O diagnóstico rápido e eficiente da mastite subclínica é importante para reduzir a persistência da doença e os prejuízos decorrentes. O objetivo do estudo foi avaliar a técnica de espectrometria de massas (MS) por ionização e dessorção a laser assistida por matriz - tempo-de-vôo (MALDI-TOF) para identificação de bactérias causadoras de mastite subclínica bovina por dois métodos: 1) a partir de bactérias isoladas por cultivo icrobiológico; 2) a partir da recuperação de bactérias diretamente do leite, visando eliminar completamente a necessidade de cultivo microbiológico para identificação dos patógenos. O estudo foi composto por dois experimentos (1 e 2), no experimento 1 foram utilizadas 33 amostras de leite provenientes de animais das raças Gir e Holandesa de quatro fazendas leiteiras para a identificação icrobiológica e MALDI-TOF MS. As amostras com resultados conflitantes foram confirmadas por sequenciamento do gene 16S rRNA. Os resultados de cultura microbiológica foram Staphylococcus aureus (n = 13), Streptococcus agalactiae (n = 10) e Estafilococos coagulase negativo (ECN) (n = 10). Para todas as amostras de Streptococcus agalactiae, resultados similares foram observados para a identificação microbiológica e por MALDI-TOF MS. De 13 isolados de Staphylococcus aureus, 11 foram igualmente identificados por MALDITOF, 1 isolado foi identificado como Staphylococcus haemolyticus por sequenciamento do gene 16S rRNA, e o outro isolado isolado com resultado conflitante foi caracterizado como cultura mista de Staphylococcus aureus e Enterococcus faecalis. Em relação às amostras de ECN, todas as amostras do grupo foram identificadas por MALDI-TOF em nível de gênero (S. simulans, S. epidermidis, S. Haemolyticus, S. Chromogens e S. aureus coagulase negativa). No experimento 2 foi avaliado o método de recuperação de bactérias presentes em leite e sua identificação por MALDI-TOF MS utilizando o método de contaminação experimental de leite com Escherichia coli, Enterococcus faecalis e Staphylococcus aureus. A identificação de patógenos recuperados diretamente do leite foi possível quando a concentração de E. faecalis e S. aureus foi de 106 ufc/mL, e de 107 ufc/mL para E.coli. Concluímos que o uso de MALDI-TOF MS pode acelerar a identificação de patógenos causadores de mastite subclínica bovina podendo contribuir para a adoção de medidas de controle e tratamento mais adequado. / Rapid and efficient diagnosis of subclinical mastitis is important to reduce the persistence of the disease and its losses. This study aimed to evaluate the technique of mass spectrometry (MS) and desorption ionization by matrix assisted laser time-offlight (MALDI-TOF) for identification of bacteria causing bovine subclinical mastitis by two methods: 1) from bacteria isolated by microbiological culture, 2) from bacteria recovered directly from milk, to eliminate completely the need for microbiological culture for identification of pathogens. The study consisted of two experiments (1 and 2).In experiment 1, 33 milk samples from Gir and Holstein animals collected in four dairy farms were used for microbiological identification and MALDI-TOF MS. The samples with different results were confirmed by sequencing the 16S rRNA. These samples were identified by microbiological culture as Staphylococcus aureus (n = 13), Streptococcus agalactiae (n = 10) and Staphylococcus coagulase negative (SCN) (n = 10). For all strains of Streptococcus agalactiae, similar results were observed for microbiological identification and MALDI-TOF MS. From 13 isolates of Staphylococcus aureus, 11 were also identified by MALDI-TOF, one isolate was identified as Staphylococcus haemolyticus by 16S rRNA sequencing , and the other discrepant sample was charactezided a mixed culture of Staphylococcus aureus and Enterococcus faecalis. Regarding the SCN samples, all samples of this group were identified by MALDI-TOF at gender level (S. simulans, S. epidermidis, S. haemolyticus, S. Chromogens and S. aureus coagulase negative). In experiment 2, we evaluated the method of recovery of bacteria present in milk and their identification by MALDI-TOF MS using experimental method of contamination of milk with Escherichia coli, Enterococcus faecalis and Staphylococcus aureus. The identification of pathogens recovered directly from milk was possible when the concentration of E. faecalis and S. aureus was 106 ufc/mL and 107 ufc/mL for E.coli. We conclude that the use of MALDI-TOF MS can accelerate the identification of pathogens causing bovine subclinical mastitis may contribute to the adoption of control measures and appropriate treatment.

