 has a bactericidal effect against Listeria ivanovii BUG 496 and fungistatic against Candida tropicalis R2 CIP203.

Mudanças nos hábitos alimentares dos consumidores têm aumentado a demanda por frutas frescas e polpas de frutas. Com isso, a busca por novos compostos com atividade antimicrobiana é de grande interesse, já que a aplicação de aditivos químicos convencionais em alimentos tem sido reavaliada devido à potencial toxicidade de alguns desses compostos. As bacteriocinas ou BLIS, produzidas por diferentes gêneros bacterianos, têm despertado grande interesse industrial para aplicação em alimentos em processos de bioconservação. No presente trabalho, foram obtidos 3 isolados bacterianos (A, B e C) a partir de polpa de abacaxi, produtores de substância antagonista frente a diferentes linhagens de Listeria monocytogenes e Bacillus sp. A natureza proteica das substâncias antagônicas produzidas pelos isolados foi confirmada pela sensibilidade à enzima ? - quimotripsina. As linhagens foram identificadas através de provas bioquímicas e moleculares como Bacillus cereus, com a colaboração da Fundação Oswaldo Cruz (Rio de Janeiro, Brasil). Para estudos mais detalhados da BLIS foi selecionado o isolado C denominado Bacillus cereus LFB-FIOCRUZ 1640. A melhor condição de incubação para produção da BLIS foi a 30ºC/24 horas, em caldo MRS. A BLIS apresentou estabilidade térmica por até 30 minutos a 80ºC e em ampla faixa de pH frente a L. monocytogenes. A purificação da BLIS foi realizada com resina Amberlite XAD-16 e de troca catiônica SP-Sepharose \"Fast Flow\", tendo o extrato apresentado um fator de purificação de 4,1 vezes e rendimento de 30%. O extrato obtido foi liofilizado e uma alíquota foi analisada por SDS-PAGE, o que permitiu a estimativa da massa molecular da BLIS de 25 kDa. A Concentração Bactericida Mínima (CBM) de 2 mg/mL foi determinada frente ao indicador L. monocytogenes e esta concentração de extrato foi aplicada em sistema modelo contendo polpa de abacaxi. A BLIS teve ação bactericida inibindo completamente L. monocytogenes por 24h/ 37ºC. Neste sentido, a aplicação da BLIS na área de alimentos e outras áreas farmacêuticas poderá ser explorada em outros trabalhos. / Changes in habits of consumers, with preference for healthy foods, have increased the demand for fruits and fruit pulps. Thus, there is great interest in searching new compounds with antimicrobial activity, since the application of conventional additives in foods is of concern due to the toxicity of some of these compounds. The bacteriocins or BLIS, produced by different bacteria genera, have increased the interest for its industrial application in food technology in processes of biopreservation. In this study, three isolates were obtained (A, B and C) from pineapple pulp, which produce antagonistic substances with activity against Listeria monocytogenes and Bacillus sp. The proteinaceous nature of the antagonistic substance produced by the isolates was confirmed by susceptibility to the enzyme ? - chymotrypsin. The strains were identified by biochemical and molecular tests as Bacillus cereus, in collaboration with Fundação Oswaldo Cruz (Rio de Janeiro, Brazil). Isolate C of Bacillus cereus was named LFB-FIOCRUZ 1640. The best condition of incubation for the BLIS production was 30°C for 24 hours in MRS broth. The BLIS was thermostable (up to 30 minutes at 80°C) and it was partially stable in the range of pH 2 to 9. The purification of the BLIS was performed with Amberllite XAD-16 and cation-exchange SP-Sepharose \"Fast Flow\" resins. The extract presented a purification factor of 4.1 times and 30% of yield. The extract was lyophilized and analyzed by SDS-PAGE. The molecular mass of the BLIS was estimated as 25 kDa. The Minimum Bactericidal Concentration (MBC) of 2 mg/mL was determined with the indicator L. monocytogenes, and this concentration of extract was applied in a model system containing pineapple pulp. The BLIS had bactericidal action which completely inhibited L. monocytogenes for 24h/37°C. The BLIS of B. cereus 1640 presents potential for application as an antimicrobial in food and other pharmaceutical areas.

