A produção de bacteriocina por Bactérias Ácido Lácticas tem atraído grande atenção por causa do seu status GRAS (Generally Recognized as Safe), e seu uso potencial como aditivo seguro para a conservação de alimentos. Em função de suas características antimicrobianas, as bacteriocinas têm sido testadas como bioconservadores em diversos produtos, mostrando atividade contra microrganismos patogênicos. Porém, o elevado custo de produção ainda tem sido um fator relevante para ampla utilização deste tipo de conservante. Portanto, o objetivo deste trabalho foi avaliar a viabilidade da produção de enterocinas, utilizando soro de leite parcialmente desmineralizado e água de maceração de milho (milhocina) como substrato. Foram avaliados 5 isolados de enterococos (Efm20, Efm22, Efm24, Efm25 e Efs27) produtores de enterocina em meio MRS frente a bactéria Listeria innocua CLIP 12612 e Listeria monocytogenes 2032. O meio de cutura MRS foi substituido na concentração de 25% por soro de leite ou milhocina. O ensaio da ação da enterocina foi realizado pelo método de difusão em poços. O caráter proteico da bacteriocina foi confirmado após incubação com enzimas proteolíticas α-quimiotripsina, protease e proteinase-K. A produção de peróxido de hidrogênio e ácido lático foram descartadas pela utilização de catalase e neutralização com NaOH. O sobrenadante livre de células (CFS) obtido em ambos substratos foram tratados a 80 °C e 100 °C, apresentando termoestabilidade. Os CFS obtidos em MRS com milhocina pelo isolado Efm22 (24 horas) atingiu 6400 UA/mL frente às duas bactérias indicadoras. Já os isolados Efm24 (24 horas) e Efm20 (18 horas) chegaram a 6400 UA/mL frente a Listeria innocua CLIP 12612. Em soro de leite, os maiores valores de UA/mL ocorreram pelos isolados Efm20, Efm25 e Efs27 (24 horas). Em conclusão, constatou-se que os substratos testados apresentam potencial para serem aplicados na fabricação de bioconservantes de produtos alimentícios. / The production of bacteriocin by Lactic Acid Bacteria has attracted great attention because of its GRAS (Generally Recognized as Safe) status, and its potential use as a safe additive for food preservation. Due to their antimicrobial characteristics, bacteriocins have been tested as bioconservatives in several products, showing activity against pathogenic microorganisms. However, the high cost of production has still been a relevant factor for the wide use of this type of preservative. Therefore, the objective of this work was to evaluate the viability of enterocin production using partially demineralized whey and corn steep liquor as substrate. Five Enterococcus isolates (Efm20, Efm22, Efm24, Efm25 and Efs27) were tested on MRS medium against Listeria innocua CLIP 12612 bacterium and Listeria monocytogenes 2032. The MRS culture medium was replaced at 25% concentration by whey or corn steep liquor.The assay of the action of enterocin was performed by the well diffusion method. The proteinic character of bacteriocina was confirmed after incubation with proteolytic enzymes α-chymotrypsin, protease and proteinase-K. The production of hydrogen peroxide and lactic acid were discarded by the use of catalase and neutralization with NaOH. The cell free supernatant (CFS) obtained on both substrates were treated at 80 ° C and 100 ° C, exhibiting thermostability. The CFS obtained in MRS with corn steep liquor by the Efm22 isolate (24 hours) reached 6400 AU / mL against the two indicator bacteria. On the other hand, the isolates Efm24 (24 hours) and Efm20 (18 hours) reached 6400 AU / mL compared to Listeria innocua CLIP 12612. In whey, the highest values of UA / mL occurred with the isolates Efm20, Efm25 and Efs27 (24 hours). In conclusion, it was verified that the substrates tested have potential to be applied in the manufacture of food product bioconservants.

