Probiotic microorganisms: 100 years of innovation and efficacy. Modes of action

AbstractArticle StructureFigures and TablesReferences Benefits from probiotic micro-organisms have been recognised for over 100 years, and as being useful in poultry for 50 years. Fuller (1989) redefined probiotics as ‘a live microbial feed supplement which beneficially affects the host animal by improving its intestinal microbial balance’. Benefits derived from this improved intestinal microbial balance could be reflected in performance or prevention of pathogen colonisation. Probiotic micro-organisms use in poultry production has been widely accepted and new opportunities arose from the 2006 EU ban on antimicrobial growth promoters. The majority of microbial products for compound feeds are made up from a relatively small number of micro-organisms that are normally present in the GI tract. They include non-sporulated bacteria, sporulated bacteria, fungi or yeasts; and presented from single to multi-strain products. A review on the proposed modes of action is presented including recent approaches to quorum sensing interference

Plant-associated microorganisms: a view from the scope of microbiology

Microorganisms interact with plants because plants offer a wide diversity of habitats including the phyllosphere (aerial plant part), the rhizosphere (zone of influence of the root system), and the endosphere (internal transport system). Interactions of epiphytes, rhizophytes or endophytes may be detrimental or beneficial for either the microorganism or the plant and may be classified as neutralism, commensalism, synergism, mutualism, amensalism, competition or parasitism

Effect of high pressure processing on the microbiology of skin-vacuum packaged sliced meat products: cooked pork ham, dry cured pork ham and marinated beef loin

High hydrostatic pressure is being increasingly investigated in food processing. It causes microbial inactivation and therefore extends the shelf life and enhances the safety of food products. Yeasts, molds, and vegetative cells of bacteria can be inactivated by pressures in the range of 200 to 700 MPa. Microorganisms are more or less sensitive to pressure depending on several factors such as type, strain and the phase or state of the cells. In general, Gram-positive organisms are usually more resistant than Gram-negative. High pressure processing modifies the permeability of the cell membrane, the ion exchange and causes changes in morphology and biochemical reactions, protein denaturations and inhibition of genetic mechanisms. High pressure has been used successfully to extend the shelf life of high-acid foods such as refrigerated fruit juices, jellies and jams. There is now an increasing interest in the use of this technology to extend the shelf life of low-acid foods such as different types of meat products.

Individual-based modelling of bacterial cultures to study the lag ohase

Els bacteris són la forma dominant de vida del planeta: poden sobreviure en medis molt adversos, i en alguns casos poden generar substàncies que quan les ingerim ens són tòxiques. La seva presència en els aliments fa que la microbiologia predictiva sigui un camp imprescindible en la microbiologia dels aliments per garantir la seguretat alimentària. Un cultiu bacterià pot passar per quatre fases de creixement: latència, exponencial, estacionària i de mort. En aquest treball s’ha avançat en la comprensió dels fenòmens intrínsecs a la fase de latència, que és de gran interès en l’àmbit de la microbiologia predictiva. Aquest estudi, realitzat al llarg de quatre anys, s’ha abordat des de la metodologia Individual-based Modelling (IbM) amb el simulador INDISIM (INDividual DIScrete SIMulation), que ha estat millorat per poder fer-ho. INDISIM ha permès estudiar dues causes de la fase de latència de forma separada, i abordar l’estudi del comportament del cultiu des d’una perspectiva mesoscòpica. S’ha vist que la fase de latència ha de ser estudiada com un procés dinàmic, i no definida per un paràmetre. L’estudi de l’evolució de variables com la distribució de propietats individuals entre la població (per exemple, la distribució de masses) o la velocitat de creixement, han permès distingir dues etapes en la fase de latència, inicial i de transició, i aprofundir en la comprensió del que passa a nivell cel•lular. S’han observat experimentalment amb citometria de flux diversos resultats previstos per les simulacions. La coincidència entre simulacions i experiments no és trivial ni casual: el sistema estudiat és un sistema complex, i per tant la coincidència del comportament al llarg del temps de diversos paràmetres interrelacionats és un aval a la metodologia emprada en les simulacions. Es pot afirmar, doncs, que s’ha verificat experimentalment la bondat de la metodologia INDISIM.