Cinco linhagens bacteriocinogênicas foram selecionadas quanto às suas propriedades sensoriais e tecnológicas em leite. Somente Lactococcus lactis ssp. lactis CTC204 apresentou as características (baixa acidificação e proteólise) adequadas para a fabricação de queijo Minas Frescal. Contudo, a baixa atividade da bacteriocina (3x102UA.mL-1) inviabilizou a sua utilização como bioconservante para a produção in situ no queijo. Estudos para obtenção de um bio-ingrediente foram conduzidos. A atividade da bacteriocina foi maior em leite adicionado com extrato de levedura e glicose (1,3x104UAmL-1) comparado com prebioticos (fruto-oligiossacarideo e inulina). A secagem em Spray-drier originou um bio-ingrediente com atividade de 1,3x105UAmL-1. Listeria monocytogenes ATCC7644 (4,0LogUFC.mL-1) foi inoculada nos queijos obtidos por acidificação do leite pasteurizado e microfiltrado. A contagem aumentou 6,2LogUFC.gL-1 e 2LogUFC.gL-1 no 15° e 21º dia de estocagem a 6±1°C, respectivamente, nos queijos sem e com adição de 10% do bio-ingrediente. Portanto, inibição de 4,2 LogUFC.g-1 do patógeno no 15° dia de estocagem. / Among the five bacteriocin-producing lactic bacteria strains tested, only Lactococcus lactis subsp. cremoris CTC 204 presented suitable sensory and technological properties for Minas Frescal cheesemaking process. However, because of the low yield of bacteriocin production in milk (3.0x102 AU.mL-1), its use as biopreservative for in situ production in cheese was impractical. We carried out experiments to obtain a bioingredient. Bacteriocin activity was higher in milk supplemented with glycose and yeast extract (1.3x104 AU.mL-1) compared to probiotics (fructooligosaccharides and inulin). Spray drying fermented milk originated a bioingredient presenting activity of 1.3x105 AU.mL-1. Population count of Listeria monocytogenes ATCC 7644, inoculated (4.0 Log CFU.mL-1) in cheese produced by direct acidification of pasteurized microfiltered milk, reached 6.2 Log CFU.g-1 and 2.0 Log CFU.g-1 at day 15 of storage at 6±1°C, in cheese without and with addition of 10% of bioingredient, respectively, therefore presenting pathogen inhibition of 4.2 Log CFU.g- 1 at day 15 of storage.

Pediocinas são moléculas catiônicas, pequenas, organizadas em porção N-terminal hidrofílica- YGNGV e porção C-terminal anfifílica variável. A termoestabilidade e ação antimicrobiana agregam características importantes a essas bacteriocinas da classe IIa. Por meio da biopreservação alimentar, a atividade anti-listeria tornou-se uma particularidade dessas biomoléculas. Dentre as bactérias ácido láticas (BALs) encontram-se diferentes cepas bioprodutoras de pediocinas com importantes propriedades biotecnológicas. O gênero de Pediococcus spp.define-se por cocos rearranjados em tétrades, catalase negativa e anaeróbios facultativos. Pediococcus pentosaceus e Pediococcus acidilactici são as principais espécies empregadas na otimização da biosíntese de pediocinas. Alguns estudos desenvolvem-se com isolados bacterianos provenientes de múltiplos nichos biológicos e promovem sistemas heterogênios para conduzir os processos fermentativos. O atual estudo reune as informações significantes a respeito de cultivo, modo de ação, variedade de micro-organismos produtores do gênero Pediococcus spp. e aplicações biotecnológicas, ênfase nas alimentares para melhor compreensão do tema proposto. / Pediocins are cationic molecules, small, arranged in a hydrophilic N-terminal portion - YGNGV - and an amphiphilic C-terminal variable portion. The thermal stability and antimicrobial effect add important features to these bacteriocins of class IIa. Through food biopreservation, anti-listeria activity became a peculiarity of these biomolecules. Among the lactic-acid bacteria (LAB), are different pediocin bioproducer strains with important biotechnological properties. Pediococcus spp. are characterized by coccus shaped bacteria arranged in tetrads, Gram-positive, non-motile, non-spore forming, catalase negative and facultative anaerobes. Pediococcus pentosaceus and Pediococcus acidilactici are the main species used in the optimization of the pediocins biosynthesis. Some studies have been developed with bacteria isolates from multiple biological niches and promote heterogeneous systems to conduct fermentation processes. This review joins the most significant information about cultivation, mode of action, variability of bacteriocin producer microorganisms from Pediococcus spp. and the biotechnological application of these bacteriocins, with emphasis on food products.