Peptídeos antimicrobianos são vistos como alternativas promissoras a serem empregadas pela iindústria farmacêutica no controle de infecções causadas por microrganismos, como também na indústria alimentícia, onde podem desempenhar papéis como conservantes naturais de alimentos. Plantaricina149 é um membro deste grupo, sendo composto por 22 resíduos de aminoácidos, com natureza catiônica e atividade inibitória sobre algumas bactérias patogênicas. Neste trabalho, foram sintetizados diferentes peptídeos análogos à Plantaricina149 para investigar suas ações sobre microrganismos (bactérias e fungos), a fim de correlacionar estes estudos com a ação lítica do peptídeo em modelos de membrana diversos (monocamadas e vesículas fosfolipídicas). A interação de Plantaricina149 com estes sistemas foi monitorada pelas espectroscopias de dicroísmo circular e fluorescência, ensaios de tensão superficial, calorimetria e ressonância plasmônica de superfície, e mostrou ser altamente específica para superfícies fosfolipídicas que apresentam densidade de cargas negativas, tais como a membrana celular de bactérias. A interação eletrostática inicial que se estabelece entre o peptídeo e os fosfolipídios é de extrema importância, sendo capaz de induzir uma estruturação helicoidal na região C-terminal do peptídeo, enquanto a região Nterminal contribui com as interações hidrofóbicas necessárias para a penetração do peptídeo nas camadas fosfolipídicas levando a ruptura das mesmas. De forma semelhante, a atividade antimicrobiana de Plantaricina149a (e alguns de seus análogos) também mostrou ser resultado das interações das duas regiões da molécula, e foi afetada com a retirada ou modificação da região N-terminal do peptídeo. Com a deleção desta região, o peptídeo passou a ter somente ação bacteriostática sobre Staphylococcus aureus e Pseudomonas aeruginosa, perdendo a capacidade bactericida. / Antimicrobial peptides are seen as promising alternatives to be employed in pharmaceutical industry for controlling infections caused by microorganisms, and also in food industry, where they can play roles as natural food preservatives. Plantaricina149 is a member of this group, constituted of 22 amino acid residues, cationic in nature and presenting inhibitory activity against some pathogenic bacteria. In this work, different Plantaricina149 analog peptides were synthesized to investigate their action against microorganisms (bacteria and fungi), with the aim of correlating these studies with the lytic action of the peptide on several membrane models (phospholipid monolayers and vesicles). The Plantaricina149 interaction with these systems was monitored by circular dichroism and fluorescence spectroscopies, surface tension assays, calorimetry and surface plasmon resonance, and showed to be highly specific to phospholipid surfaces that present negative charge density, such as the bacteria cell membrane. The initial peptide-phospholipids electrostatic interaction is extremely important, and it is capable of inducing a helical structure in the peptide C-terminal region, while the Nterminal region contributes with the hydrophobic interactions needed to the peptide penetration in the phospholipid layers and to the disruption of them. Similarly, the Plantaricina149 antimicrobial activity has also proved to be a result of the interactions from the two regions of the molecule, and it was strongly affected by the removal or modification of the peptide N-terminal region. Promoting the deletion of this region has left the peptide only with a bacteriostatic action against Staphylococcus aureus and Pseudomonas aeruginosa, removing its bactericide ability.

Orientadores: Arnaldo Yoshiteru Kuaye, Izildinha Moreno / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-08T11:59:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Nascimento_MaristeladaSilvado_D.pdf: 987996 bytes, checksum: b40b83ce1cfdfd6fe5e6d3a67301de6d (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: A biopreservação é uma técnica utilizada para estender a vida útil e aumentar a segurança dos alimentos por meio do emprego de microbiota protetora e/ou seus peptídeos antimicrobianos. O objetivo deste trabalho foi avaliar a atividade antimicrobiana de culturas produtoras de bacteriocinas sobre alguns patógenos Gram-positivos de ocorrência comum em produtos lácteos. As culturas bacteriocinogênicas Lactococcus lactis subsp. Lactis ATCC 11454, Lactobacillus plantarum ALC 01 e Enterococcus faecium FAIR-E 198 apresentaram comportamento distinto em relação à produção de bacteriocinas quando inoculadas em caldo MRS e em leite desnatado reconstituído (LDR) a 10%. Na avaliação do espectro de ação antimicrobiano pelo método de difusão em ágar por inoculação em poços, as bacteriocinas produzidas por Lb. plantarum ALC 01 e E. faecium FAIR-E 198 apresentaram atividade inibitória apenas sobre as linhagens de Listeria monocytogenes, já a nisina produzida por Lc. lactis subsp. lactis ATCC 11454 demonstrou espectro de ação mais amplo, porém com menor atividade que as demais culturas bacteriocinogênicas. Na avaliação da compatibilidade de desenvolvimento associativo com fermentos lácticos comerciais, somente Lc. lactis subsp. lactis ATCC 11454 apresentou atividade (halo de 6mm) sobre as linhagens constituintes de ambos os fermentos lácticos avaliados. A determinação da atividade acidificante foi realizada em LDR 10% após 8 e 24h de incubação a 35ºC; a adição de 0,1% e de 0,5% das culturas bacteriocinogênicas não afetou significativamente a capacidade de acidificação dos fermentos lácticos. Além disso, observou-se que o desenvolvimento associativo dos fermentos lácticos com Lb. Plantarum ALC 01 e E. faecium FAIR-E 198, em ambas as concentrações, proporcionou significativo aumento da atividade das bacteriocinas destas culturas, enquanto que a atividade da nisina de Lc. lactis subsp. lactis ATCC 11454 foi suprimida. A atividade de aminopeptidases foi determinada após desenvolvimento das culturas lácticas em caldo MRS, Lb. Plantarum ALC 01 apresentou as maiores atividades. Também foi