Estudi de la bassa de l'institut com un ecosistema

Treball de recerca realitzat per un alumne d'ensenyament secundari i guardonat amb un Premi CIRIT per fomentar l'esperit cientí­fic del Jovent l'any 2009. L'IES Sant Andreu té una bassa que fa tres anys es va omplir i que s'ha anat poblant de vegetals aquàtics provinents de Banyoles i altres basses naturals a part de la colonització natural pròpia de qualsevol ecosistema. L'estudi de la bassa com un ecosistema és un tema molt interessant ja que es fonamenta bàsicament en l'observació. El treball està estructurat en dues parts. La primera part s'encarrega de l'estudi de les característiques de l'aigua, aquesta part del treball és més experimental. La segona part consisteix en l'observació dels habitants de la bassa. En general el treball tracta de l'ecologia de la bassa de al llarg del semestre Juliol- Desembre 2009. S'han estudiat les característiques físico-químiques de l'aigua i els organismes aquàtics que l'habiten. També s'ha confeccionat un DVD que recull les observacions en viu dels microorganismes més representatius.

Del Noguerola al Segre: els problemes de la qualitat ambiental de l'aigua

Treball de recerca realitzat per un alumne d'ensenyament secundari i guardonat amb un Premi CIRIT per fomentar l'esperit científic del Jovent l'any 2009. Els principals objectius del treball són intentar demostrar, cinc anys més tard, si el riu Noguerola és encara fruit d'abocaments residuals en el seu pas subterrani per la ciutat de Lleida, i observar i analitzar com el riu Segre sofreix múltiples impactes ambientals provinents, especialment, de les activitats agrícoles i ramaderes. Es van fer dos campanyes de mostrejos en les confluències de 10 afluents dels marges dret i esquerre del riu Segre, i en 5 punts al llarg d'aquest. Per a cada mostra es van analitzar: conductivitat, temperatura, ph, nitrats, nitrits, amoni, fosfats, duresa i microorganismes. A més a més, es van delimitar i determinar les superfícies de les conques i es van fer balanços hidrometeorològics per determinar les aportacions naturals de l’aigua de pluja, i es van estimar els excedents de reg de totes les conques, per així calcular les masses totals de cada paràmetre, aportades per cada afluent. Les principals conclusions a què s’ha arribat són: que el riu Noguerola continua sent fruit d'abocaments residuals en el seu pas subterrani per la ciutat de Lleida. I que, tant les activitats agrícoles i ramaderes, com les captacions d'aigua dels canals de Balaguer i de Seròs per a l’obtenció d’energia hidroelèctrica, provoquen greus impactes ambientals al riu Segre.

Paper de l’ Haemophilus influenzae en les exacerbacions de la Malaltia Pulmonar Obstructiva Crònica (MPOC): tipificació molecular i factors de virulència

Objetivos: 1.-Identificar los factores clínicos y microbiológicos que ayuden a predecir la aparición de exacerbaciones en la EPOC. 2.-Diagnóstico y cuantificación de las especies bacterianas aisladas en esputo (fase de exacerbación y estable) .3.- Tipificación genotípica secuencial de las cepas de H. influenzae y P. aeruginosa. 4.- Impacto del tratamiento antibiótico en la aparición de resistencias en estos patógenos. 5.- Diseño: Estudio prospectivo (3 años). Ámbito del estudio: Hospital Universitario de tercer nivel. Pacientes con EPOC grave atendidos en la Consulta Monográfica de EPOC del Servicio de Neumología. Métodos microbiológicos: Cuantificación de la carga bacteriana en muestras respiratorias en fase estable y en exacerbación. Estudio de la sensibilidad “in vitro”. Tipificación molecular (PFGE y MLST) de H. influenzae y P. aeruginosa. Estudio de los genes de virulencia de H. influenzae mediante PCR. Resultados: Desde Febrero de 2010 a Julio de 2011 se han incluido 77 pacientes. Los microorganismos más frecuentemente aislados en fase de exacerbación fueron: P. aeruginosa (29.3%), H. influenzae (15.92%), M. catarrhalis (12.74%), S. pneumoniae (10.19%) y S. aureus (5.10%). En los 88 episodios por P. aeruginosa se detectaron 38 genotipos diferentes. En los 41 episodios por H. influenzae se detectaron 39 genotipos diferentes. El 10% de los episodios fueron polimicrobianos. Los episodios de EAEPOC y de fase estable tuvieron una distribución de microorganismos similar. Sin embargo, cuando se cuantificaron las cargas bacterianas fueron mayores en EAEPOC (intervalo 4x107 -2x108) que en fase estable (intervalo 2x105 -4x107). Conclusiones: El genotipo de las cepas de P. aeruginosa y H. influenzae aisladas en EAEPOC difieren de un paciente a otro, sin embargo la mayoría de los episodios de cada paciente están causados por un genotipo único.

