Use of sugarcane bagasse and grass hydrolysates as carbon sources for xylanase production by Bacillus circulans D1 in submerged fermentation

The use of sugarcane bagasse and grass as low cost raw material for xylanase production by Bacillus circulans D1 in submerged fermentation was investigated. The microorganism was cultivated in a mineral medium containing hydrolysate of bagasse or grass as carbon source. High production of enzyme was obtained during growth in media with bagasse hydrolysates (8.4 U/mL) and in media with grass hydrolysates (7.5 U/mL). Xylanase production in media with hydrolysates was very close to that obtained in xylan containing media (7.0 U/ mL) and this fact confirm the feasibility of using this agro-industrial byproducts by B. circulans D1 as an alternative to save costs on the enzyme production process. (c) 2005 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Optimization of xylanase production by Bacillus circulans D1 in submerged fermentation using response surface methodology

In this work, a 3(3) factorial design was performed with the aim of optimizing the culture conditions for xylanase production by an alkalophilic thermophilic strain of Bacillus circulans, using response surface methodology. The variables involved in this study were xylan concentration (X-1), pH (X-2) and cultivation time (X-3). The optimal response region was approached without using paths of steepest ascent. Statistical analysis of results showed that, in the range studied, only pH did not have a significant effect on xylanase production. A second-order model was proposed to represent the enzymic activity as a function of xylan concentration (X-1) and cultivation time (X-3). The optimum xylan concentration and cultivation time were 5 g/l and 48 h, respectively. Under these conditions, the model predicted a xylanase activity of 19.1 U/ml. (C) 2002 Elsevier B.V. Ltd. All rights reserved.

Xylanase production by Bacillus circulans D1 using maltose as carbon source

Bacillus circulans D1 is a good producer of extracellular thermostable xylanase. Xylanase production in different carbon sources was evaluated and the enzyme synthesis was induced by various carbon sources. It was found that D-maltose is the best inducer of the enzyme synthesis ( 7.05 U/ mg dry biomass at 48 h), while D-glucose and D-arabinose lead to the production of basal levels of xylanase. The crude enzyme solution is free of cellulases, even when the microorganism was cultivated in a medium with D-cellobiose. When oat spelt xylan was supplemented with D-glucose, the repressive effect of this sugar on xylanase production was observed at 24 h, only when used at 5.0 g/ L, leading to a reduction of 60% on the enzyme production. on the other hand, when the xylan medium was supplemented with D- xylose ( 3.0 or 5.0 g/ L), this effect was more evident ( 80 and 90% of reduction on the enzyme production, respectively). Unlike that observed in the xylan medium, glucose repressed xylanase production in the maltose medium, leading to a reduction of 55% on the enzyme production at 24 h of cultivation. Xylose, at 1.0 g/ L, induced xylanase production on the maltose medium. on this medium, the repressive effect of xylose, at 3.0 or 5.0 g/ L, was less expressive when compared to its effect on the xylan medium.

Effect of Bacillus circulans D1 thermostable xylanase on biobleaching of eucalyptus kraft pulp

The alkalophilic Bacillus circulans D1 was isolated from decayed wood. It produced high levels of extracellular cellulase-free xylanase. The enzyme was thermally stable up to 60°C, with an optimal hydrolysis temperature of 70°C. It was stable over a wide pH range (5.5-10.5), with an optimum pH at 5.5 and 80% of its activity at pH 9.0. This cellulase-free xylanase preparation was used to biobleach kraft pulp. Enzymatic treatment of kraft pulp decreased chlorine dioxide use by 23 and 37% to obtain the same kappa number (κ number) and brightness, respectively. Separation on Sephadex G-50 isolated three fractions with xylanase activity with distinct molecular weights.

