Estudi de la problemàtica de terbolesa de l’estany del Cortalet

S’ha detectat un problema de terbolesa de les aigües de l’estany del Cortalet del PNAE. El sòl d’aquest estany és de tipus sòdic, si pateix alguna alteració és possible que es presenti una desmembració deguda a l’acció dispersant del sodi. Alguns estudis demostren que la vegetació actua com a agent estructurador d’aquest sòl i li dóna estabilitat al sediment. Segons això, podria ser que l’origen de la terbolesa de l’aigua fos causa d’aquesta acció dispersant del sodi en sòls mancats de vegetació. Per analitzar si aquesta és la causa de la terbolesa, s’ha dut a terme un assaig experimental in situ de les causes físiques de la terbolesa de l’aigua, on s’ha tractat d’aïllar una zona amb vegetació, d’una sense vegetació. Els resultats demostren que la terbolesa era major a les zones vegetades i descarten la hipòtesi de l’acció dispersant del sodi en el sediment en sòls mancats de vegetació. Els resultats en canvi suggereixen que les causes de la terbolesa podrien ser d’origen biològic. Atès que es troben diferències entre la producció primària planctònica generada pel fitoplàncton, i bentònica, generada per la biomassa algal

A dynamic knowledge-based decision support system to handle solids separation problems in activated sludge systems: development and validation

El sistema de fangs activats és el tractament biològic més àmpliament utilitzat arreu del món per la depuració d'aigües residuals. El seu funcionament depèn de la correcta operació tant del reactor biològic com del decantador secundari. Quan la fase de sedimentació no es realitza correctament, la biomassa no decantada s'escapa amb l'efluent causant un impacte sobre el medi receptor. Els problemes de separació de sòlids, són actualment una de les principals causes d'ineficiència en l'operació dels sistemes de fangs activats arreu del món. Inclouen: bulking filamentós, bulking viscós, escumes biològiques, creixement dispers, flòcul pin-point i desnitrificació incontrolada. L'origen dels problemes de separació generalment es troba en un desequilibri entre les principals comunitats de microorganismes implicades en la sedimentació de la biomassa: els bacteris formadors de flòcul i els bacteris filamentosos. Degut a aquest origen microbiològic, la seva identificació i control no és una tasca fàcil pels caps de planta. Els Sistemes de Suport a la Presa de Decisions basats en el coneixement (KBDSS) són un grup d'eines informàtiques caracteritzades per la seva capacitat de representar coneixement heurístic i tractar grans quantitats de dades. L'objectiu de la present tesi és el desenvolupament i validació d'un KBDSS específicament dissenyat per donar suport als caps de planta en el control dels problemes de separació de sòlids d'orígen microbiològic en els sistemes de fangs activats. Per aconseguir aquest objectiu principal, el KBDSS ha de presentar les següents característiques: (1) la implementació del sistema ha de ser viable i realista per garantir el seu correcte funcionament; (2) el raonament del sistema ha de ser dinàmic i evolutiu per adaptar-se a les necessitats del domini al qual es vol aplicar i (3) el raonament del sistema ha de ser intel·ligent. En primer lloc, a fi de garantir la viabilitat del sistema, s'ha realitzat un estudi a petita escala (Catalunya) que ha permès determinar tant les variables més utilitzades per a la diagnosi i monitorització dels problemes i els mètodes de control més viables, com la detecció de les principals limitacions que el sistema hauria de resoldre. Els resultats d'anteriors aplicacions han demostrat que la principal limitació en el desenvolupament de KBDSSs és l'estructura de la base de coneixement (KB), on es representa tot el coneixement adquirit sobre el domini, juntament amb els processos de raonament a seguir. En el nostre cas, tenint en compte la dinàmica del domini, aquestes limitacions es podrien veure incrementades si aquest disseny no fos òptim. En aquest sentit, s'ha proposat el Domino Model com a eina per dissenyar conceptualment el sistema. Finalment, segons el darrer objectiu referent al seguiment d'un raonament intel·ligent, l'ús d'un Sistema Expert (basat en coneixement expert) i l'ús d'un Sistema de Raonament Basat en Casos (basat en l'experiència) han estat integrats com els principals sistemes intel·ligents encarregats de dur a terme el raonament del KBDSS. Als capítols 5 i 6 respectivament, es presenten el desenvolupament del Sistema Expert dinàmic (ES) i del Sistema de Raonament Basat en Casos temporal, anomenat Sistema de Raonament Basat en Episodis (EBRS). A continuació, al capítol 7, es presenten detalls de la implementació del sistema global (KBDSS) en l'entorn G2. Seguidament, al capítol 8, es mostren els resultats obtinguts durant els 11 mesos de validació del sistema, on aspectes com la precisió, capacitat i utilitat del sistema han estat validats tant experimentalment (prèviament a la implementació) com a partir de la seva implementació real a l'EDAR de Girona. Finalment, al capítol 9 s'enumeren les principals conclusions derivades de la present tesi.