Nisina é um peptídeo antimicrobiano natural produzido por Lactococcus lactis subsp. lactis ATCC 11454 durante a fase exponencial de crescimento. A bacteriocina é usada como conservante natural de alimentos, uma vez que mostra atividade antimicrobiana contra bactérias Gram-positivas e esporos. Tem potencial aplicação em inúmeros campos (farmacêutico, veterinário e cosméticos). O objetivo deste trabalho foi estudar a cinética de crescimento bacteriano e a produção de nisina em biorreator, utilizando leite desnatado diluído, como um meio de cultura a baixo custo. Também foram avaliados os consumos de açúcar e proteína, formação de ácido lático e adsorção de nisina nas células produtoras durante os processos de produção de nisina. Pré-cultivos com 107 UFC.mL-1 de Lactococcus lactis foram cultivados em biorreator de 2 L contendo 25% de leite desnatado diluído em água (1,5 L, pH 6,7). Os ensaios foram esenvolvidos a 30°C por 52 horas, variando a agitação e aeração: (i) 200 rpm (0,0, 0,5, 1,0 e 2,0 L.min-1) e (ii) 100 rpm (0,0 e 0,5 L.min-1). A atividade de nisina foi avaliada pelo método de difusão em ágar, utilizando Lactobacillus sakei ATCC 15521 como microrganismo sensível à ação de nisina. A melhor concentração de nisina (62,68 mg.L-1 ou 2511,89 AU.mL-1), foi obtida em 16 horas, 200 rpm e sem aeração (kLa = 5,29 x 10-3 h-1). A adsorção de nisina nas células produtoras foram baixas (6,8 - 15,1%), quando comparadas com a atividade do sobrenadante. Estes resultados mostraram que o meio de cultivo composto por leite desnatado diluído favoreceu o crescimento celular e produção associada ao crescimento da nisina. Foram realizados estudos preliminares de liofilização (bioconservação) e purificação por cromatografia da nisina produzida em biorreator. A liofilização apresentou perda da atividade de nisina (24,8%), enquanto a purificação por cromatografia de interação hidrofóbica com resina Butyl-Sepharose, recuperou 40% da atividade da biomolécula, mostrando que ambos os processos poderão ser aplicados à bacteriocina. / Nisin is a natural antimicrobial peptide produced by Lactococcus lactis subsp. lactis ATCC 11454 during its exponential growth phase. The bacteriocin is used as natural food preservative due to its antimicrobial activity against Gram-positive bacteria and outgrowth of spores. This property allows its application in numerous fields (pharmaceutical, veterinary and cosmetic). The aim of this work was to study the bacterial growth kinetics of L. lactis and respective nisin production in bioreactor, using diluted skimmed milk as an inexpensive medium. During the production, the consumption of sugar and protein, lactic acid formation and nisin adsorption on the producer strain cells were evaluated. Pre-cultivation with 107 UFC.mL-1 of L. lactis were expanded in a 2 L bioreactor containing 25% diluted skimmed milk in water (1.5 L, pH 6.7). The assays were performed at 30°C for 52 hours, varying agitation and airflow rate: (i) 200 rpm (0.0, 0.5, 1.0 and 2.0 L.min-1) and (ii) 100 rpm (0.0, 0.5 L.min-1). Nisin activity was evaluated through diffusion assays using Lactobacillus sakei ATCC 15521 as sensitive strain. The best nisin concentration (62.68 mg.L-1 or 2511.89 AU.mL-1), was achieved at 16 hours, 200 rpm and with no airflow rate (kLa = 5.29 x 10-3 h-1). The quantity of nisin adsorbed by the producer cells were low (6.8 -15.1%) when compared to the quantity released in the supernatant. These results showed that diluted skimmed milk supported cell growth and growth-associated nisin. Preliminary assays of lyophilization (biopreservation) and purification by chromatography of nisin produced in bioreactor were performed. Lyophilization presented a loss of nisin activity (24.8%) while purification by hydrophobic interaction chromatography with Butyl-Sepharose column recovered 40% of the activity, showing that both processes can be applied to the bacteriocin.

