Heterologous protein secretion in Lactococcus lactis: a novel antigen delivery system

Lactic acid bacteria (LAB) are Gram-positive bacteria and are generally regarded as safe (GRAS) organisms. Therefore, LAB could be used for heterologous protein secretion and they are good potential candidates as antigen delivery vehicles. To develop such live vaccines, a better control of protein secretion is required. We developed an efficient secretion system in the model LAB, Lactococcus lactis. Staphylococcal nuclease (Nuc) was used as the reporter protein. We first observed that the quantity of secreted Nuc correlated with the copy number of the cloning vector. The nuc gene was cloned on a high-copy number cloning vector and no perturbation of the metabolism of the secreting strain was observed. Replacement of nuc native promoter by a strong lactococcal one led to a significant increase of nuc expression. Secretion efficiency (SE) of Nuc in L. lactis was low, i.e., only 60% of the synthesized Nuc was secreted. Insertion of a synthetic propeptide between the signal peptide and the mature moiety of Nuc increased the SE of Nuc. On the basis of these results, we developed a secretion system and we applied it to the construction of an L. lactis strain which secretes a bovine coronavirus (BCV) epitope-protein fusion (BCV-Nuc). BCV-Nuc was recognized by both anti-BCV and anti-Nuc antibodies. Secretion of this antigenic fusion is the first step towards the development of a novel antigen delivery system based on LAB-secreting strains.

Improvement of bovine ß-lactoglobulin production and secretion by Lactococcus lactis

The stabilizing effects of staphylococcal nuclease (Nuc) and of a synthetic propeptide (LEISSTCDA, hereafter called LEISS) on the production of a model food allergen, bovine ß-lactoglobulin (BLG), in Lactococcus lactis were investigated. The fusion of Nuc to BLG (Nuc-BLG) results in higher production and secretion of the hybrid protein. When LEISS was fused to BLG, the production of the resulting protein LEISS-BLG was only slightly improved compared to the one obtained with Nuc-BLG. However, the secretion of LEISS-BLG was dramatically enhanced (~10- and 4-fold higher than BLG and Nuc-BLG, respectively). Finally, the fusion of LEISS to Nuc-BLG resulting in the protein LEISS-Nuc-BLG led to the highest production of the hybrid protein, estimated at ~8 µg/ml (~2-fold higher than Nuc-BLG). In conclusion, the fusions described here led to the improvement of the production and secretion of BLG. These tools will be used to modulate the immune response against BLG via delivery of recombinant lactococci at the mucosal level, in a mouse model of cow's milk allergy.

Secretion of Streptomyces tendae antifungal protein 1 by Lactococcus lactis

Lactococcus lactis, the model lactic acid bacterium, is a good candidate for heterologous protein production in both foodstuffs and the digestive tract. We attempted to produce Streptomyces tendae antifungal protein 1 (Afp1) in L. lactis with the objective of constructing a strain able to limit fungal growth. Since Afp1 activity requires disulfide bond (DSB) formation and since intracellular redox conditions are reportedly unfavorable for DSB formation in prokaryotes, Afp1 was produced as a secreted form. An inducible expression-secretion system was used to drive Afp1 secretion by L. lactis; Afp1 was fused or not with LEISSTCDA, a synthetic propeptide (LEISS) that has been described to be a secretion enhancer. Production of Afp1 alone was not achieved, but production of LEISS-Afp1 was confirmed by Western blot and immunodetection with anti-Afp1 antibodies. This protein (molecular mass: 9.8 kDa) is the smallest non-bacteriocin heterologous protein ever reported to be secreted in L. lactis via the Sec-dependent pathway. However, no anti-fungal activity was detected, even in concentrated samples of induced supernatant. This could be due to a too low secretion yield of Afp1 in L. lactis, to the absence of DSB formation, or to an improper DSB formation involving the additional cysteine residue included in LEISS propeptide. This raises questions about size limits, conformation problems, and protein secretion yields in L. lactis.

