Biosynthesis, detection and toxicology of ochratoxins - optimisation of production

Ochratoxin A (OTA) is a very well known mycotoxin found in several food commodities for which maximum limits are being discussed in EC in other to produce appropriate regulations. OTA is one of several ochratoxins produced by Aspergillus and Penicillium species. All the compounds in this group have a molecular structure very similar to OTA and some were already isolated from natural substrates. Several of these compounds such as ochratoxin , methyl and ethyl ester of ochratoxin A, 4-R and S-hydroxyochratoxin A, 10-hydroxyochratoxin A and ochratoxin A open lactone are commercially unavailable. However, they can be easily synthesized through OTA modification. With the main objective of its application on further research works, OTA production, isolation and purification has been optimised from an A. alliaceus strain grown on wheat medium. Synthesis and purification of some OTA derivatives has been achieved and an HPLC method for their detection was optimised. Data about their production by several species of Aspergillus will be presented. The toxicological properties of ochratoxins are still not very clear and a future EC safety limit for OTA will depend on e.g., a better clarification of its carcinogenity. Could OTA derivatives play a role here?

New bio-strategies for ochratoxin A detoxification using lactic acid bacteria

The occurrence of mycotoxigenic moulds such as Aspergillus, Penicillium and Fusarium in food and feed has an important impact on public health, by the appearance of acute and chronic mycotoxicoses in humans and animals, which is more severe in the developing countries due to lack of food security, poverty and malnutrition. This mould contamination also constitutes a major economic problem due the lost of crop production. A great variety of filamentous fungi is able to produce highly toxic secondary metabolites known as mycotoxins. Most of the mycotoxins are carcinogenic, mutagenic, neurotoxic and immunosuppressive, being ochratoxin A (OTA) one of the most important. OTA is toxic to animals and humans, mainly due to its nephrotoxic properties. Several approaches have been developed for decontamination of mycotoxins in foods, such as, prevention of contamination, biodegradation of mycotoxins-containing food and feed with microorganisms or enzymes and inhibition or absorption of mycotoxin content of consumed food into the digestive tract. Some group of Gram-positive bacteria named lactic acid bacteria (LAB) are able to release some molecules that can influence the mould growth, improving the shelf life of many fermented products and reducing health risks due to exposure to mycotoxins. Some LAB are capable of mycotoxin detoxification. Recently our group was the first to describe the ability of LAB strains to biodegrade OTA, more specifically, Pediococcus parvulus strains isolated from Douro wines. The pathway of this biodegradation was identified previously in other microorganisms. OTA can be degraded through the hydrolysis of the amide bond that links the L-β-phenylalanine molecule to the ochratoxin alpha (OTα) a non toxic compound. It is known that some peptidases from different origins can mediate the hydrolysis reaction like, carboxypeptidase A an enzyme from the bovine pancreas, a commercial lipase and several commercial proteases. So, we wanted to have a better understanding of this OTA degradation process when LAB are involved and identify which molecules where present in this process. For achieving our aim we used some bioinformatics tools (BLAST, CLUSTALX2, CLC Sequence Viewer 7, Finch TV). We also designed specific primers and realized gene specific PCR. The template DNA used came from LAB strains samples of our previous work, and other DNA LAB strains isolated from elderberry fruit, silage, milk and sausages. Through the employment of bioinformatics tools it was possible to identify several proteins belonging to the carboxypeptidase family that participate in the process of OTA degradation, such as serine type D-Ala-D-Ala carboxypeptidase and membrane carboxypeptidase. In conclusions, this work has identified carboxypeptidase proteins being one of the molecules present in the OTA degradation process when LAB are involved.