Anàlisi polifàsica de soques de "Pseudomonas fluorescens" potencials agents de biocontrol de malalties de fruiters

Molts bacteris del grup fluorescent del gènere Pseudomonas són capaços de controlar malalties de les plantes causades per fongs i bacteris fitopatògens (ACBs) o mostren activitat com a bacteris promotors del creixement de les plantes (BPCPs). S'han descrit diversos metabòlits que intervenen de manera important en la seva activitat com a ACBs i BPCPs entre els quals en destaquen el 2,4-diacetilfloroglucinol (Phl), àcid fenazin-1-carboxílic (PCA), Pirrolnitrina (Prn), àcid cianhídric (HCN), àcid 3-indolacètic (IAA), sideròfors i quitinases. L'objectiu principal del nostre treball ha estat la comparació de les característiques d'un grup de Pseudomonas del grup fluorescent utilitzant una aproximació polifàsica amb la finalitat d'establir possibles relacions entre algunes de les característiques i la capacitat d'actuar com a ACB o BPCP. Atesa la importància en el biocontrol de la producció de metabòlits com Phl, PCA i Prn, l'objectiu preliminar ha estat la recerca i obtenció de soques productores d'aquests metabòlits. Per assolir aquest objectiu s'ha emprat una aproximació molecular basada en la detecció dels gens biosintètics implicats en la seva producció en lloc de la detecció directa dels metabòlits per evitar els efectes que poden tenir les condicions de cultiu en la inducció o repressió de la seva síntesi. S'han realitzat diferents protocols basats (i) en la cerca assistida de productors mitjançant l'ús de marcadors fenotípics i posterior confirmació per PCR i, (ii) en l'ús de la PCR per a la detecció dels gens directament dels extractes bacterians, d'enriquiments d'aquests extractes i la realització de la hibridació en colònies per al posterior aïllament. La cerca assistida de productors de Phl mitjançant marcadors fenotípics i posteriorment la utilització de tècniques moleculars (amplificació per PCR del gen phlD), ha estat el millor mètode en el tipus de mostres processades en el nostre treball, on la proporció de productors és relativament baixa. En total s'han aïllat a partir de diversos ambients 4 soques portadores dels gens de la síntesi de PCA, 15 de Phl i 1 de Prn. S'ha constituït una col·lecció de 72 soques de Pseudomonas del grup fluorescent que inclou 18 aïllats propis portadors dels gens biosintètics necessaris per la producció de Phl PCA i Prn; 6 soques de referència procedents de col·leccions de cultius tipus, 14 soques productores dels diferents antibiòtics cedides per altres investigadors i una selecció de 34 soques procedents d'un treball previ realitzat en el nostre grup de recerca. A la col·lecció s'hi troben soques candidates a ACB i BPCP de diverses malalties i plantes. Les 72 soques s'han caracteritzat fenotípica i genotípicament. La caracterització fenotípica s'ha portat a terme mitjançant la identificació a nivell d'espècie amb galeries API 20NE i proves bioquímiques específiques; la producció de metabòlits com PCA, Phl, Prn, IAA, HCN, quitinases i sideròfors mitjançant l'ús de diferents tècniques; antagonisme in vitro en diversos medis enfront dos fongs (Stemphylium vesicarium i Penicillium expansum) i tres bacteris fitopatògens (Erwinia amylovora, Pseudomonas syringae pv. syringae i Xanthomonas arboricola pv. juglandis); l'eficàcia de la inhibició de la infecció en bioassaigs in vivo sobre material vegetal enfront els fongs P. expansum en poma i S. vesicarium en fulles de perera i enfront el bacteri E. amylovora en fruits immadurs de perera i, finalment, en assaigs de promoció de creixement en dos portaempelts comercials de Prunus. Cal destacar que P. expansum causa la