O diagnóstico rápido e eficiente da mastite subclínica é importante para reduzir a persistência da doença e os prejuízos decorrentes. O objetivo do estudo foi avaliar a técnica de espectrometria de massas (MS) por ionização e dessorção a laser assistida por matriz - tempo-de-vôo (MALDI-TOF) para identificação de bactérias causadoras de mastite subclínica bovina por dois métodos: 1) a partir de bactérias isoladas por cultivo icrobiológico; 2) a partir da recuperação de bactérias diretamente do leite, visando eliminar completamente a necessidade de cultivo microbiológico para identificação dos patógenos. O estudo foi composto por dois experimentos (1 e 2), no experimento 1 foram utilizadas 33 amostras de leite provenientes de animais das raças Gir e Holandesa de quatro fazendas leiteiras para a identificação icrobiológica e MALDI-TOF MS. As amostras com resultados conflitantes foram confirmadas por sequenciamento do gene 16S rRNA. Os resultados de cultura microbiológica foram Staphylococcus aureus (n = 13), Streptococcus agalactiae (n = 10) e Estafilococos coagulase negativo (ECN) (n = 10). Para todas as amostras de Streptococcus agalactiae, resultados similares foram observados para a identificação microbiológica e por MALDI-TOF MS. De 13 isolados de Staphylococcus aureus, 11 foram igualmente identificados por MALDITOF, 1 isolado foi identificado como Staphylococcus haemolyticus por sequenciamento do gene 16S rRNA, e o outro isolado isolado com resultado conflitante foi caracterizado como cultura mista de Staphylococcus aureus e Enterococcus faecalis. Em relação às amostras de ECN, todas as amostras do grupo foram identificadas por MALDI-TOF em nível de gênero (S. simulans, S. epidermidis, S. Haemolyticus, S. Chromogens e S. aureus coagulase negativa). No experimento 2 foi avaliado o método de recuperação de bactérias presentes em leite e sua identificação por MALDI-TOF MS utilizando o método de contaminação experimental de leite com Escherichia coli, Enterococcus faecalis e Staphylococcus aureus. A identificação de patógenos recuperados diretamente do leite foi possível quando a concentração de E. faecalis e S. aureus foi de 106 ufc/mL, e de 107 ufc/mL para E.coli. Concluímos que o uso de MALDI-TOF MS pode acelerar a identificação de patógenos causadores de mastite subclínica bovina podendo contribuir para a adoção de medidas de controle e tratamento mais adequado. / Rapid and efficient diagnosis of subclinical mastitis is important to reduce the persistence of the disease and its losses. This study aimed to evaluate the technique of mass spectrometry (MS) and desorption ionization by matrix assisted laser time-offlight (MALDI-TOF) for identification of bacteria causing bovine subclinical mastitis by two methods: 1) from bacteria isolated by microbiological culture, 2) from bacteria recovered directly from milk, to eliminate completely the need for microbiological culture for identification of pathogens. The study consisted of two experiments (1 and 2).In experiment 1, 33 milk samples from Gir and Holstein animals collected in four dairy farms were used for microbiological identification and MALDI-TOF MS. The samples with different results were confirmed by sequencing the 16S rRNA. These samples were identified by microbiological culture as Staphylococcus aureus (n = 13), Streptococcus agalactiae (n = 10) and Staphylococcus coagulase negative (SCN) (n = 10). For all strains of Streptococcus agalactiae, similar results were observed for microbiological identification and MALDI-TOF MS. From 13 isolates of Staphylococcus aureus, 11 were also identified by MALDI-TOF, one isolate was identified as Staphylococcus haemolyticus by 16S rRNA sequencing , and the other discrepant sample was charactezided a mixed culture of Staphylococcus aureus and Enterococcus faecalis. Regarding the SCN samples, all samples of this group were identified by MALDI-TOF at gender level (S. simulans, S. epidermidis, S. haemolyticus, S. Chromogens and S. aureus coagulase negative). In experiment 2, we evaluated the method of recovery of bacteria present in milk and their identification by MALDI-TOF MS using experimental method of contamination of milk with Escherichia coli, Enterococcus faecalis and Staphylococcus aureus. The identification of pathogens recovered directly from milk was possible when the concentration of E. faecalis and S. aureus was 106 ufc/mL and 107 ufc/mL for E.coli. We conclude that the use of MALDI-TOF MS can accelerate the identification of pathogens causing bovine subclinical mastitis may contribute to the adoption of control measures and appropriate treatment.