Nisina é um peptídeo antimicrobiano natural produzido por Lactococcus lactis subsp. lactis ATCC 11454 durante a fase exponencial de crescimento. A bacteriocina é usada como conservante natural de alimentos, uma vez que mostra atividade antimicrobiana contra bactérias Gram-positivas e esporos. Tem potencial aplicação em inúmeros campos (farmacêutico, veterinário e cosméticos). O objetivo deste trabalho foi estudar a cinética de crescimento bacteriano e a produção de nisina em biorreator, utilizando leite desnatado diluído, como um meio de cultura a baixo custo. Também foram avaliados os consumos de açúcar e proteína, formação de ácido lático e adsorção de nisina nas células produtoras durante os processos de produção de nisina. Pré-cultivos com 107 UFC.mL-1 de Lactococcus lactis foram cultivados em biorreator de 2 L contendo 25% de leite desnatado diluído em água (1,5 L, pH 6,7). Os ensaios foram esenvolvidos a 30°C por 52 horas, variando a agitação e aeração: (i) 200 rpm (0,0, 0,5, 1,0 e 2,0 L.min-1) e (ii) 100 rpm (0,0 e 0,5 L.min-1). A atividade de nisina foi avaliada pelo método de difusão em ágar, utilizando Lactobacillus sakei ATCC 15521 como microrganismo sensível à ação de nisina. A melhor concentração de nisina (62,68 mg.L-1 ou 2511,89 AU.mL-1), foi obtida em 16 horas, 200 rpm e sem aeração (kLa = 5,29 x 10-3 h-1). A adsorção de nisina nas células produtoras foram baixas (6,8 - 15,1%), quando comparadas com a atividade do sobrenadante. Estes resultados mostraram que o meio de cultivo composto por leite desnatado diluído favoreceu o crescimento celular e produção associada ao crescimento da nisina. Foram realizados estudos preliminares de liofilização (bioconservação) e purificação por cromatografia da nisina produzida em biorreator. A liofilização apresentou perda da atividade de nisina (24,8%), enquanto a purificação por cromatografia de interação hidrofóbica com resina Butyl-Sepharose, recuperou 40% da atividade da biomolécula, mostrando que ambos os processos poderão ser aplicados à bacteriocina. / Nisin is a natural antimicrobial peptide produced by Lactococcus lactis subsp. lactis ATCC 11454 during its exponential growth phase. The bacteriocin is used as natural food preservative due to its antimicrobial activity against Gram-positive bacteria and outgrowth of spores. This property allows its application in numerous fields (pharmaceutical, veterinary and cosmetic). The aim of this work was to study the bacterial growth kinetics of L. lactis and respective nisin production in bioreactor, using diluted skimmed milk as an inexpensive medium. During the production, the consumption of sugar and protein, lactic acid formation and nisin adsorption on the producer strain cells were evaluated. Pre-cultivation with 107 UFC.mL-1 of L. lactis were expanded in a 2 L bioreactor containing 25% diluted skimmed milk in water (1.5 L, pH 6.7). The assays were performed at 30°C for 52 hours, varying agitation and airflow rate: (i) 200 rpm (0.0, 0.5, 1.0 and 2.0 L.min-1) and (ii) 100 rpm (0.0, 0.5 L.min-1). Nisin activity was evaluated through diffusion assays using Lactobacillus sakei ATCC 15521 as sensitive strain. The best nisin concentration (62.68 mg.L-1 or 2511.89 AU.mL-1), was achieved at 16 hours, 200 rpm and with no airflow rate (kLa = 5.29 x 10-3 h-1). The quantity of nisin adsorbed by the producer cells were low (6.8 -15.1%) when compared to the quantity released in the supernatant. These results showed that diluted skimmed milk supported cell growth and growth-associated nisin. Preliminary assays of lyophilization (biopreservation) and purification by chromatography of nisin produced in bioreactor were performed. Lyophilization presented a loss of nisin activity (24.8%) while purification by hydrophobic interaction chromatography with Butyl-Sepharose column recovered 40% of the activity, showing that both processes can be applied to the bacteriocin.