podridura blava en pomes i peres en postcollita, S. vesicarium la taca bruna de la perera i E. amylovora el foc bacterià de les rosàcies. El nombre de soques de Pseudomonas, sobre el total de les 72 estudiades, productores d'IAA (4) i quitinases (6) és baix, mentre que és elevat en el cas del HCN (32), que a més està associat a la producció de Phl. Els resultats obtinguts en l'antagonisme in vitro han mostrat en el cas dels bacteris que és dependent del patogen indicador i del medi de cultiu. La presència o absència de ferro no sembla ser un factor que potencií l'antagonisme. En el cas dels fongs no s'ha observat però, influència del medi de cultiu emprat. En el total de 72 soques s'ha observat un percentatge baix de soques que manifesten antagonisme en tots els medis assajats vers 3 o 4 dels patògens (7). Solament 2 d'aquestes 7 soques han mostrat ser també efectives en bioassaigs d'inhibició de les infeccions causades per 2 dels 3 patògens assajats. Algunes de les soques efectives en els bioassaigs no són antagonistes in vitro en cap dels medis assajats enfront el mateix patogen. En el cas de la promoció del creixement, s'han observat més soques promotores del creixement del portaempelts de prunera Marianna 2624 que no en l'híbrid de presseguer-ametller GF677 i les eficàcies assolides són també majors en el cas de Marianna 2624, detectant una elevada especificitat soca/portaempelts La caracterització genotípica s'ha realitzat mitjançant l'anàlisi dels polimorfismes en la longitud dels fragments de restricció de DNA ribosomal (RFLP-rDNA) i l'anàlisi dels polimorfismes en la longitud dels fragments de macrorestricció genòmica de DNA cromosòmic separats per electroforesi en camp polsant (MRFLP-PFGE). Ambdues anàlisis van mostrar una gran heterogeneïtat genètica entre les soques caracteritzades i no s'ha pogut relacionar les agrupacions obtingudes amb les característiques fenotípiques o capacitat d'actuar com a ACB o BPCP. Els patrons de macrorestricció genòmica (MRFLP-PFGE) del bacteri model P. fluorescens EPS288 són estables en el temps i independents de les condicions de cultiu assajades al laboratori o en mostres naturals, mostrant ser una tècnica eficaç en la identificació de reaïllats de mostres naturals inoculades prèviament amb el bacteri. Una selecció de soques que comparteixen el fet de produir floroglucinol s'han caracteritzat mitjançant RFLP i seqüenciació del gen phlD. S'ha establert una relació entre les agrupacions obtingudes en les anàlisis RFLP-rDNA, RFLP-phlD i les seqüències del gen. En l'anàlisi filogenètica de les seqüències del gen phlD s'ha observat un elevat grau de polimorfisme obtenint-se 3 agrupacions principals. Les agrupacions semblen relacionar-se amb els patrons de producció de metabòlits (Phl, HCN i Prn en una primera agrupació; Phl i HCN en la segona i solament Phl en la tercera), però aquestes no s'han pogut relacionar amb l'origen geogràfic de les soques o la seva activitat com a ACBs i/o BPCP. Amb les dades obtingudes de la caracterització fenotípica i genotípica s'ha realitzat una anàlisi multivariant (correspondències, correlacions d'Spearman i de freqüències amb variables categòriques). S'ha demostrat la importància de disposar d'una tècnica que permeti depurar una col·lecció de soques descartant les soques genèticament idèntiques, ja que influeixen en els resultats de les anàlisis. Pels tres patògens assajats com a indicadors i els dos portaempelts emprats, no s'ha observat cap correlació entre la inhibició de la infecció o la promoció del creixement amb les característiques fenotípiques i genotípiques de les soques que fos significatiu i consistent en les tres tècniques emprades.