Novas bio-estratégias para a destoxificação de ocratoxina A utilizando bactérias do ácido láctico

A ocorrência de bolores micotoxigénicos pertencentes aos géneros Aspergillus, Penicillium e Fusarium em alimentos para consumo Humano e animal, tem um impacto importante sobre a saúde pública e constitui também um importante problema económico. Isto é devido à síntese por este tipo de fungos filamentosos de metabolitos altamente tóxicos conhecidos como micotoxinas. A maioria das micotoxinas são substâncias cancerígenas, mutagénicas, neurotóxicas e imunossupressoras, sendo a ocratoxina A (OTA) uma das mais importantes. A OTA é uma micotoxina, tóxica para os animais e Humanos principalmente devido às suas propriedades nefrotóxicas. Alguns grupos de bactérias gram positivas nomeadamente as bactérias do ácido láctico (BAL) são capazes de controlar o crescimento de fungos, melhorando e aumentando a vida útil de muitos produtos fermentados e, assim, reduzir os riscos para a saúde provocados pela exposição às micotoxinas. Algumas BAL são, também, capazes de destoxificar certas micotoxinas. Em trabalhos anteriores do nosso grupo foi observada a biodegradação da OTA por estirpes de Pediococcus parvulus isoladas de vinhos do Douro. Assim, com este trabalho, pretendeu-se compreender com maior detalhe o processo de biodegradação da OTA pelas referidas estirpes e identificar quais as enzimas que estão associadas à sua biodegradação. Para atingir este objetivo utilizaram-se algumas ferramentas ioinformáticas (BLAST, CLUSTALX2, CLC Sequence Viewer 7, Finch TV), desenharam-se primers específicos e realizaram-se PCR específicos para os genes envolvidos. Através da utilização de ferramentas de bioinformática, foi possível identificar várias proteínas que pertencem à família das carboxipeptidases e que podem eventualmente participar no processo da degradação da OTA, tais como D-Ala-D-Ala carboxipeptidase serínica e carboxipeptidase membranar. Estas BAL podem desempenhar um papel importante na destoxificação da OTA, sendo as carboxipeptidases uma das enzimas envolvidas na sua biodegradação.

Estudo de estirpes probióticas como inoculantes de silagens para o controlo de micotoxinas

Dissertação de mestrado em Bioengenharia

Estudio de la micobiota y sus micotoxinas en ingredientes y raciones de animales domésticos. Estrategias orientadas a la prevención de las micotoxicosis. Studies on mycobiota and incidence of mycotoxins in raw material and feedstuff for domestic animals. Different strategies for mycotoxicosis prevention.

Numerosas investigaciones han desarrollado estrategias para la remoción de micotoxinas en alimentos por diferentes métodos, aunque muchos de ellos no han llegado a ser utilizados debido a los elevados costos o a las dificultades prácticas involucradas en el proceso de detoxificación. Estos argumentos estimulan a los investigadores a desarrollar nuevas estrategias de decontaminación que eviten el uso de agentes químicos y que reduzcan las pérdidas en el valor nutritivo y la palatabilidad de los alimentos decontaminados. Una de las alternativas promisorias es la detoxificación biológica. Las levaduras capaces de adsorber micotoxinas y con habilidades probióticas o prebióticas son promisorias para reducir la exposición humana a las micotoxinas. En el tracto gastrointestinal se encuentra normalmente un gran número de especies de bacterias comensales y patógenas; sin embargo, cuando se incrementa la cantidad de microorganismos patógenos se pueden producir alteraciones de la salud y muerte. La industria argentina de alimentos destinados a animales necesita reducir los niveles de micotoxinas presentes en ingredientes o en insumos terminados. Si bien los resultados obtenidos en el mundo en la temática son preliminares y promisorios, en nuestro país aún no se han desarrollado estrategias biológicas de decontaminación de micotoxinas aplicadas a estos alimentos. Estudios de incidencia de micoflora y detección de micotoxinas en alimentos balanceados para aves, llevados a cabo por nuestro grupo de investigación en la región del sur de Córdoba demostraron la presencia de los principales géneros toxicogénicos (Aspergillus, Penicillium y Fusarium) y sus micotoxinas asociadas (aflatoxinas, zearalenona y fumonisinas). En relación a porcinotecnia, la zona sur de la provincia de Córdoba es considerada una de las tres zonas de mayor densidad porcina en Argentina. Sin embargo, la contaminación de los granos con micotoxinas representa un serio problema debido a que producen rechazo del alimento, disminución de la tasa de crecimiento y reducción inmunológica. Si consideramos la evolución en la producción lechera en los últimos años ha seguido una línea de intensificación que ha conllevado un cambio en la utilización de los alimentos, evolucionando del simple pastoreo a los sistemas de alimentación única, basados en la formulación de alimentos balanceados que constituyen la clave de la alimentación de los animales. Diferentes estudios epidemiológicos usando técnicas moleculares han demostrado que con frecuencia la infección por A. fumigatus ocurre como consecuencia de la adquisición exógena del hongo. La magnitud del problema se manifiesta en la continua búsqueda de medidas de prevención y control de estas micotoxicosis. Debido a este impacto negativo que ejercen las toxinas fúngicas lo cual, afecta los parámetros productivos como ganancia de peso y conversión alimenticia con graves pérdidas a la industria animal tanto en el mercado interno como externo.