Produção da enzima ciclodextrina glicosil transferase por Bacillus circulans

As ciclodextrinas (CDs) são oligossacarídeos cíclicos que solubilizam e modificam moléculas por possuir uma cavidade interna hidrofílica e região externa hidrofóbica, com uma estrutura tronco-cônica, conferindo a estes açúcares cíclicos propriedades físico-químicas para complexação de uma grande variedade de moléculas. A enzima ciclodextrina glicosiltransferase (CGTase) catalisa reações de conversão de amido em diferentes tipos de CDs, a sua produção é influenciada por vários fatores. As pesquisas dirigidas para a produção de CGTases de menor custo são importantes para viabilizar economicamente o uso das CDs em escala industrial. No presente estudo, as CDs foram produzidas a partir de diferentes fontes de carbono pelo micro-organismo Bacillus circulans ATCC 21783, estudou-se seu crescimento celular assim como sua produção enzimática, utilizando a ferramenta estatística de planejamento experimental. O micro-organismo Bacillus circulans ATCC 21783 mostrou-se ser eficiente na produção da enzima CGTase, os resultados indicaram a potencialidade do grão de sorgo como o melhor substrato para fermentação na produção de CGTase. Quanto maior o tamanho do grão de sorgo, maiores concentrações de glicose e amido estarão presentes, o que influencia diretamente a produção enzimática. Por meio do planejamento experimental foram proposto modelos matemáticos que expressam tanto a produção enzimática quanto a concentração das variáveis das concentrações da fonte de carbono, pH e a temperatura. A importância de desenvolver o modelo é demonstrar a sua aplicação bem-sucedida para determinação das condições ideais que representam o processo de alta produtividade enzimática da CGTase. A otimização das variáveis foram obtidas a partir de quatro planejamentos experimentais composto central (PCC) e seus resultados analisados pelas superfícies de resposta. Os melhores resultados do planejamento encontrados no...

Genetic differentiation between sympatric populations of Bacillus cereus and Bacillus thuringiensis

Little is known about genetic exchanges in natural populations of bacteria of the spore-forming Bacillus cereus group, because no population genetics studies have been performed with local sympatric populations. We isolated strains of Bacillus thuringiensis and B. cereus from small samples of soil collected at the same time from two separate geographical sites, one within the forest and the other at the edge of the forest. A total of 100 B. cercus and 98 B. thuringiensis strains were isolated and characterized by electrophoresis to determine allelic composition at nine enzymatic loci. We observed genetic differentiation between populations of B. cereus and B. thuringiensis. Populations of a given Bacillus species-B. thuringiensis or B. cereus-were genetically more similar to each other than to populations of the other Bacillus species. Hemolytic activity provided further evidence of this genetic divergence, which remained evident even if putative clones were removed from the data set. Our results suggest that the rate of gene flow was higher between strains of the same species, but that exchanges between B. cereus and B. thuringiensis were nonetheless possible. Linkage disequilibrium analysis revealed sufficient recombination for B. cereus populations to be considered panmictic units. In B. thuringiensis, the balance between clonal proliferation and recombination seemed to depend on location. Overall, our data indicate that it is not important for risk assessment purposes to determine whether B. cereus and B. thuringiensis belong to a single or two species. Assessment of the biosafety of pest control based on B. thuringiensis requires evaluation of the extent of genetic exchange between strains in realistic natural conditions.

Identificação e caracterização de genes vip e cry coleóptero-específicos em isolados de Bacillus thuringiensis

O objetivo deste trabalho foi identificar e caracterizar os genes cry3, vip1, vip2 e vip1/vip2 em uma coleção de 1.078 isolados de Bacillus thuringiensis potencialmente tóxicos para larvas de coleópteros. Foram utilizados pares de oligonucleotídeos iniciadores gerais obtidos a partir de regiões conservadas dos genes e do alinhamento de sequências consenso. Posteriormente, os isolados positivos foram caracterizados por meio da técnica de PCR‑RFLP, tendo-se utilizado enzimas de restrição específicas, para identificar novas subclasses de genes nos isolados. Cento e cinquenta e um isolados foram positivos para os genes avaliados, com maior frequência para o gene vip1/vip2 (139 isolados). Pela técnica de PCR‑RFLP, foram observados 14 perfis polimórficos, o que indica a presença de diferentes alelos e, consequentemente, de distintas subclasses desses genes.