Producció i caracterització de variants de la ribonucleasa pancreàtica humana dissenyades per a adquirir propietats citotòxiques

Amb la finalitat d'aprofundir en les bases moleculars de la citotoxicitat de les ribonucleases pancreàtiques, es van construir variants derivades de l'HP-RNasa seguint dues estratègies. En la primera, es van generar variants de l'enzim resistents a l'acció de l'inhibidor proteic de les ribonucleases (hRI), substituint residus implicats en la interfície de contacte entre la ribonucleasa i l'hRI. En la segona, es va addicionar el motiu RGD en regions de superfície de la proteïna implicades en la formació del complex amb l'hRI, a fi de promoure la seva interacció amb la membrana plasmàtica de les cèl·lules i a la vegada disminuir l'afinitat de les variants per l'hRI. Es va comprovar que només les variants portadores de substitucions múltiples adquirien la capacitat de resistència a l'hRI. L'estudi del percentatge d'inhibició de la síntesi proteica en cèl·lules incubades amb cadascuna de les variants va mostrar que només dues de les variants construïdes havien adquirit propietats citotòxiques. La citotoxicitat més elevada la va presentar una variant que no era resistent a l'hRI, amb valors que eren només entre 5 i 15 vegades inferiors als de l'onconasa. Aquest resultat demostrà que la sensibilitat a l'hRI no és necessàriament un paràmetre limitant per a la citotoxicitat de les ribonucleases. Cap de les variants que incorporava un motiu RGD presentà citotoxicitat, evidenciant que aquest motiu no és efectiu a fi de dotar les ribonucleases pancreàtiques de propietats citotòxiques. Es van estudiar les bases moleculars de la citotoxicitat de la variant més citotòxica. En primer lloc, l'anàlisi de la internalització per marcatge radioactiu d'aquesta variant en relació amb l'onconasa i amb altres variants de l'HP-RNasa no citotòxiques, va posar en evidència que només l'onconasa era internalitzada eficientment. Es descartava així la possibilitat que l'acció citotòxica de l'enzim estudiat fos conseqüència d'una major eficiència d'endocitosi. També es va comprovar que l'addició del motiu RGD no era capaç de promoure la internalització de les proteïnes amb més eficàcia. Per microscòpia confocal de fluorescència, les variants humanes només es van començar a detectar a l'interior de la cèl·lula a partir de les 24 h d'incubació. Totes les variants generades van presentar una eficiència catalítica superior al 50 % de l'activitat de la seva proteïna parental, PM5, indicant que probablement l'estructura del centre actiu no havia estat afectada de manera dràstica per les substitucions introduïdes. No obstant, en tots els casos es va produir una disminució en la termoestabilitat respecte a PM5. Aquest resultat indicà que la correlació descrita a la bibliografia entre l'increment de termoestabilitat i l'increment de citotoxicitat per les ribonucleases no sempre es compleix. Per microscòpia confocal es va comprovar que tant la proteïna més citotòxica, com una variant no citotòxica resistent a l'hRI, així com la proteïna parental, seguien la via de degradació lisosomal. Aquesta ruta de trànsit no va ser afectada per l'addició de drogues que alteren les vies de trànsit retrògrad (monensina i brefeldina A), però sí per l'addició de la bafilomicina A1, una droga que neutralitza el pH endosomal i que va actuar alentint el trànsit de les proteïnes als lisosomes. D'acord amb aquests resultats, els valors de citotoxicitat de les variants es van incrementar de manera significativa només en presència de bafilomicina A1, suggerint que les ribonucleases transloquen al citoplasma a partir d'algun punt de la via de trànsit endosomal. Es va comprovar que l'acció de la variant més citotòxica era deguda a que l'addició d'un segon motiu de tres Arg en PE5 dota a aquesta proteïna amb un senyal de transport nuclear. La fracció d'enzim que aconsegueix translocar al citoplasma a partir d'algun punt de la via endosomal previ als lisosomes, és conduït ràpidament al nucli de la cèl·lula per mitjà del mecanisme clàssic de transport actiu. Per la seva afinitat amb l'rRNA, l'enzim es concentra en el nuclèol, on probablement duu a terme la seva activitat catalítica. La interacció d'aquesta variant amb els receptors nucleocitoplasmàtics, les importines, impediria per altra banda el bloqueig de l'enzim per part de l'hRI. Els resultats obtinguts presenten una nova estratègia de disseny de ribonucleases citotòxiques, basada en l'addició de segments NLS a fi de promoure el transport nuclear dels enzims. Aquesta estratègia podria permetre superar limitacions que fins al moment han estat descrites com a limitants de la citotoxicitat de les ribonucleases pancreàtiques, com la sensibilitat a l'hRI o la baixa eficiència d'internalització.