Submitted by Alison Vanceto (alison-vanceto@hotmail.com) on 2017-02-23T14:32:27Z No. of bitstreams: 1 TeseBP.pdf: 10262484 bytes, checksum: fba14b7c525ee723da7badf4144c7db2 (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (ronisp@ufscar.br) on 2017-03-13T19:29:26Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TeseBP.pdf: 10262484 bytes, checksum: fba14b7c525ee723da7badf4144c7db2 (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (ronisp@ufscar.br) on 2017-03-13T19:29:43Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TeseBP.pdf: 10262484 bytes, checksum: fba14b7c525ee723da7badf4144c7db2 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-13T19:36:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseBP.pdf: 10262484 bytes, checksum: fba14b7c525ee723da7badf4144c7db2 (MD5) Previous issue date: 2016-06-24 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Technological development and market pressure turned polymers into widely used structural materials for several different applications, being manufactured by a wide range of monomers. However, traditional polymers usually show some drawbacks regarding environmental aspects, as most used polymers are produced with nonrenewable feedstock and generate huge amounts of non-biodegradable residues. Therefore it is imperative the sustainable development of new bio-based and biodegradable polymeric materials. The use of microorganisms for obtaining biopolymers is a very promising reality. However, in order to achieve viable production in industrial scale it is necessary to overcome economic barriers, by using microbes with good assimilation of low-cost substrates and high biopolymer yields. As such, the objective of this work was the isolation and identification of bacteria associated with the insect Diabrotica speciosa, as well as the evaluation microbial capacity of biopolymer production. The insect presented great microbial diversity, identified as an underexplored niche with tremendous biotechnological potential for the investigation of novel species and/or strains. In an attempt to find bacterial isolates effective on the production of two classes of biopolymers, polyhydroxyalkanoates (PHA) and exopolysaccharides (EPS), it was obtained 73 strains of bacteria associated with Diabrotica speciosa. These bacteria were identified at genus level by genetic techniques using 16S rDNA sequencing and by proteomic techniques using MALDI-TOF MS. Both characterization methods yielded 100% convergence on results. It was found 17 different bacterial genera, which were submitted to qualitative screening assays in order to identify strains producing PHA using Nile Red dye method, as well as for EPS by using the bacterial spot test. Promising strains on both assays were selected for further quantitative studies and structural characterization of the obtained biopolymers. Quantitative analyses for PHA production corroborated satisfactorily with qualitative results, especially to bacteria from genera Aurantimonas and Delftia which demonstrated high PHA production capacity with 50 and 90% polymer yield on dry mass, both strains being strains able to use substrates such as glucose, acetate and glycerol. GC-MS analyses indicated that Aurantimonas sp. produced mostly a homopolymer of polyhydroxybutyrate (PHB), while Delftia sp. was able to produce a copolymer having butyrate and valerate (PHBV), with up to 10% (w/w) of valerate. Regarding EPS production, the screening showed that the isolates were able to produce polymers in variable amounts, with vast and complex structural variations. Strains from genera Acidovorax, Aurantimonas and Luteibacter were further selected for quantitative analysis of EPS production and analytical characterization of the obtained biopolymer. After analyses using NMR, MALDI-TOF, SEC-UV-ELSD and GC-MS, bacteria from genus Luteibacter produced a highly complex polymer rich in mannose, glucose, fucose and xylose; genus Acidovorax produced a glucomannan-type EPS with a high degree of branching; and genus Aurantimonas was able to produce up to 2 g.L-1 of a water insoluble EPS. In face of these results, it was possible to conclude that D. speciosa microbiota showed to be extremely rich in bacterial species viable for