Efecto de los contenidos de C, Mn y Si en el comportamiento a fluencia en caliente de aceros de construcción al carbono y microaleados: aplicación a la obtención de grano ultrafino en productos largos laminados

Després d’aplicar alguns tractaments d’elaboració i conservació als aliments, queden bacteris lesionats. Aquests bacteris perden la capacitat de créixer en els medis de cultiu selectiu convencionals, de manera que se’n subestima el recompte. Malgrat això, poden recuperar-se als aliments i suposar un risc per la salut, ja que alguns encara poden mantenir activitat metabòlica i integritat estructural. En aquest projecte, es van optimitzar protocols de preparació de mostres per citometria de flux (CF) per avaluar l’estat fisiològic de patògens alimentaris (Escherichia coli O157:H7, Salmonella Enteritidis i Listeria monocytogenes) sotmesos a estrès. Es van estudiar principalment dos paràmetres fisiològics: la integritat de membrana, mitjançant iodur de propidi i fluorocroms de la família SYTO; i l’activitat respiratòria, per la reducció intracel•lular d’una sal de tetrazole, el CTC. En primer lloc, es van avaluar variables de protocol, com la concentració de colorant, la ràtio entre colorants, la solució de tinció i el temps d’incubació, en mostres control (cèl•lules sanes i mortes). A continuació, els protocols optimitzats es van aplicar a suspensions bacterianes en medi de cultiu que prèviament havien estat sotmeses a estressos físics i fisicoquímics. Durant l’etapa final del projecte, els coneixements adquirits sobre la preparació de mostres per CF es van aplicar a l’anàlisi de mostres de matriu complexa: amanides comercials inoculades amb E. coli O157:H7. Als assajos amb indicadors d’integritat de membrana en suspensions bacterianes sotmeses a estrès, es van poder quantificar cèl•lules amb la membrana parcialment danyada (presumptes cèl•lules lesionades). El recompte de cèl•lules que mantingueren l’activitat respiratòria després de ser sotmeses a estrès va ser superior al que es va obtenir mitjançant recompte en placa convencional, cosa que va evidenciar la presència de cèl•lules actives però no cultivables. La introducció d’estratègies per reduir les interferències provocades per les partícules alimentàries i l’ús d’un anticòs amb marcatge fluorescent va permetre detectar selectivament les cèl•lules d’E. coli O157:H7 i avaluar-ne la integritat de membrana simultàniament. L’anàlisi de cèl•lules bacterianes per CF requereix de la exhaustiva optimització dels protocols, que són específics per cada soca i matriu. Malgrat això, i a diferència del mètode convencional per recompte en placa, ofereix la possibilitat d’obtenir una gran quantitat d’informació sobre el sovint complex estat fisiològic d’una mostra.

Poliamines en estrès abiòtic i mecanismes moleculars

Les poliamines (PAs) putrescina (Put), espermidina (Spd) i espermina (Spm) són mol•lècules policatiòniques de baix pes molecular, presents en els microorganismes, animals i plantes. Les PAs han estat implicades en diversos processos cel•lulars importants, incloent la resposta de les plantes a l'estrès. No obstant això, el seu mode d'acció està es desconeix. En les plantes, es van acumulant evidències de que les PAs interactuen amb macromolècules i estructures cel•lulars, com ara proteïnes de membrana, i la seva possible participació en transducció de senyals s'ha convertit en una creixent i interessant àrea d'estudi. En aquesta tesi, la possible interacció entre les poliamines i les vies de senyalització de fosfolípids és investigada. Resultats previs, han posat de manifest que alteracions en els nivells endògens de poliamines (PAs), per sobreexpressió gènica o pèrdua de funció de gens de biosíntesi, redueixen o milloren, respectivament, la capacitat de les plantes d'Arabidopsis per tolerar agressions per estrès abiòtic, produint en alguns casos notables alteracions en el desenvolupament. En aquestes plantes amb nivells alterats de PAs s'han detectat canvis importants en l'expressió gènica i s'ha trobat una connexió entre el contingut de PAs ii la biosíntesi / senyalització d'àcid abscísic (ABA). La hipòtesi actual de treball és que aquestes alteracions en l'expressió gènica poden estar mediades, si més no en part, pel catabolisme de PAs, i l’acció directa o indirecta de les espècies reactives d'oxigen (ROS) que se’n deriven.