analisado o comportamento de patógenos Gram-positivos durante desenvolvimento associativo com as culturas produtoras de bacteriocinas e fermento láctico em LDR 10% a 35ºC por 48h. Lb. plantarum ALC 01 e E. faecium FAIR-E 198 não influenciaram significativamente o desenvolvimento de Bacillus cereus K1-B041 e de Staphylococcus aureus ATCC 27154 durante as primeiras 24h de incubação a 35ºC, contudo apresentaram forte ação inibitória sobre L monocytogenes Scott A. Já Lc. lactis subsp. lactis ATCC 11454 afetou o desenvolvimento de todos os patógenos apenas durante as primeiras 12h de incubação. O fermento láctico demonstrou significativa ação inibitória sobre B. cereus K1-B041 (>7,37 log UFC/ml) e L monocytogenes Scott A (>6,26 log UFC/ml). Em queijo Minas Frescal, não foi observada diferença significativa entre a ação das culturas bacteriocinogênicas e o fermento láctico sobre L. monocytogenes Scott A e S. aureus ATCC 27154. B. cereus K1-B041 demonstrou susceptibilidade a Lb. plantarum ALC 01 e E. faecium FAIR-E 198 após 7 dias. Pelo método de diluição crítica não foi detectada atividade de bacteriocina nos queijos durante os 21 dias de estocagem a 8 ± 1ºC. A adição das culturas produtoras de bacteriocinas como adjuntas ao queijo Minas Frescal não promoveu alteração no pH e na acidez, contudo Lb. plantarum ALC 01 e E. faecium FAIR-E 198 promoveram aumento da proteólise primária e secundária. Embora os resultados obtidos demonstrem que as culturas bacteriocinogênicas avaliadas não possam ser empregadas como único método de conservação, estas podem atuar em sinergia com outros fatores para aumentar a eficiência no controle de patógenos Gram-positivos, especialmente L. monocytogenes, em produtos lácteos fermentados / Abstract: The biopreservation system, such as bacteriocinogenic lactic bacteria cultures and/or their bacteriocins, have received increasing attention and new approaches to control pathogenic and spoilage microorganisms have been developed. The purpose of this study was to evaluate the action of bacteriocin-producing cultures (Lactococcus lactis subsp. lactis ATCC 11454, Lactobacillus plantarum ALC 01 and Enterococcus faecium FAIR-E 198) on some Gram-positive pathogens in different culture media and dairy products. The bacteriocin production was influenced by the media. The antimicrobial activity of these cultures was evaluated by agar-well diffusion assay. The bacteriocins produced by Lb. plantarum ALC 01 and E. faecium FAIR-E 198 presented inhibitory activity on Listeria monocytogenes alone, on the other hand, the nisin produced by Lc. lactis subsp. Lactis ATCC 11454 demonstrated wide action spectrum, albeit with lower activity. In compatibility of associative development evaluation with the commercial starter culture, only Lc. lactis subsp. lactis ATCC 11454 presented activity on the starter culture. The acidifier activity determination was carried out in skimmed milk after 8h and 24h of incubation at 35ºC. The addition of 0.1% and 0.5% of the bacteriocinogenic cultures did not affect the production of lactic acid by the starter culture. The associative development of the starter culture with Lb. plantarum ALC 01 and E. faecium FAIR-E 198 provided significant increase in bacteriocin activity of these cultures, while the activity of Lc. Lactis subsp. lactis ATCC 11454 nisin was suppressed. The aminopeptidase activity was determined after cellular lise of the lactic cultures previously grown in MRS broth. Lb plantarum ALC 01 presented the largest activity. Moreover, the behavior of Gram-positive pathogens was analyzed during co-culture with the bacteriocin-producing bacteria and with the starter culture in skimmed milk. Lb. plantarum ALC 01 and E. faecium FAIR-E 198 did not influence the development of Bacillus cereus K1-B041 and of Staphylococcus aureus ATCC 27154 during the first 24h of incubation at 35ºC. They presented strong inhibition on L. monocytogenes Scott A. Lc. lactis subsp. lactis ATCC 11454 affected the development of the pathogens studied during the first 12h of incubation. The starter culture demonstrated good inhibition of B. cereus K1-B041 (>7.37 log UFC/ml) and L monocytogenes Scott A (>6.26 log UFC/ml). In Minas Frescal cheese, significant difference was not observed between the action of the bacteriocinogenic cultures and the starter culture on L. monocytogenes Scott A and S. aureus ATCC 27154. B. cereus K1- B041 demonstrated susceptibility to Lb. plantarum ALC 01 and E. faecium FAIR-E 198 after 7 days. Bacteriocin activity was not detected in the cheeses during 21 days at 8 ± 1ºC. The addition of the bacteriocin-producing bacteria as an adjunct culture to the Minas Frescal cheese did not promote alteration in the pH and in the acidity, however Lb. plantarum ALC 01 and E. faecium FAIR-E 198 promoted an increase of the cheese proteolysis. Although the obtained results demonstrated that bacteriocinogenic cultures cannot be used as only method of conservation, these can be used as an additional barrier to optimize the control of Gram-positive pathogens, especially L. monocytogenes, in dairy products / Doutorado / Doutor em Tecnologia de Alimentos

Orientador: Reginaldo Bruno Gonçalves / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Odontologia de Piracicaba / Made available in DSpace on 2018-08-08T12:34:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Kamiya_RegianneUmeko_D.pdf: 1901318 bytes, checksum: 6b54c1e6cbe9e4b6b6fb94ea27db2ec2 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Esta tese, apresentada na forma de 3 artigos, teve por objetivos: (1) analisar a freqüência dos genes de produção de mutacinas I, II, III e IV, em genótipos de S. mutans isolados de indivíduos cárie-ativos e livres de cárie, (2) analisar a freqüência dos genes de produção das mutacinas I, II, III, IV, N, B-Ny 266, 1140 e genes homólogos às bacteriocinas, identificadas em outras espécies bacterianas, em cepas de S. mutans isolados de crianças, bem como detectar a expressão diferencial dos genes identificados, em células de S. mutans crescidas na condição planctônica