Estudo dos parâmetros da ultrafiltração de permeado de soro de queijo fermentado por Lactococcus lactis subsp. lactis

Permeado de soro doce, suplementado com extrato de levedura e peptona, foi utilizado como meio de crescimento para Lactococcus lactis subsp. lactis. No final da fase exponencial de crescimento, o meio de cultura fermentado foi submetido a uma ultrafiltração com o objetivo de concentrar o microrganismo. Foram realizados 6 processamentos diferentes, nos quais variou-se as condições iniciais da ultrafiltração, tendo sido avaliados os seguintes parâmetros: porosidade da membrana, pH e número de células viáveis no permeado e no retentado, a fim de ser estudado a influência de cada parâmetro na taxa de permeação da ultrafiltração. As membranas utilizadas foram eficazes como meio de barragem para o microrganismo Lactococcus lactis subsp. lactis, ficando o retentado com uma média celular de 10(8) ufc/ml e o permeado com uma média celular de 10² ufc/ml. Membranas de diferentes porosidades tiveram taxas de fluxo semelhantes. O aumento da concentração celular provocou a diminuição do fluxo. O pH também influenciou a taxa de permeação, havendo um aumento do fluxo quando foi utilizado um pH inicial mais alto.

Efeito e modo de ação das bacteriocinas produzidas por Lactococcus lactis subsp. lactis ITAL 383, ATCC 11454 e CNRZ 150 contra Listeria innocua LIN 11

O efeito e o modo de ação das bacteriocinas produzidas por L. lactis subsp. lactis ITAL 383 e CNRZ 150 são similares à nisina de L. lactis subsp. lactis ATCC 11454. Estas bacteriocinas apresentaram um modo de ação bactericida, causando a lise de células de L. innocua LIN 11, associada ao decréscimo da absorbância e da viabilidade celular. O efeito letal foi maior para células em fase exponencial comparativamente à fase estacionária de crescimento. A adsorção dessas bacteriocinas às células de L. innocua LIN 11 foi muito rápida e influenciada pelo pH do meio de suspensão; adsorção máxima foi verificada a pH 6,0 e logo após o contato inicial. Perda completa de adsorção ocorreu em pH 2,0.

Características da bacteriocina produzida por Lactococcus lactis ssp. hordniae CTC 484 e seu efeito sobre Listeria monocytogenes em carne bovina

O isolamento de linhagens de bactérias lácticas produtoras de bacteriocinas em carnes e seus produtos derivados resultou na detecção de Lactococcus lactis ssp. hordniae CTC 484, proveniente de frango. A bacteriocina inibiu não apenas uma outra bactéria láctica (Lactobacillus helveticus), mas também microorganismos patogênicos (Staphylococcus aureus, Listeria monocytogenes, Bacillus cereus, Clostridium perfringens e Enterococcus faecalis). Ela foi inativada por causa de enzimas como: alfa-quimotripsina, tripsina, pronase E, ficina, pepsina, papaína e lipase. Além disso, a bacteriocina mostrou-se termoestável, mesmo a temperaturas de autoclavagem (121°C/10 min) e foi produzida em condições de armazenamento sob refrigeração. A bacteriocina mostrou-se ativa dentro de uma ampla faixa de valores de pH (2-10), porém a maior atividade ocorreu em valores menores de pH. A eficiência da linhagem CTC 484, assim como a de sua bacteriocina na redução e inibição do crescimento de Listeria monocytogenes em carne bovina estéril, foram avaliadas. Os resultados indicaram que o tratamento da carne por meio da inoculação desta bactéria contribuiu para o aumento da segurança e extensão da vida útil deste alimento.