L'Emmagatzematge de cereals en sitges d'època ibèrica al nord-est de Catalunya

Una sitja és una cavitat subterrània destinada a emmagatzemar la collita, especialment de cereals. Amb el manteniment d'unes condicions ideal de temperatura i humitat els cereals s'hi poden conservar durant un llarg període de temps, que segons Varró podria arribar als 50 anys. Aquestes excepcionals possibilitats han possibilitat que l'emmagatzematge en sitges fos un dels mètodes de conservació de cereals a llarg termini més utilitzat en les societats pre-industrials de tot el món. La sitja estàndard del nord-est de Catalunya és aquella que era excavada a l'argila, no portava revestiment i tenia la boca en forma de tub, de 0,77 m de diàmetre màxim per 0,42 de profunditat. El perfil era de tipus còncau, amb el diàmetre màxim situat en el terç central de la sitja, i un fons indistintament còncau o pla. La profunditat i el diàmetre màxim es situarien entre 1,75 i 2 m., amb un marge de diferència reduïdíssim entre ambdues mesures. La capacitat resultant d'aquestes dimensions se situaria entre 1 i 3 tones de cereals, que en termes estàndards de producció seria el resultat de la collita d'una extensió d'entre 1,5 i 4 hectàrees de terreny. ASBTRACT: A silo is an underground cavity designed to store the harvest, especially grain. With the maintenance of ideal conditions of temperature and moisture grains can be preserved for a long period of time, according to Varró it could reach 50 years. These exceptional opportunities have enabled the storage silos to be one of the methods of long-term conservation of grain used in most pre-industrial societies around the world. The standard silo from the North-East of Catalonia was excavated in clay,it had no siding and its mouth was tube-shaped, up to 0.77 m of maximum diameter to 0.42 deep. The profile was concave, with maximum diameter located in the central third of the silo, and a background either concave or flat. The depth and maximum diameter are located between 1.75 and 2 m, with a very little margin of difference between the two measures. The capacity resulting from these dimensions would be located between 1 and 3 tons of cereals, which in terms of production standards it would mean a harvest of between 1.5 and 4 hectares of ground.

In vitro evaluation of the fermentation properties of galactooligosaccharides synthesised by alpha-galactosidase from Lactobacillus reuteri

Stirred, pH-controlled anaerobic batch cultures were used to evaluate the in vitro utilisation by canine gut microflora of novel alpha-galactooligosaccharides synthesised with an enzyme extract from a canine Lactobacillus reuteri strain. Fructooligosaccharides (FOS), melibiose and raffinose were used as reference carbohydrates for the prebiotic properties of the synthesised oligosaccharide (galactosyl melibiose mixture-GMM). Addition of Lactobacillus acidophilus was used as control for the evaluation of the synbiotic properties of the oligosaccharide with L. reuteri. Populations of predominant gut bacterial groups were monitored over 48 h of batch culture by fluorescent in situ hybridisation, and short-chain fatty acid (SCFA) production was measured. GMM showed a higher increase in bifidobacteria and lactobacilli population number and size as well as a higher decrease in clostridia population number and size compared to the commercial prebiotics (FOS, melibiose, raffinose). This prebiotic effect was further increased by the addition of L. reuteri followed by a change in the SCFA production pattern compared to GMM alone or GMM with L. acidophilus. The observed change in SCFA production was in accordance with the fermentation properties of L. reuteri, suggesting that the novel synbiotic had a significant effect on the canine gut microflora fermentation.