e séssil, (3) analisar a expressão dos genes de produção das mutacinas I, II e proteínas kinases CiaH, Dgk e ComD, em diferentes fases do crescimento planctônico e séssil. O rastreamento e a freqüência dos genes estruturais de diferentes mutacinas em isolados de S. mutans, foram realizados pela técnica de PCR e a análise da expressão gênica, pela técnica de RT-PCR semi-quantitativa. Os estudos, apresentados nesta tese, demonstraram o papel das mutacinas como um fator de virulência, altamente diversificado entre a espécie S. mutans, e relacionado com o risco de cárie. Este fator de virulência, pode ser regulado por mecanismos quorum-sensing, sendo assim, dependente da condição de crescimento planctônica ou séssil. A regulação da produção de mutacinas, por mecanismos quorum-sensing, pode representar uma vantagem seletiva à espécie produtora, principalmente em ambiente complexo, como o biofilme dental e lesões de cárie. Futuramente, mais estudos serão necessários para identificar novos determinantes genéticos, necessários para a síntese de substâncias semelhantes às mutacinas, bem como, identificar os mecanismos e componentes, que modulam a expressão deste importante fatorde virulência em S. mutans / Abstract: This thesis, comprised of 3 manuscripts was designed (1) to analyse the frequency of biosynthesis genes of the mutacins types I, II, III and IV, in S. mutans isolated from caries-affected and caries-free individuals, (2) to analyse the frequency of biosynthesis genes of the mutacins types I, II, III, IV, N, B-Ny 266, 1140 and genes homologues to bacteriocins identified in other bacterial species, in S. mutans isolated from children, in addition, to detect the differential expression of these genes, in S. mutans cells grown in planktonic and sessil conditions, (3) and to analyse the expression of the mutacins I and II production genes and kinase proteins genes (ciaH, dgk e comD), in different phases of the planktonic and sessile growth. The screening and frequency of the mutacins structural genes in S. mutans isolates were realized by PCR technique and the analysis of genetic expression, by RT-PCR semiquantitative method. The studies, presented in this thesis, demonstrate the role of mutacins as a virulence factor, highly diverse among S. mutans, and related to risk of dental caries. The mutacins production may be regulated by quorum-sensing mechanisms and is dependent on planktonic and sessile conditions. The modulation by quorum-sensing mechanisms may represent a selective advantage for producer S. mutans strain, mainly in complex environments as the dental biofilm and caries. Hereafter, more studies will be necessary to identify new genetic determinants for synthesis of mutacin-like substances and elucidate the mechanisms and components that modulate the genetic expression of this important virulence factor in S. mutans / Doutorado / Microbiologia e Imunologia / Doutor em Biologia Buco-Dental

O charque é um produto cárneo tipicamente brasileiro, salgado e seco ao sol, ainda produzido de maneira artesanal. Durante sua produção há uma etapa de fermentação, realizada pela microbiota naturalmente presente na matéria-prima, o que dificulta a padronização do produto, e pode influenciar negativamente em suas características sensoriais e qualidade microbiológica. O controle da etapa de fermentação do charque seria uma alternativa para minimizar este problema e, neste contexto, as bactérias láticas produtoras de bacteriocinas se enquadram de forma interessante. A microbiota autóctone de charque inclui principalmente bactérias láticas e micro-organismos halofílicos e halotolerantes, sendo assim, este produto apresenta potencial como fonte para o isolamento de novas bactérias láticas produtoras de bacteriocinas. Assim, este trabalho teve por objetivo isolar e identificar culturas de bactérias láticas produtoras de bacteriocinas naturalmente presentes no charque, caracterizar parcialmente as bacteriocinas produzidas por essas culturas, avaliar seu potencial de aplicação neste produto para a melhoria de sua qualidade microbiológica e avaliar seu efeito na ecologia microbiana do charque, nas diferentes etapas de sua fabricação. Através da técnica de tripla camada em ágar foi isolada uma cepa de Lactococcus lactis subsp. lactis apresentando o gene codificador para nisina Z e com capacidade de inibir, in vitro, micro-organismos medianamente e altamente halotolerantes isolados de charque, além de outros micro-organismos deteriorantes e patogênicos importantes em alimentos, como Lactobacillus spp., Listeria monocytogenes e Staphylococcus aureus. A bacteriocina produzida pela cepa isolada neste estudo também possui características interessantes para sua aplicação na bioconservação de alimentos, como resistencia ao calor, presença de agente químicos e altos teores de NaCl, além de não ser afetada pelo pH. A aplicação dessa cepa em charque modelo resultou na redução de até 2 ciclos log na população de micro-organismos halotolerantes, indicando apresentar um potencial de aplicação como agente de bioconservação do produto. Os ensaios de avaliação da ecologia microbiana, empregando DGGE, indicaram que a fermentação natural do charque ocorreu com a participação de bactérias láticas dos gêneros Lactobacillus, Streptococcus, Lactococcus e de micro-organismos halotolerantes do gênero Staphylococcus. Além disso, os estudos referentes à dinâmica populacional demonstraram que a adição da cepa bacteriocinogênica ao charque não influenciou, de forma qualitativa, as populações presentes no produto. / Charqui is a Brazilian traditional meat product, salted and sun-dried, still manufactured without control of the fermentation step, which is performed by the indigenous microbiota. This fact interferes on the standardization of the product and can negatively affect the sensorial properties and microbiological quality. The application of a known microbiota would be an alternative to minimize this problem and the bacteriocin-producing lactic acid bacteria can can fit in this purpose. The charqui indigenous