In vitro selection of bacteria with potential for use as probiotics in marine shrimp culture

The objective of this work was to isolate strains of lactic acid bacteria with probiotic potential from the digestive tract of marine shrimp (Litopenaeus vannamei), and to carry out in vitro selection based on multiple characters. The ideotype (ideal proposed strain) was defined by the highest averages for the traits maximum growth velocity, final count of viable cells, and inhibition halo against nine freshwater and marine pathogens, and by the lowest averages for the traits duplication time and resistance of strains to NaCl (1.5 and 3%), pH (6, 8, and 9), and biliary salts (5%). Mahalanobis distance (D²) was estimated among the evaluated strains, and the best ones were those with the shortest distances to the ideotype. Ten bacterial strains were isolated and biochemically identified as Lactobacillus plantarum (3), L. brevis (3), Weissella confusa (2), Lactococcus lactis (1), and L. delbrueckii (1). Lactobacillus plantarum strains showed a wide spectrum of action and the largest inhibition halos against pathogens, both Gram-positive and negative, high growth rate, and tolerance to all evaluated parameters. In relation to ideotype, L. plantarum showed the lowest Mahalanobis (D²) distance, followed by the strains of W. confusa, L. brevis, L. lactis, and L. delbrueckii. Among the analyzed bacterial strains, those of Lactobacillus plantarum have the greatest potential for use as a probiotic for marine shrimp.

Determinação da compatibilidade de desenvolvimento de culturas bacteriocinogênicas e fermento láctico

Além da utilização como bioconservantes de alimentos, algumas culturas bacteriocinogênicas estão sendo empregadas para acelerar a maturação de queijos. Porém a compatibilidade de desenvolvimento destas culturas com o fermento láctico é essencial para a obtenção de produtos característicos. O objetivo deste estudo foi avaliar a compatibilidade de desenvolvimento de Lactococcus lactis subsp. lactis ATCC 11454, Lactobacillus plantarum ALC 01 e Enterococcus faecium FAIR-E 198 com duas marcas comerciais de fermentos lácticos. Inicialmente, foi determinada a sensibilidade in vitro dos fermentos às culturas bacteriocinogênicas, somente Lc. lactis subsp. lactis ATCC 11454 foi capaz de promover a inibição de ambos os fermentos. Durante desenvolvimento associativo em leite a 35 ºC, as culturas bacteriocinogênicas não afetaram significativamente a produção de ácido láctico pelos fermentos. Estes, por sua vez proporcionaram aumento significativo da atividade de pediocina AcH e enterocina FAIR-E 198 e supressão da atividade da nisina. Dentre todas as culturas lácticas, Lb. plantarum ALC 01 apresentou a maior atividade de aminopeptidases (0,226 a 0,390). Portanto, baseado nos resultados em questão, Lb. plantarum ALC 01 e E. faecium FAIR-E 198 apresentam características de compatibilidade de desenvolvimento com o fermento mesofílico tipo O para serem empregadas como adjuntas no processamento de queijos.

Salame tipo italiano elaborado com culturas starters nativas

A pesquisa teve como objetivo acrescentar culturas starters nativas em salame tipo Italiano e avaliar o desempenho frente a culturas comerciais quanto às características microbiológicas, físico-químicas e sensoriais. As culturas utilizadas foram Staphylococcus xylosus, isolado de salames coloniais, e Lactococcus lactis ssp. lactis, isolado de um produto lácteo e fermentado em meio de cultura de plasma suíno. Elaboraram-se os seguintes tratamentos: T1 - adição de starters comerciais (Staphylococcus xylosus e Lactococcus lactis ssp. lactis); T2 - mistura de Staphylococcus xylosus isolado mais Lactococcus lactis ssp. lactis comercial; T3 - mistura de Lactococcus lactis ssp. lactis isolado mais Staphylococcus xylosus comercial; e T4 - Staphylococcus xylosus e Lactococcus lactis ssp. lactis, ambos isolados. Os tratamentos apresentaram uma queda de pH significativa e também uma redução na Aw, garantindo uma segurança microbiológica aos produtos. Em relação à oxidação lipídica, os tratamentos que continham Staphylococcus xylosus isolados de salames artesanais apresentaram valores menores que os outros tratamentos. Os salames elaborados com Staphylococcus xylosus e Lactococcus lactis ssp. lactis, ambos isolados, apresentaram melhores resultados sensoriais quando comparados com salames elaborados com culturas starters comerciais. Portanto, a adição de culturas starters nativas pode ser utilizada na elaboração de salames, proporcionando produtos seguros e com flavor diferenciado.