Pediocinas são moléculas catiônicas, pequenas, organizadas em porção N-terminal hidrofílica- YGNGV e porção C-terminal anfifílica variável. A termoestabilidade e ação antimicrobiana agregam características importantes a essas bacteriocinas da classe IIa. Por meio da biopreservação alimentar, a atividade anti-listeria tornou-se uma particularidade dessas biomoléculas. Dentre as bactérias ácido láticas (BALs) encontram-se diferentes cepas bioprodutoras de pediocinas com importantes propriedades biotecnológicas. O gênero de Pediococcus spp.define-se por cocos rearranjados em tétrades, catalase negativa e anaeróbios facultativos. Pediococcus pentosaceus e Pediococcus acidilactici são as principais espécies empregadas na otimização da biosíntese de pediocinas. Alguns estudos desenvolvem-se com isolados bacterianos provenientes de múltiplos nichos biológicos e promovem sistemas heterogênios para conduzir os processos fermentativos. O atual estudo reune as informações significantes a respeito de cultivo, modo de ação, variedade de micro-organismos produtores do gênero Pediococcus spp. e aplicações biotecnológicas, ênfase nas alimentares para melhor compreensão do tema proposto. / Pediocins are cationic molecules, small, arranged in a hydrophilic N-terminal portion - YGNGV - and an amphiphilic C-terminal variable portion. The thermal stability and antimicrobial effect add important features to these bacteriocins of class IIa. Through food biopreservation, anti-listeria activity became a peculiarity of these biomolecules. Among the lactic-acid bacteria (LAB), are different pediocin bioproducer strains with important biotechnological properties. Pediococcus spp. are characterized by coccus shaped bacteria arranged in tetrads, Gram-positive, non-motile, non-spore forming, catalase negative and facultative anaerobes. Pediococcus pentosaceus and Pediococcus acidilactici are the main species used in the optimization of the pediocins biosynthesis. Some studies have been developed with bacteria isolates from multiple biological niches and promote heterogeneous systems to conduct fermentation processes. This review joins the most significant information about cultivation, mode of action, variability of bacteriocin producer microorganisms from Pediococcus spp. and the biotechnological application of these bacteriocins, with emphasis on food products.

Bacteriocins are antimicrobial peptides ribosomally synthesized by various bacteria. In particular, the bacteriocins produced by lactic acid bacteria have recently received great attention due to their wide applicability and also because they are produced by microorganisms safe for human consumption. There are numerous studies reporting bacteriocin production by different lactic acid bacteria, as well as its optimization by using alternative substrate. Some of these studies point to milk/cheese whey as a potential low-cost source for the cultivation of lactic acid bacteria and the production of biocomposites, such as bacteriocins. Several researches refer to the production of bacteriocins, mainly nisin. On the other hand, the production of bacteriocins by Lactobacillus plantarum strains still limited. In this context, the present work first studied the growth and production of bacteriocin by L. plantarum strain ST16Pa when cultivated in Man, Rogosa and Sharpe (MRS) broth with and without inulin supplementation incubated under shaken and stationary conditions. The results indicated that this strain has higher growth when cultured in aerobiosis; however, the highest bacteriocin activity is obtained in stationary condition. The stability and partitioning of bacteriocin from the fermented MRS broth of L. plantarum ST16Pa in the PEG/NaPA/electrolytes aqueous two-phase systems was also studied. After 1 h in temperatures from 50 °C to 80 °C and pH from 3.0 to 8.0, the produced bacteriocin remained stable. In addition, the proposed partition system has proved to be an economical alternative for the recovery and purification of this biomolecule. Motivated by the trend in use industrial by products aiming the production of high value-added biocomposites, we investigated the performance of milk/cheese whey as alternative substrate for L. plantarum ST16Pa growth and for the production of antimicrobial biomolecules by this strain. For this purpose, the study was divided in two steps, being the first developed using whey powder supplemented according to the Plackett & Burman experimental design, with 12 trials and 4 central points. Although the proposed design was not the ideal statistical tool to optimize the bacteriocin