Lactic acid bacteria from fresh fruit and vegetables as biocontrol agents of phytopathogenic bacteria and fungi

This study evaluated the efficacy of lactic acid bacteria (LAB) isolated from fresh fruits and vegetables as biocontrol agents against the phytopathogenic and spoilage bacteria and fungi, Xanthomonas campestris, Erwinia carotovora, Penicillium expansum, Monilinia laxa, and Botrytis cinerea. The antagonistic activity of 496 LAB strains was tested in vitro and all tested microorganisms except P. expansum were inhibited by at least one isolate. The 496 isolates were also analyzed for the inhibition of P. expansum infection in wounds of Golden Delicious apples. Four strains (TC97, AC318, TM319, and FF441) reduced the fungal rot diameter of the apples by 20%; only Weissella cibaria strain TM128 decreased infection levels by 50%. Cell-free supernatants of selected antagonistic bacteria were studied to determine the nature of the antimicrobial compounds produced. Organic acids were the preferred mediators of inhibition but hydrogen peroxide was also detected when strains BC48, TM128, PM141 and FF441 were tested against E. carotovora. While previous reports of antifungal activity by LAB are scarce, our results support the potential of LAB as biocontrol agents against postharvest rot. [Int Microbiol 2008; 11(4):231-236]

A comparison of random sequence reads versus 16S rDNA sequences for estimating the biodiversity of a metagenomic library

The construction of metagenomic libraries has permitted the study of microorganisms resistant to isolation and the analysis of 16S rDNA sequences has been used for over two decades to examine bacterial biodiversity. Here, we show that the analysis of random sequence reads (RSRs) instead of 16S is a suitable shortcut to estimate the biodiversity of a bacterial community from metagenomic libraries. We generated 10,010 RSRs from a metagenomic library of microorganisms found in human faecal samples. Then searched them using the program BLASTN against a prokaryotic sequence database to assign a taxon to each RSR. The results were compared with those obtained by screening and analysing the clones containing 16S rDNA sequences in the whole library. We found that the biodiversity observed by RSR analysis is consistent with that obtained by 16S rDNA. We also show that RSRs are suitable to compare the biodiversity between different metagenomic libraries. RSRs can thus provide a good estimate of the biodiversity of a metagenomic library and, as an alternative to 16S, this approach is both faster and cheaper.

Pathogenic plant-microbe interactions. What we know and how we benefit

Plants, like humans and other animals, also get sick, exhibit disease symptoms, and die. Plant diseases are caused by environmental stress, genetic or physiological disorders and infectious agents including viroids, viruses, bacteria and fungi. Plant pathology originated from the convergence of microbiology, botany and agronomy; its ultimate goal is the control of plant disease. Microbiologists have been attracted to this field of research because of the need for identification of the agents causing infectious diseases in economically important crops. In 1878—only two years after Pasteur and Koch had shown for the first time that anthrax in animals was caused by a bacteria—Burril, in the USA, discovered that the fire blight disease of apple and pear was also caused by a bacterium (nowadays known as Erwinia amylovora). In 1898, Beijerinck concluded that tobacco mosaic was caused by a “contagium vivum fluidum” which he called a virus. In 1971, Diener proved that a potato disease named potato spindle tuber was caused by infectious RNA which he called viroid

Qualitat microbiològica dels productes vegetals frescos mínimament processats i desenvolupament de tecnologies de bioconservació mitjançant bacteris de l'àcid làctic