Biodiversity of human faecal bacteria isolated from phytic acid enriched chemostat fermenters

Background: Myo-inositol hexaphosphate (IP6) or phytic acid is found mostly in cereals and legumes and is thought to possess anti-carcinogenic properties. Aim: To isolate and identify faecal bacteria capable of phytic acid metabolism and to assess the effectiveness of prebiotics (dietary oligosaccharides, metabolised by selective colonic bacteria) in preserving the integrity of phytic acid. Methods: Faecal samples from three volunteers were used in continuous culture experiments under varying conditions of pH, substrate concentration and dilution rates, seventy three different isolates cultured at steady state were then screened for phytic acid metabolism and identified through partial sequencing of their 16S rRNA genes (16S ribosomal ribonucleic acid). Utilisation of phytic acid was also assessed in a continuous culture system enriched with prebiotic fructooligosaccharides (FOS). Results: Bacteroides spp., Clostridium spp. and facultatively anaerobic bacteria generally appeared to maintain viable counts in the presence of phytic acid. Bifidobacterium spp. and Lactobacillus spp. appeared less able to maintain viable counts in the presence of phytic acid. These results were confirmed by an increase in viable counts of Bacteroides spp., Clostridium spp. and a decrease in viable counts of Bifidobacterium spp. and Lactobacillus spp. once phytic acid was introduced to a FOS enriched continuous culture. Conclusions: The phytate metabolising biodiversity from the human large intestine does not appear to encompass major bacterial genera associated with beneficial or benign health effects (e.g. Lactobacillus spp. and Bifidobacterium spp).

Metabolism of the soyabean isoflavone glycoside genistin in vitro by human gut bacteria and the effect of prebiotics

The isoflavone genistein is found predominantly in soyabeans and is thought to possess various potent biological properties, including anticarcinogenic effects. Studies have shown that genistein is extensively degraded by the human gut microflora, presumably with a loss of its anti-carcinogenic action. The aim of the present study was to investigate the potential of a prebiotic to divert bacterial metabolism away from genistein breakdown: this may be of benefit to the host. Faecal samples were obtained from healthy volunteers and fermented in the presence of a source of soyabean isoflavones (Novasoy(TM) (10 g/l); ADM Neutraceuticals, Erith, Kent, UK). Bacterial genera of the human gut were enumerated using selective agars and genistein was quantified by HPLC. The experiment was repeated with the addition of glucose (10 g/l) or fructo-oligosaccharide (10 g/l; FOS) to the fermentation medium. The results showed most notably that counts of Bifidobacterium spp. and Lactobacillus spp. were significantly increased (P<0.05 and P<0.01 respectively) under steady-state conditions in the presence of FOS. Counts of Bacteroides spp. and Clostridium spp. were, however, both significantly reduced (P<0.05) during the fermentation. A decline in genistein concentration by about 52 and 56% over the 120h culture period was observed with the addition of glucose or FOS to the basal medium (P<0.01), compared with about 91% loss of genistein in the vessels containing Novasoy(TM) (ADM Neutraceuticals) only. Similar trends were obtained using a three-stage chemostat (gut model), in which once again the degradation of genistein was about 22% in vessel one, about 24% in vessel two and about 26% in vessel three in the presence of FOS, compared with a degradation of genistein of about 67% in vessel one, about 95% in vessel two and about 93% in vessel three in the gut model containing Novasoy(TM) (ADM Neutraceuticals) only. The present study has shown that the addition of excess substrate appeared to preserve genistein in vitro. In particular, the use of FOS not only augmented this effect, but also conferred an additional benefit in selectively increasing numbers of purportedly beneficial bacteria such as bifidobacteria and lactobacilli.