ST16Pa production, through it was possible to obtain a formulation, which resulted in greater inhibition zones when compared with previous date reported by other authors using the same strain cultured in cheese whey. Later, still using L. plantarum strain ST16Pa, we investigated the production of bacteriocin and lactate in fresh cheese whey previously hydrolyzed by Flavourzyme or Lactozym. The cultures were optimized by supplementing this medium with different concentrations of soybean flour, which were incubated under aerobic and microaerophilic/anaerobic conditions. The highest values of bacteriocin activity (7,367.23 AU/mL) and lactate yield (Ylactate/lactose = 1.39 g/g) were obtained under anaerobic conditions using 10 g/L of soybean flour to supplement cheese whey prehydrolyzed with Flavourzyme during 3 h. Finally, the cell-free supernatant resulted from this cultivation was applied on the surfaces of chicken breast fillets artificially contaminated with Enterococcus faecium 711, showing biopreservative efficiency during 7 days of storage under refrigeration. / Bacteriocinas são peptídeos antimicrobianos sintetizados por diversas bactérias. Em particular, as bacteriocinas produzidas por bactérias ácido-láticas têm recebido crescente destaque devido sua ampla aplicabilidade e também por serem produzidas por microorganismos seguros para o consumo humano. Inúmeros estudos relatam a produção de bacteriocina por diversas bactérias ácido-láticas, bem como a otimização da produção desta biomolécula utilizando fontes alternativas de substrato. Alguns destes estudos apontam o soro de leite/queijo como uma fonte potencial e de baixo custo para o cultivo de bactérias láticas e produção de biocompostos, tais como bacteriocinas. Diversas pesquisas se referem à produção de bacteriocinas, principalmente a nisina. Por outro lado, a produção de bacteriocinas por cepas de Lactobacillus plantarum ainda é limitada. Neste âmbito, o presente trabalho estudou, primeiramente, o crescimento e produção de bacteriocina pela cepa L. plantarum ST16Pa quando cultivada em caldo Man, Rogosa e Sharpe (MRS) com e sem suplementação de inulina sob condições aeradas e sem agitação. Os resultados indicaram que este micro-organismo tem maior crescimento quando cultivado em aerobiose, entretanto, os maiores valores de atividade da bacteriocina produzida foram obtidos em cultivos não agitados. Ainda utilizando MRS para o cultivo desta cepa, investigou-se a estabilidade e partição da bacteriocina em sistema aquoso de duas fases do tipo PEG/NaPA/electrólitos. Após 1 h submetida à temperaturas entre 50 °C e 80 °C e pH entre 3,0 e 8,0, a bacteriocina produzida permaneceu estável. Além disso, o sistema de partição proposto demonstrou ser uma alternativa econômica para recuperação e purificação desta biomolécula. Motivados pela tendência do uso de subprodutos industriais para a produção de biocompostos de alto valor agregado, investigou-se o desempenho do soro de leite/queijo como substrato alternativo para o crescimento de L. plantarum ST16Pa e a consequente produção de biomoléculas antimicrobianas por esta cepa. O estudo foi divido em duas etapas, sendo a primeira desenvolvida utilizando soro de leite em pó suplementado de acordo com o delineamento experimental Plackett & Burman, com 12 ensaios e mais 4 pontos centrais. Embora o delineamento proposto não tenha sido a ferramenta estatística ideal para alcançar a otimização da produção de bacteriocina ST16Pa, através do mesmo foi possível obter uma formulação, a qual gerou maiores halos de inibição quando comparados com resultados prévios reportados por outros autores utilizando a mesma cepa cultivada em soro de queijo. Posteriormente, ainda utilizando L. plantarum ST16Pa, investigou-se a produção de bacteriocina e lactato em soro de queijo fresco previamente hidrolisado por Flavourzyme ou Lactozym. Os cultivos foram otimizado através da suplementação deste meio de cultura com diferentes concentrações de farinha de soja, os quais foram incubados sob condições aeróbicas e microaerofílicas/anaeróbicas. Os maiores valores de atividade da bacteriocina (7367,23 AU/mL) e rendimento de lactato (Ylactate/lactose = 1,39 g/g) foram obtidos sob condições anaeróbicas utilizando 10 g/L de farinha de soja para suplementar o soro de queijo hidrolizado por Flavourzyme durante 3 h. Por fim, o sobrenadante resultante deste cultivo foi aplicado sobre a superfície de filés de peito de frango artificialmente contaminados por Enterococcus faecium 711, demonstrando eficiência como bioconservante durante 7 dias de armazenamento sob refrigeração.