microbiota mainly includes lactic acid bactéria and halophilic and halotolerant microorganisms, therefore, this product presents a potencial as a source for the isolation of new bacteriocin-producing lactic acid bacteria. The aim of the present work was to isolate and identify bacteriocin-producing lactic acid bacteria from charqui, characterize the bacteriocins produced by the isolated culture, evaluate its potential as biopreservative in charqui and its influence on the microbial populations during the manufacture of the product. A bacteriocinogenic Lactococcus lactis subsp. lactis strain was isolated from charqui through the triple-layer agar technique. This strain produces a nisin-like bacteriocin capable to inhibit in vitro medium and highly halotolerant bacteria isolated from charqui and other food-borne pathogenic and spoilage microorganisms. The application of this strain for charqui manufacturing caused a reduction of up to 2 log in the halotolerant bacteria population, evidencing its potential application for charqui biopreservation. Studies in the populational dynamics using DGGE indicated that the presence of the bacteriocinogenic strain did not affect the microbial populations in the product.

Among the wide range of products naturally fermented by lactic acid bacteria (LAB), there are the homemade cheeses. These bacteria are inherent to the raw milk and the fermentation process for producing compounds responsible for the flavor and texture of the products. Its use is one of the oldest food preservation techniques, since they are able to produce substances with antagonistic action against spoilage and pathogenic microorganisms, particularly Listeria monocytogenes, commonly found in refrigerated dairy products. In addition, many lactic acid bacteria have probiotic potential, thus becoming the most attractive one for its use. In North West Frontier region of Rio Grande do Sul a typical cheese is produced, popularly called colonial cheese, which its knowledge of fabrication techniques have been transferred verbally through generations. For being manufactured, in most cases, with raw milk without the addition of starter cultures and under poor conditions of hygiene, it has a diverse unwanted microbial population. This aspect is characterized as a danger to consumers, as well as spoilage organisms that can also serve as a carrier of pathogenic microorganisms. The objective of this study is to isolate and identify lactic acid bacteria with probiotic characteristics and bacteriocinogenic from milk and artisan cheeses produced in this region. Thus initially the BAL were isolated and tested for antagonist ability against pathogens, and then checked the ability to produce antimicrobial substances of proteinaceous nature (bacteriocins), as well as resistance to biological barriers, as a criteria for the selection of isolated with probiotic potential. Molecular identification was performed by obtaining and sequencing of 16S rDNA or the ITS region. Subsequently, the isolated were evaluated for antimicrobial resistance of clinical use and the production of the enzyme β-hemolysin as virulence factors. The selected isolated were used as inoculum in cheese produced at a pilot level, with monitoring of physical-chemical and microbiological, over twenty-eight days of maturation under refrigeration. Of total lactic acid bacteria isolated twentyone (34.43%) showed antagonistic potential against pathogenic microorganisms reference. Of these, seven (33.33%) were able to produce antimicrobial substances of nature protein, being classified as possibly bacteriocinogenic and five (23.81%) isolated were shown to possess probiotic potential. The molecular identification of these proved to treat Enterococcus durans, Enterococcus faecium and Lactobacillus plantarum. The isolated F9 and U5 were selected and added as bacteriocin and probiotic culture, respectively, as a pilot project in cheese artificially contaminated with Listeria monocytogenes. No isolated was able to remove this pathogenic organism in the cheese, and the cultivation of bacteriocinogenic shown to be capable of maintaining viable cells of the microorganism stable during the maturation period. The probiotic proved to be able to withstand during the ripening of the cheese, while maintaining a viable cell number in the order of 107 - 108UFC.g-1 cheese, which allows its use with probiotic purpose. / Dentre a variada gama de produtos fermentados naturalmente por bactérias ácido láticas (BAL) encontram-se os queijos artesanais. Estas bactérias são inerentes da matéria-prima leite e durante o processo fermentativo produzem compostos responsáveis pelo flavor e textura dos produtos. Sua utilização constituise em uma das técnicas mais antigas de conservação de alimentos, já que são capazes de produzir substâncias com caráter antagônico frente a micro-organismos deteriorantes e patogênicos, com destaque a Listeria monocytogenes, comumente encontrada em produtos lácteos refrigerados. Além disso, muitas bactérias ácido láticas possuem potencial probiótico, constituindo-se em um atrativo a mais para sua utilização. Na região Fronteira Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul é produzido um queijo típico, popularmente denominado queijo colonial, cujo conhecimento das técnicas de fabricação tem sido transferido verbalmente ao longo das gerações. Por ser fabricado, na grande maioria dos casos, com leite cru, sem a adição de culturas iniciadoras e sob condições deficientes de higiene, possui uma diversificada população microbiana indesejada. Este aspecto se caracteriza como um perigo aos consumidores, já que além de micro-organismos deteriorantes pode também servir como veículo de micro-organismos patogênicos. Assim, o objetivo do presente estudo foi isolar e identificar bactérias ácido láticas com características bacteriocinogênicas e probióticas, de leite e queijos artesanais desta região. Para isso, inicialmente, as BAL foram isoladas e testadas quanto a sua capacidade antagonista frente a micro-organismos patogênicos e então