exploratory studies with biotechnological context of biopolymer production. Investigated strains showed promising characteristics to be further evaluated in larger scale (fermenters), especially the bacteria Aurantimonas sp., able to produce PHBV and EPS. / O desenvolvimento tecnológico e a pressão de mercado fizeram com que os polímeros se tornassem materiais estruturais amplamente utilizados em uma grande variedade de aplicações, sendo manufaturados a partir de uma ampla gama de monômeros. Entretanto, estes materiais geralmente apresentam algumas desvantagens do ponto de vista ambiental, pois os polímeros mais utilizados são produzidos com matérias-primas não renováveis e geram grandes volumes de resíduos não biodegradáveis. Assim, torna-se necessário o desenvolvimento sustentável de novos materiais biobaseados e biodegradáveis. O uso de microorganismos para a obtenção deste tipo de polímero é uma realidade bastante promissora. Todavia, para a produção viável em escala industrial é necessário superar barreiras econômicas, através do uso de cepas com boa assimilação de substratos de baixo custo, proporcionando uma alta produtividade. Assim, este trabalho teve por objetivo o isolamento e identificação de bactérias associadas ao inseto Diabrotica speciosa, bem como a avaliação da capacidade microbiana de produção de biopolímeros. O inseto apresentou uma grande diversidade em sua microbiota, mostrando ser este um nicho subexplorado e com enorme potencial para a investigação de novas espécies e/ou isolados. Com o propósito de encontrar isolados eficientes na produção de duas classes de biopolímeros, polihidroxialcanoatos (PHAs) e exopolissacarídeos (EPS), foram obtidos 73 isolados bacterianos do inseto praga Diabrotica speciosa. Todas as cepas foram identificadas em nível de gênero pelo uso de técnicas genéticas, através do sequenciamento de 16S rDNA parcial e por análises proteômicas, avaliando-se o perfil proteico obtido via MALDI-TOF MS. Ambas as técnicas de identificação apresentaram 100% de convergência entre os resultados. Foram encontrados no total 17 gêneros de bactérias, que foram submetidas a ensaios qualitativos de triagem para identificação de isolados produtores de PHAs pelo método do corante vermelho de Nilo, bem como para EPS pelo método do teste de ponto bacteriano. Isolados promissores em ambos os ensaios foram selecionados para estudos quantitativos e caracterização estrutural dos polímeros obtidos. As análises quantitativas para a produção de PHA corroboraram satisfatoriamente com os resultados qualitativos, com destaque para as bactérias do gênero Aurantimonas e Delftia que apresentaram alta capacidade de produção de PHA, com rendimentos de 50 e 90% de polímero em massa seca, respectivamente, sendo ambas as cepas capazes de utilizar substratos como glicose, acetato e glicerol. Análises por GC-MS realizadas após metanólise do polímero indicaram que Aurantimonas sp. produziu majoritariamente homopolímero de polihidroxibutirato (PHB), enquanto Delftia sp. foi capaz de produzir um copolímero contendo monômeros do tipo butirato e valerato (PHBV), contendo até 10% em massa de valerato. Com relação à produção de EPS, a triagem indicou que os isolados se mostraram capazes de produzir polímeros em quantidade variáveis, com uma grande e complexa variação estrutural. Isolados dos gêneros Acidovorax, Aurantimonas e Luteibacter foram selecionados para avaliação quantitativa da produção de EPS e caracterização estrutural do biopolímero. Após análises por NMR, MALDI-TOF, SEC-UV-ELSD e GC-MS, o gênero Luteibacter produziu um polímero altamente complexo contendo manose, glicose, fucose e xilose, o gênero Acidovorax produziu um EPS do tipo glucomanana altamente ramificado;= e o gênero Aurantimonas foi capaz de produzir até 2 g.L-1 de um EPS insolúvel em água. Deste modo, foi possível concluir que a microbiota de D. speciosa se apresentou extremamente rica em isolados microbianos viáveis para estudos exploratórios no contexto biotecnológico de produção de biopolímeros. Os isolados investigados apresentaram características promissoras para serem futuramente avaliadas em escalas maiores (fermentadores), especialmente a bactéria Aurantimonas sp., que foi capaz de produzir tanto PHBV, quanto EPS.