In vitro investigation into the potential prebiotic activity of honey oligosaccharides

The effect of honey oligosaccharides on the growth of fecal bacteria was studied using an in vitro fermentation system. Prior to treatment, glucose and fructose (31.73 and 21.41 g/100 g of product, respectively) present in honey, which would be digested in the upper gut, were removed to avoid any influence on bacterial populations in the fermentations. Nanofiltration, yeast (Saccharomyces cerevisiae) treatment, and adsorption onto activated charcoal were used to remove monosaccharides. Prebiotic (microbial fermentation) activities of the three honey oligosaccharide fractions and the honey sample were studied and compared with fructooligosaccharide (FOS), using 1% (w/v) fecal bacteria in an in vitro fermentation system (10 mg of carbohydrate, 1.0 mL of basal medium). A prebiotic index (PI) was calculated for each carbohydrate source. Honey oligosaccharides seem to present potential prebiotic activity (PI values between 3.38 and 4.24), increasing the populations of bifidobacteria and lactobacilli, although not to the levels of FOS (PI of 6.89).

Polydextrose, lactitol, and fructo-oligosaccharide fermentation by colonic bacteria in a three-stage continuous culture system

In vitro fermentations were carried out by using a model of the human colon to simulate microbial activities of lower gut bacteria. Bacterial populations (and their metabolic products) were evaluated under the effects of various fermentable substrates. Carbohydrates tested were polydextrose, lactitol, and fructo-oligosaccharide (FOS). Bacterial groups of interest were evaluated by fluorescence in situ hybridization as well as by species-specific PCR to determine bifidobacterial species and percent-G+C profiling of the bacterial communities present. Short-chain fatty acids (SCFA) produced during the fermentations were also evaluated. Polydextrose had a stimulatory effect upon colonic bifidobacteria at concentrations of 1 and 2% (using a single and pooled human fecal inoculum, respectively). The bifidogenic effect was sustained throughout all three vessels of the in vitro system (P = 0.01 seen in vessel 3), as corroborated by the bacterial community profile revealed by %G+C analysis. This substrate supported a wide variety of bifidobacteria and was the only substrate where Bifidobacterium infantis was detected. The fermentation of lactitol had a deleterious effect on both bifidobacterial and bacteroides populations (P = 0.01) and decreased total cell numbers. SCFA production was stimulated, however, particularly butyrate (beneficial for host colonocytes). FOS also had a stimulatory effect upon bifidobacterial and lactobacilli populations that used a single inoculum (P = 0.01 for all vessels) as well as a bifidogenic effect in vessels 2 and 3 (P = 0.01) when a pooled inoculum was used. A decrease in bifidobacteria throughout the model was reflected in the percent-G+C profiles.

Carbohydrate preferences of Bifidobacterium species isolated from the human gut

The growth of nine species of Bifidobacterium on media containing glucose, xylose, xylooligosaccharides (XOS), xylan or fructooligosaccharides (FOS) as the sole carbon source were compared in pure culture. The bifidobacteria differed in fermentation profiles when tested on different carbohydrates. All species grew to their highest final optical density (OD) on a glucose containing medium, with the exception of B. catenulatum which demonstrated a preference for xylose over glucose, and XOS over FOS. B. bifidum grew to the highest OD on XOS compared to xylose suggesting a specific transport system for the oligosaccharide over the monomer. This is consistent with a lack of β-xylosidase activity present in the culture medium. Lactate, formate and acetate levels were determined and the ratios of these metabolites altered between and within species growing on different carbohydrates. In general, high lactate production correlated with low formate production and low lactate concentrations were obtained at higher levels of formate. Bifidobacteria may alter their metabolic pathways based upon the carbohydrates that are available for their use.