verificada a capacidade de produção de substâncias antimicrobianas de natureza protéica (bacteriocinas). A resistência a barreiras biológicas, como um dos critérios para seleção de isolados com potencial probiótico também foi avaliado. A identificação molecular dos isolados potencialmente bacteriocinogênicos e probióticos foi realizada por meio da obtenção e sequenciamento do rDNA 16S ou da região ITS. Posteriormente, os isolados foram avaliados quanto à resistência a antimicrobianos de uso clínico e à produção da enzima β-hemolisina, como fatores de virulência. Os isolados selecionados foram utilizados como inoculo em queijos produzidos a nível piloto, com monitoramento de parâmetros físico-químicos e microbiológicos, ao longo de vinte e oito dias de maturação, sob refrigeração. Do total de bactérias láticas isoladas, vinte e uma (34,43%) demonstraram potencial antagonista frente a micro-organismos patogênicos de referência. Destas, sete (33,33%) mostraram-se capazes de produzir substâncias antimicrobianas de natureza proteica, sendo classificadas como, possivelmente, bacteriocinogênicas e cinco (23,81%) dos isolados demonstraram possuir potencial probiótico. A identificação molecular destes revelou se tratarem de Enterococcus durans, Enterococcus faecium e Lactobacillus plantarum. Os isolados F9 e U5 foram selecionados e adicionados como cultura bacteriocinogênica e probiótica, respectivamente, em queijos a nível piloto, artificialmente contaminados com Listeria monocytogenes. Nenhum dos isolados foi capaz de eliminar este microorganismo patogênico nos queijos, porém o cultivo bacteriocinogênico se mostrou capaz de manter as contagens de células viáveis deste micro-organismo estáveis durante o período de maturação. A cultura probiótica se revelou capaz de resistir durante a maturação do queijo, mantendo um número de células viáveis na ordem de 107 - 108UFC.g-1 de queijo, o que permite sua utilização com propósito probiótico.

Xylella fastidiosa é o agente causal de uma série de doenças que ocorrem em plantas economicamente importantes como laranjeiras, videiras e cafeeiros, causando no Estado de São Paulo prejuízos relevantes à indústria citrícola. Esta bactéria Gram-negativa é restrita ao xilema das plantas e à porção anterior do trato digestório dos insetos vetores das famílias Cicadellidae e Cercopidae, conhecidos como cigarrinhas. Tentativas de elucidar os mecanismos de virulência e patogenicidade adotados por esta bactéria apontam a formação do biofilme como etapa fundamental para o estabelecimento da infecção e o consequente desenvolvimento da doença na planta, mas fatores adicionais parecem contribuir, tais como a produção de toxinas. As bacteriocinas são proteínas com atividade antibiótica contra cepas próximas à espécie produtora e que já foram associadas à virulência e patogenicidade de outras bactérias. Uma varredura in silico no genoma de X. fastidiosa 9a5c revelou 13 sequências codificadoras de microcinas putativas no cromossomo. Transcritos de todos esses genes foram detectados por RT-qPCR em culturas de X. fastidiosa 9a5c, e análises comparativas com genomas públicos (cepas Temecula1, Dixon, Ann-1, M23, M12, EB92-1 e GB514) e recém sequenciados por nosso grupo de pesquisa (cepas U24d, J1a12, 3124, Hib4, Pr8x e Fb7) revelaram que cada cepa possui seu próprio arsenal de bacteriocinas. Diferenças encontradas in silico entre os loci de bacteriocinas nas cepas foram demonstradas experimentalmente. Nossos resultados comprovam a variabilidade predita nos quatro clusters de bacteriocinas que identificamos, o que é esperado para genes relacionados à adaptação e patogenicidade. Destes loci, três foram detectados por RT-PCR como transcritos policistrônicos. Nossa tentativa de detectar essas proteínas em culturas de X. fastidiosa (através de sequenciamento de polipeptídeos por HPLC-MS/MS) foi capaz de identificar uma das bacteriocinas putativas e, portanto, o conjunto de nossas observações apóia a continuidade dos estudos para elucidar o papel das bacteriocinas na fisiopatologia de X. fastidiosa. / Xylella fastidiosa is the causal agent of diseases that affect several economically important crops such as sweet orange trees, grapevines and coffee trees, causing in the State of São Paulo considerable losses mainly to the citrus industry. This Gram-negative bacterium is restricted to the plant xylem and to the upper gastrointestinal tract of its insect vectors, the sharpshooters from the Cicadellidae and Cercopidae families. Attempts to elucidate the virulence and pathogenicity pathways employed by this bacterium point the biofilm formation as a fundamental step for the establishment of the infection and the consequent development of the plant disease, but additional factors seem to contribute to these processes, such as the production of toxins. Bacteriocins are proteinaceous antibiotics that act against closely-related species and have been previously associated with virulence and pathogenicity in other bacteria. An in silico screening of the X. fastidiosa 9a5c genome revealed 13 coding sequences as putative microcins in the chromosome. Transcripts from all those genes were detected through RT-qPCR in X. fastidiosa 9a5c cultures, and comparative analyses on the public genomes (Temecula1, Dixon, Ann-1, M23, M12, EB92-1 and GB514) plus the ones recently sequenced by our group (U24d, J1a12, 3124, Hib4, Pr8x and Fb7) revealed that each strain possesses its own arsenal of bacteriocins. Differences found in silico among the loci in all strains were experimentally confirmed. Our results demonstrated the predicted variability in the four bacteriocins clusters as expected for adaptation and pathogenicity-related genes. Three out of the four bacteriocins loci were detected by RT-PCR as polycistronic transcripts. Our attempt to detect these proteins in X. fastidiosa cultures (using HPLC-MS/MS polypeptide sequencing) identified one of the putative bacteriocins, and therefore our observations warrant further efforts to elucidate the role of bacteriocins in the X. fastidiosa physiopathology.