Food safety today is conditiones by the implementation of new Tecnologies for food preservation based on mild treatments and mínimum process, Novel foods, severe restrictions in the toxicològic profile of chemical preservatives, And the drastic limitation /prohibition of antibiotics, and as a consequence, by the New emergint pathogens or by the increase of classical food-borne pathogens. Biopreservatives appear within this context with strong expectations, because thei are safe microorganisms of ten isolated from foods, chemical compounds of natural origin -antimicrobial peptides and proteins, botanical extracts, enzymes- and sintetic compounds based on natural structures, but less toxic and more eficients, like the amtimicrobial peptides. Among the microbial biopreservatives, lactic acid bacteria have shown great possibilities in the preservation of cured meat products, ready to eat fresh fruit and vegetables, as well as to decrease microbial spoilage in food by products before processing for valorization. Our laboratory has performed an extense survey of the microbiological quality of fresh fruit and vegetables, and of ready-to-eat products, and have detect low levels, but significant of Salmonella sp., E. coli and Listeria spp., including L.monocytogenes, in retail markets and Supermarkets of Catalonia. Due to this reason, we started a project consisting of Developing application of lactic acid bacteria (LAB) obtained from these products, as biopreservatives. LAB were abundant in ready-to-eat fresh fruits and vegetables, specially in germinated seeds. From these products we obtained strains of Leuconostoc, Lactobacillus and Weissella, producing bacteriocins and with a Significant activity of control of L.monocytogenes in fresh apple and cut salad. Ather strains were efective in the inhibition of fungal rot during postharvest caused by Penicillium expansum

Antibiotic resistance genes in the bacteriophage DNA fraction of environmental samples

Antibiotic resistance is an increasing global problem resulting from the pressure of antibiotic usage, greater mobility of the population, and industrialization. Many antibiotic resistance genes are believed to have originated in microorganisms in the environment, and to have been transferred to other bacteria through mobile genetic elements. Among others, ß-lactam antibiotics show clinical efficacy and low toxicity, and they are thus widely used as antimicrobials. Resistance to ß-lactam antibiotics is conferred by ß-lactamase genes and penicillin-binding proteins, which are chromosomal- or plasmid-encoded, although there is little information available on the contribution of other mobile genetic elements, such as phages. This study is focused on three genes that confer resistance to ß-lactam antibiotics, namely two ß-lactamase genes (blaTEM and blaCTX-M9) and one encoding a penicillin-binding protein (mecA) in bacteriophage DNA isolated from environmental water samples. The three genes were quantified in the DNA isolated from bacteriophages collected from 30 urban sewage and river water samples, using quantitative PCR amplification. All three genes were detected in the DNA of phages from all the samples tested, in some cases reaching 104 gene copies (GC) of blaTEM or 102 GC of blaCTX-M and mecA. These values are consistent with the amount of fecal pollution in the sample, except for mecA, which showed a higher number of copies in river water samples than in urban sewage. The bla genes from phage DNA were transferred by electroporation to sensitive host bacteria, which became resistant to ampicillin. blaTEM and blaCTX were detected in the DNA of the resistant clones after transfection. This study indicates that phages are reservoirs of resistance genes in the environment.

Decomposition of Ruppia cirrhosa (Petagna) Grande in the sediment of a coastal lagoon

The decomposition process of Ruppia cirrhosa was studied in a Mediterranean coastal lagoon in the Delta of the River Ebro (NE Spain). Leaves and shoots of Ruppia were enclosed in 1 mm-mesh and 100 pm-mesh litter bags to ascertain the effect of detritivores, macroinvertebrates, and bacteria and fungi, respectively. Changes in biomass and carbon, and, nitrogen and phosphorus concentrations in the detritus were studied at the sediment-water interface and in the sediment. Significant differences in biomass decay were observed between the two bag types. Significant differences in decomposition were observed between the two experimental conditions studied using 100 pm-mesh bags. These differences were not significant when using the 1 mm-mesh bags. The carbon content in the detritus remained constant during the decomposition process. The percentage of nitrogen increased progressively from an initial 2.4 % to 3 %. The percentage of phosphorus decreased rapidly during the first two days of decomposition from an initial 0.26 % to 0.17 %. This loss is greater in the sediment than in the water column or at the sediment-water interface. From these results we deduce that the activity of microorganisms seems to be more important in the sediment than in the water-sediment interface, and that grazing by macroinvertebrates has less importance in the sediment than in the water column.