Antimicrobial properties of lactic acid bacteria isolated from uruguayan artisan cheese

Uruguayan artisan cheese is elaborated with raw milk and non-commercial starters. The associated native microbiota may include lactic acid bacteria and also potentially pathogenic bacteria. Lactic acid bacteria were isolated from artisan cheese, raw milk, and non-commercial starter cultures, and their potential bacteriocin production was assessed. A culture collection of 509 isolates was obtained, and five isolates were bacteriocin-producers and were identified as Enterococcus durans,Lactobacillus casei, and Lactococcus lactis. No evidence of potential virulence factors were found in E. durans strains. These are promising results in terms of using these native strains for cheese manufacture and to obtain safe products.

Evaluation of biological activities of Physalis peruviana ethanol extracts and expression of Bcl-2 genes in HeLa cells

Physalis species are used in folk medicine for phytotherapeutic properties. The extracts of medicinal plants are known to possess cytotoxic and chemopreventative compounds. In this study we investigated antibacterial, antioxidant, DNA damage preventative properties of Physalis peruviana (golden berry) on leaf and shoot ethanol extracts and their effects on cytotoxicity of HeLa cells and expression of apoptotic pathway genes. Among the tested bacteria for antibacterial activity, maximum inhibition zone was determined in Lactococcus lactis. The phenolic content was found higher in leaf extracts than shoot extracts. The antioxidant activity showed the highest TEAC values of the leaf (2 mg/mL) and the shoot (0.5 mg/mL) extracts as 0.291±0.04 and 0.192±0.015, respectively. In DNA damage prevention assay both leaf and shoot extracts, especially 30 and 20 µg/mL concentrations, exhibited significant protection against DNA damage-induced by hydroxyl radical generated by Fenton reaction. Our results suggest that leaf and shoot extracts possess cytotoxic effect on HeLa cells when applied as 100 µg/mL concentration. Also mRNA expression analysis showed the alteration of antiapoptotic genes, so the results suggest that P. peruviana ethanol extracts induce apoptotic cell death and should be investigated for identification of active compounds and their mechanisms of action.

CD19 LYMPHOCYTE PROLIFERATION INDUCED BY Bifidobacterium animalis subsp. lactis IN C57BL/6 MICE EXPERIMENTALLY INFECTED WITH Toxoplasma gondii

Toxoplasmosis is frequently acquired through the oral route by the ingestion of cysts or oocysts of Toxoplasma gondii. Once ingested, the parasites penetrate the intestinal epithelial cells and rapidly disseminate to all organs in the host. During T. gondii infection, the intestinal microbiota plays an important role in stimulating a protective immune response against the parasite. In this sense the use of probiotics is worthy of note since they are live microorganisms that have beneficial effects on the host through stimulation of the immune response that can be important in the control of T. gondii proliferation and dissemination in the host. In the present study, the action of the probiotic Bifidobacterium animalis subsp. lactis was investigated in C57BL/6 mice infected with oocysts of ME49 strain of T. gondii. The probiotic had an immunomodulatory action, inducing CD19 lymphocyte proliferation and consequently increasing anti-T. gondii antibody level.Bifidobacterium animalis subsp. lactisprovided protection in supplemented mice, compared to the control group. In addition, supplemented animals had milder inflammatory process in the small intestine, indicating that the probiotic protects the intestinal mucosa during infection with T. gondii. It was concluded that the probioticB. animalis subsp. lactis induces humoral immune response capable of providing protection against T. gondii infection.