Travail en codirection avec M. Frédéric Raymond / Avec la présente augmentation de la résistance aux antibiotiques et l’inquiétude des consommateurs, de nouvelles alternatives sont nécessaires afin de contrôler l’entérite nécrotique (EN), une maladie causant des millions de dollars en pertes économiques pour l’industrie de la volaille mondialement. Les bactériocines sont des peptides antimicrobiens produits par une bactérie pour tuer ou inhiber la croissance d’autres compétiteurs bactériens. La perfrine est la seule bactériocine reportée associée aux souches pathogènes de Clostridium perfringens, l’agent causal de l’EN. Les objectifs de cette étude étaient de détecter les souches commensales de Clostridium perfringens possédant une activité antimicrobienne contre des souches pathogènes de C. perfringens et d’identifier et caractériser les bactériocines produites. Les souches commensales de C. perfringens ont été sélectionnées à partir de notre banque de souches. L’activité antimicrobienne de ces souches a été testée contre des souches pathogènes de C. perfringens en utilisant la méthode d’inhibition sur gélose. Une souche commensale active démontrant une activité antimicrobienne a été cultivée et ses bactériocines ont été partiellement purifiées grâce à la précipitation au sulfate d’ammonium et par chromatographie (HPLC). À la suite de chaque chromatographie, l’activité antimicrobienne des fractions a été vérifiée en utilisant la méthode décrite précédemment afin de choisir les fractions contenant les bactériocines. La susceptibilité enzymatique, la stabilité à la chaleur et au pH et le poids moléculaire estimé des bactériocines ont été caractérisés. Les bactériocines étudiées étaient sensibles à la protéinase K, thermolabiles, stables à pH entre 4 et 8 et leur poids moléculaire étaient supérieur à 30 kDa. Le génome de la souche CP1676 a été séquencé et des analyses bio-informatiques ont été réalisées. Nous avons trouvé 28 séquences de bactériocines potentielles, mais seulement 4 d’entre elles semblaient être prometteuses. Dans cette étude, des souches commensales de C. perfringens produisant des bactériocines actives contre des souches pathogènes ont été identifiées. Ces bactériocines pourraient devenir une alternative intéressante aux antibiotiques afin de contrôler l’entérite nécrotique, mais davantage d’information est nécessaire. / With the current increase in antimicrobial resistance and consumers’ concern, new alternatives are needed to control necrotic enteritis (NE), a disease that causes billions of dollars in economic losses to the poultry industry worldwide. Bacteriocins are antimicrobial peptides produced by bacteria to kill or inhibit the growth of other bacterial competitors. Perfrin is the only reported bacteriocin associated with pathogenic strains of Clostridium perfringens, the causal agent of NE. The aims of this study were to screen for commensal Clostridium perfringens strains with an antimicrobial activity against C. perfringens pathogenic strains and to identify and characterize the produced bacteriocins. Commensal C. perfringens strains were selected from our bacterial collection. Antimicrobial activity of those selected strains was tested against C. perfringens pathogenic strains using the agar spot test method. An active commensal strain showing antimicrobial activity was cultured and its bacteriocins were partially purified using the ammonium sulfate precipitation method and HPLC. After each chromatography, antimicrobial activity of fractions was tested using the method described above to choose fractions containing bacteriocins. Enzyme susceptibility, heat and pH stability and the estimated molecular weight of the bacteriocins were characterized. The studied bacteriocins were sensitive to proteinase K, thermolabile, stable at pH between 4 and 8 and their molecular weight higher than 30 kDa. CP1676 strain genome was sequenced and bioinformatics were performed. We found 28 potential bacteriocin sequences, but 4 of them seemed to be promising. In this study, commensal C. perfringens strains producing bacteriocins active against pathogenic strains have been identified. These bacteriocins could be an interesting alternative to antibiotics for the control of necrotic enteritis but further data is still needed.