Caracterização de novos isolados de Bacillus thuringiensis para o controle de importantes insetos-praga da agricultura

A bactéria Bacillus thuringiensis Berliner produz um corpo de inclusão paraesporal (cristal) de natureza proteica, formado durante a esporulação, que atua de forma eficiente no controle de insetos-praga de culturas economicamente importantes. Esse cristal é constituído de proteínas Cry, que são codificadas pelos genes cry; um isolado pode ser caracterizado pelo conteúdo de genes cry que apresenta. Visando caracterizar novos isolados no combate de insetos-praga pertencentes às ordens Lepidoptera e Coleoptera, 76 isolados bacterianos foram analisados molecularmente e tiveram seu potencial de controle avaliado por meio de bioensaios com larvas de Spodoptera frugiperda (J.E. Smith), Sphenophorus levis Vaurie e Tenebrio molitor Linnaeus. As análises moleculares indicaram 11 isolados (14,5% da coleção), contendo genes lepidóptero-específicos e 17 (22,37%) com genes coleóptero-específicos. As análises de patogenicidade revelaram dois isolados com alto potencial de controle para lagartas de S. frugiperda, um para larvas de S. levis e seis prejudiciais ao desenvolvimento das larvas de T. molitor. Esses isolados de B. thuringiensis podem ser promissores no controle biológico das referidas pragas.

Isolation of Bacillus thuringiensis strains that contain Dipteran-specific cry genes from Ilha Bela (São Paulo, Brazil) soil samples

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Identification of new isolates of Bacillus thuringiensis using rep-PCR products and delta-endotoxin electron microscopy

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Expression of the sigma35 and cry2AB genes involved in Bacillus thuringiensis virulence

Muitos genes estão envolvidos nos mecanismos de esporulação da bactéria Bacillus thuringiensis. A regulação e expressão desses genes resultam em uma produção massiva da proteína Cry, responsável pela morte das larvas de muitos insetos. Neste trabalho monitorou-se a expressão de genes de Bacillus thuringiensis, ao longo de três fases de seu desenvolvimento. Foram construídos macroarrays de DNA dos genes selecionados, cujas seqüências estão disponibilizadas no GenBank. Estes genes foram hibridizados com cDNAs obtidos de B. thuringiensis kurstaki HD-1. As sondas de cDNA foram sintetizadas a partir da transcrição reversa do RNA da bactéria, extraído durante as fases de crescimento logarítmico, estacionária e esporulativa, marcadas com 33PadCTP. A expressão diferencial encontrada foi significativa para dois genes de B.thuringiensis, um relacionado aos fatores sigma (sigma35) e outro ao gene cry (cry2Ab). Detectaram-se diferenças entre as médias de expressão do fator sigma e do gene cry2Ab. Os valores máximos de expressão diferencial foram obtidos para o gene codificador do fator sigma35 na fase log e na fase esporulativa. Na análise de médias observou-se expressão do gene cry2Ab apenas na fase log; no entanto, de forma bem mais baixa quando comparado com a expressão de sigma35, nas três fases.

Characterization and selection of Bacillus thuringiensis isolates effective against Sitophilus oryzae

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Associação de bioensaios e caracterização molecular para seleção de novos isolados de Bacillus thuringiensis efetivos contra Spodoptera frugiperda (J.E. Smith) (Lepidoptera: Noctuidae)

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Methodology for fast evaluation of Bacillus thuringiensis crystal protein content

O desenvolvimento da produção e uso do Bacillus thuringiensis no Brasil em escala comercial enfrenta certas dificuldades, entre elas o estabelecimento de metodologias para a quantificação de produtos tóxicos a serem comercializados. Atualmente, a quantidade de toxinas é expressa como porcentagem do total de proteínas presentes em amostras em consideração. Tal metodologia, entretanto, não mede a quantidade real de uma determinada proteína presente em um produto qualquer, além do fato de diferentes linhagens bacterianas possuírem diferentes genes codificadores para endotoxinas e mesmo para b-toxina. Desde que os diferentes tipos de toxinas apresentam diferentes características antigências, este trabalho tem como objetivo a utilização de técnicas imunológicas para quantificar específicamente o conteúdo de proteína cristal presente em diferentes amostras. A proteína cristal produzida pela subespécie B. thuringiensis var. israelensis foi purificada por ultracentrifugação e utilizada para imunizar coelhas e produzir soros hiperimunes. Tais soros foram posteriormente usados para avaliar o nível de proteína cristal em bioinseticidas comerciais e em culturas de laboratório desta bactéria utilizando-se a técnica do imunodot. Os resultados foram obtidos por comparação de reações com concentrações conhecidas de proteína cristal permitindo assim avaliar com segurança os níveis desta proteína em várias preparações.

Atividade tóxica de isolados de Bacillus Thuringiensis a larvas de Aedes Aegypti (l.) (diptera: culicidae)

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)