Endocardite por lactococcus garvieae: primeiro relato de caso da América Latina

Lactococcus garvieae, patógeno zoonótico emergente, é responsável por mastite em ruminantes e septicemia em peixes. Embora seja considerado oportunista e raramente causar infecções em humanos, sua incidência deve estar subestimada devido à dificuldade do diagnóstico. Há pouquíssimos relatos de osteomielite, abscesso hepático e peritonite, e apenas nove casos descritos na literatura mundial de endocardite. Relatamos o primeiro caso de endocardite por Lactococcus garvieae da América Latina em paciente portadora de prótese valvar metálica, com quadro de febre diária, calafrios, nodos de Osler e seis hemoculturas positivas para Lactococcus garvieae, que preenchiam os critérios de Duke para o diagnóstico de "endocardite infecciosa definitiva"

Associação de glutamina e probióticos no trofismo mucoso do cólon na peritonite experimental

OBJETIVO: O objetivo deste estudo foi investigar o efeito da associação da glutamina e probióticos sobre a mucosa intestinal em ratos submetidos à peritonite experimental. MÉTODO: 16 ratos Wistar (250-350g) com peritonite experimental criada pelo método da punção dupla do ceco foram randomizados para receber diariamente no pós-operatório em conjunto com a dieta, a adição por gavagem de 0,500g de glutamina e leite reconstituído, contendo probióticos (10(6) unidades formadoras de colônias/g de Bifidobacterium lactis BL e Streptococcus thermophilus) (grupo glutamina-probióticos; n=8) ou 0,495g de caseína e leite reconstituído sem probióticos (grupo controle; n=8). O conteúdo das duas dietas foi isonitrogenado e isocalórico. Todos os animais foram sacrificados 120 horas após a peritonite experimental. A profundidade de criptas e espessura de parede da mucosa do cólon foram medidas em biopsias realizadas 2 cm acima da reflexão peritoneal. O restante da mucosa colônica foi pesado e nela mensurou-se o conteúdo de DNA. RESULTADOS: Os animais que receberam glutamina e probióticos apresentaram mucosa mais pesada (0,49±0,12 vs. 0,42±0,07g; p=0,02), maior conteúdo de DNA (0,31±0,07 vs. 0,22±0,05 mg/g de tecido; p<0,01) e criptas mais profundas (272±51 vs. 311±39µ; p=0,04) que o grupo controle. CONCLUSÃO: A associação da glutamina e probióticos confere um maior trofismo na mucosa colônica em ratos submetidos à peritonite experimental.

Perfil de susceptibilidade a antimicrobianos em amostras de cocos Gram-positivos, catalase negativos, isoladas de mastite subclínica bubalina

Estudou-se o perfil de susceptibilidade a antimicrobianos em cocos Gram-positivos catalase negativos (21 amostras de Lactococcus garvieae e 6 de Enterococcus gallinarum), isoladas do leite de fêmeas com mastite subclínica e pertencentes a uma população composta por seis rebanhos bubalinos localizados no Estado do Rio de Janeiro. O teste utilizado foi o da difusão de discos em agar Müller Hinton, segundo recomendações do National Committee for Clinical Laboratory Standards - NCCLS, tendo sido testados discos com ampicilina (10mg), cefalotina (30mg), cefotaxima (30mg), cefoxitina (30mg), cloranfenicol (30mg), eritromicina (15mg), gentamicina (10mg), nitrofurantoína (300mg), norfloxacina (10mg), penicilina (10 UI), tetraciclina (30mg) e vancomicina (30mg). Os resultados evidenciaram que em se tratando de Lactococcus garvieae, o antimicrobiano mais eficiente foi o nitrofurantoína com 85,71% de sensibilidade, seguido da cefotaxima (61,90%), vancomicina (52,38%), norfloxacina (47,62%) e cefalotina (47,62%). A maior resistência foi desenvolvida frente a penicilina e ampicilina, com 95,24% de resistênciapara os dois antimicrobianos testados. O perfil de susceptibilidade desenvolvido pelas amostras de Enterococcus gallinarum, mostrou baixa sensibilidade frente aos antimicrobianos testados, onde os maiores índices foram observados frente eritromicina e gentamicina, com 33,34% de sensibilidade para ambos; quanto à resistência desenvolvida, foi possível observar 100% de resistência com relação a vancomicina e tetraciclina, seguindo-se cloranfenicol, penicilina, ampicilina, cefoxitina, cefalotina, cefotaxima, norfloxacina e nitrofurantoína, todas evidenciando uma resistência de 83,33% das amostras testadas.