La sicurezza e la qualità degli alimenti sono tutt’ora un problema critico per i paesi in via di sviluppo. Le diete a basso contenuto di acido folico, per esempio, possono causare gravi problemi di salute, soprattutto nei bambini. Gravi disturbi legati al tubo neurale (DTN) nei neonati possono derivare infatti da madri che hanno insufficiente apporto di acido folico (400-600 g / giorno) durante il periodo di gravidanza. Inoltre, se non adeguatamente protetti o trattati, I prodotti alimentari possono essere vettori di funghi e batteri patogeni rappresentando una fonte potenziale di malattie per l’uomo e una perdita economica per le industrie agro-alimentari. Nella seguente tesi si è quindi quindi studiato il ruolo di batteri lattici selezionati (LAB) in grado di aumentare il valore nutrizionale del latte attraverso la produzione di acido folico durante il processo di fermentazione. Inoltre, ci si è concentrati sul loro uso come "bio-conservanti" contro funghi e batteri, attraverso la sintesi di composti antimicrobici (batteriocine) in grado di inibire la crescita di funghi filamentosi e/o batteri patogeni. / The safety and quality of food are still a critical issue in developing countries. Diets with a low content of folic acid, for example, may cause serious health problems, especially in children. Severe disorders related to neural tube (NTD) in infants may arise from mothers having inadequate intakes of folic acid (400-600 g/dia) during the mother pregnancy period. Moreover foods, when not properly protected or treated, can be vectors of pathogenic fungi and bacteria thereby representing a potential source of human diseases and an economical loss for the food industry. In the following thesis we have therefore investigated the role of selected lactic acid bacteria (LAB) in increasing the nutritional value of milk through the production of folic acid during the fermentation process. In addition, we focused on their use as “bio-preservatives” against fungal and bacterial spoilage, through the synthesis of antimicrobial compounds (bacteriocins) able to inhibit the growth of filamentous fungi and /or pathogenic bacteria.

Thesis (MSc (Wine Biotechnology))--University of Stellenbosch, 2007. / Bacteriocins are ribosomally synthesized antimicrobial peptides produced by bacteria and are active against other bacteria, either in the same species (narrow spectrum) or across genera (broad spectrum). The application of bacteriocins during the vinification process might help to prevent the production of undesired compounds by inhibiting the indigenous bacterial microflora and allowing malolactic fermentation to be conducted by a selected bacterial strain. Furthermore, the use of bacteriocins might allow reducing the total sulphur dioxide amount in wine. The purpose of this study was the selection of lactic acid bacteria (LAB) belonging to the genera Oenococcus, Lactobacillus and Pediococcus with the ability to produce bacteriocins, with respective biological activity against undesired indigenous wine LAB and the capability to complete malolactic fermentation. The first objective of this study was the screening of LAB isolated from South African red wines for the production of bacteriocins. Only 27 strains out of 330 wine isolates, belonging to the species Lb. plantarum, Lb. paracasei, Lb. hilgardii and O. oeni, showed activity towards various wine-related and non wine-related indicator strains with the colony-overlay method. It is the first time that bacteriocin activity is reported in O. oeni. The second objective was the detection and identification of known structural bacteriocin genes of Lb. plantarum wine strains. Furthermore, the web server BAGEL was used to in silico analyse putative bacteriocin-encoding genes in the genome of O. oeni and primers were designed to amplify four possible bacteriocin-encoding genes. A PCR-based screening revealed the presence of the plantaricin encoding genes plnA, plnEF, plnJ and plnK in five selected Lb. plantarum strains. Moreover, PCR analysis rendered positive results with all four chosen putative bacteriocin-encoding genes in the eight tested O. oeni strains with antimicrobial activity. The latter genes of O. oeni were heterologously expressed in different Escherichia coli host strains, but no antimicrobial activity could be detected. The third objective of this study was the transformation and expression of the heterologous bacteriocin genes nisin A and pediocin PA-1 in two selected Lb. plantarum strains. To enhance their antimicrobial activity a plasmid containing the nisin A gene was successfully cloned into the two strains. Indeed, an enhanced antimicrobial activity could be detected, but the transformed plasmid was not stable. The fourth objective in this project was the evaluation of bacteriocin production in liquid media. A co-culture experiment with a plantaricin producing Lb. plantarum strain and an Enterococcus faecalis strain as indicator was performed. A complete inhibition of cell growth of Ent. faecalis was observed within 72 hours. The last objective was the evaluation of the impacts of phenolic compounds on the activity of nisin and pediocin. The short term influence of two phenolic acids, two flavan-3-ols, grape tannins and oak tannins on the activity of nisin and pediocin PA-1 was investigated. No influence on the activity was detected. Furthermore, synergistic effects on bacterial growth inhibition were observed. This study confirms the potential use of either bacteriocin additives or bacteriocin-producing LAB in order to control the bacterial microflora during the vinification process.