Effect of pH and dose on the growth of gut bacteria on prebiotic carbohydrates in vitro

The effect of pH and substrate dose on the fermentation profile of a number of commercial prebiotics was analysed in triplicate using stirred, pH and temperature controlled anaerobic batch culture fermentations, inoculated with a fresh faecal slurry from one of three healthy volunteers. Bacterial numbers were enumerated using fluorescence in situ hybridisation. The commercial prebiotics investigated were fructooligosaccharides (FOS), inulin, galactooligosaccharides (GOS), isomaltooligosaccharides (IMO) and lactulose. Two pH values were investigated, i.e. pH 6 and 6.8. Doses of 1% and 2% (w/v) were investigated, equivalent to approximately 4 and 8 g per day, respectively, in an adult diet. It was found that both pH and dose altered the bacterial composition. It was observed that FOS and inulin demonstrated the greatest bifidogenic effect at pH 6.8 and 1% (w/v) carbohydrate, whereas GOS, IMO and lactulose demonstrated their greatest bifidogenic effect at pH 6 and 2% (w/v) carbohydrate. From this we can conclude that various prebiotics demonstrate differing bifidogenic effects at different conditions in vitro. (C) 2003 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

Profiling of composition and metabolic activities of the colonic microflora of growing pigs fed diets supplemented with prebiotic oligosaccharides

It is evident that quantitative information on different microbial groups and their contribution in terms of activity in the gastrointestinal (GI) tract of humans and animals is required in order to formulate functional diets targeting improved gut function and host health. In this work, quantitative information on levels and spatial distributions of Bacteroides spp, Eubacterium spp, Clostridium spp, Escherichia coli, Bifidobacterium spp and Lactobacillus/Enterococcus spp. along the porcine large intestine was investigated using 16S rRNA targeted probes and fluorescent in situ hybridisation (FISH). Caecum, ascending colon (AC) and rectum luminal digesta from three groups of individually housed growing pigs fed either a corn-soybean basal diet (CON diet) or a prebiotic diet containing 10 g/kg oligofructose (FOS diet) or trans-galactooligosaccharides (TOS diet) at the expense of cornstarch were analysed. DAPI staining was used to enumerate total number of cells in the samples. Populations of total cells, Bacteroides, Eubacterium, Clostridium and Bifidobacterium, declined significantly (P < 0.05) from caecum to rectum, and were not affected by dietary treatments. Populations of Lactobacillus/ Enterococcus and E coli did not differ throughout the large intestine. The relative percent (%) contribution of each bacterial group to the total cell count did not differ between caecum and rectum, with the exception of Eubacterium that was higher in the AC digesta. FISH analysis showed that the sum of all bacterial groups made up a small percentage of the total cells, which was 12.4%, 21.8% and 10.3% in caecum, AC and rectum, respectively. This supports the view that in swine, the diversity of GI microflora might be higher compared to other species. In terms of microflora metabolic activity, the substantially higher numerical trends seen in FOS and TOS treatments regarding total volatile fatty acid, acetate concentrations and glycolytic activities, it could be postulated that FOS and TOS promoted saccharolytic activities in the porcine colon. (c) 2006 Elsevier Ltd. All rights reserved.

In vitro fermentation of carbohydrates by porcine faecal inocula and their influence on Salmonella Typhimurium growth in batch culture systems

The aim of this study was to evaluate in vitro the influence of fermentable carbohydrates on the activity of porcine microbiota and survival of Salmonella Typhimurium in a batch culture system simulating the porcine hindgut. The carbohydrates tested were xylooligosaccharides, a mixture of fructooligosaccharides/inulin (FIN), fructooligosaccharides (FOS), gentiooligosaccharides (GEO) and lactulose (LAC). These ingredients stimulated the growth of selected Bifidobacterium and Lactobacillus species in pure cultures. In batch cultures, the carbohydrates influenced some fermentation parameters. For example, GEO and FIN significantly increased lactic acids compared with the control (no added carbohydrate). With the exception of LAC, the test carbohydrates increased the production of short-chain fatty acid (SCFA) and modified SCFA profiles. Quantitative analysis of bacterial populations by FISH revealed increased counts of the Bifidobacterium group compared with control and, with exception of FOS, increased Lactobacillus, Leuconostoc and Weissella spp. counts. Salmonella numbers were the lowest during the fermentation of LAC. This work has looked at carbohydrate metabolism by porcine microbiota in a pH-controlled batch fermentation system. It provides an initial model to analyse interactions with pathogens.