Efeitos da secagem intermitente sobre a qualidade de sementes de milho

Objetivando avaliar os efeitos de diferentes temperaturas do ar, na secagem intermitente sobre a qualidade de sementes de milho, do híbrido duplo AG-162, o presente trabalho foi dividido em três estudos, denominados 1, 2 e 3. Cada estudo envolveu três métodos de secagem: secagem natural, secagem artificial-natural e secagem artificial. Nas secagens artificial-natural e artificial dos três estudos foram utilizadas, respectivamente, as temperaturas do ar de 70, 80 e 9 0°C, durante o processo denominado artificial, (secagem intermitente) . As sementes, após a secagem, foram armazenadas por seis meses e seu comportamento avaliado em quatro épocas (0, 60, 120 e 180 dias), através da determinação do teor de água e dos testes de germinação, envelhecimento rápido, e frio sem solo e em duas épocas (0 e 180 dias) , por meio do exame de sementes infestadas e dos testes de sanidade e de emergência em campo. A reunião das informações obtidas no presente trabalho, considerando temperaturas de ar de secagem de 70, 80 e 9 0°C e reduções do teor de água de 16,5% para 13%, permite as seguintes conclusões: a) a secagem intermitente não causa efeitos prejudiciais à qualidade fisiológica de sementes de milho, b) a incidência de Penicillium spp em sementes de milho pode ser reduzida pelo emprego da secagem intermitente.

Transferència d’electrò i protó als intermediaris de reacció de les hemo-catalases

Projecte de recerca elaborat a partir d’una estada a l’University of Pennsylvania, EUA, entre els mesos d’agosta a desembre del 2006. Les hemo-catalases són enzims que protegeixen les cèl•lules dels efectes tòxics del peròxid d'hidrogen. Aquesta reacció té lloc en dues etapes, via l'intermediari Compost I (Cpd I). Tanmateix, el Compost I pot seguir una reacció secundària, a través de l'intermediari Compost II. Hi ha dos tipus d'hemo-catalases: les hemo-b (com la d'Helicobacter pylori, HPC) i les hemo-d catalases (com la de Penicillium vitale, PVC). Experimentalment s'observa que les hemo-b catalases formen Cpd II més fàcilment que les hemo-d. La formació del Cpd II consta de dos processos: la reducció del catió radical porfirínic i la protonació del grup oxoferril. Durant l'estada, es va estudiar el procès de transferència electrònica a la porfirina utilitzant una metodologia desenvolupada recentment. Els resultats mostren que per PVC la reducció és més fàcil que per HPC. Posteriorment hem realitzat una sèrie de optimitzacions de geometria CPMD QM/MM al llarg del camí per la transferència de protó (PT) de la histidina distal a l'oxoferril. Mentre que per HPC aquesta PT és espontània, per PVC l'isòmer hidroxoferrílic és menys estable que el catió imidazoli.

Isolation of fungi in Musca domestica Linnaeus, 1758 (Diptera: Muscidae) captured at two natural breeding grounds in the municipality of Seropédica, Rio de Janeiro, Brazil

The objective of this study was to isolate and identify fungal species found in natural association with adults of Musca domestica. The adult insects were collected from two natural breeding grounds: hog pens and an urban sanitary landfill. The isolated fungi were identified as: Aspergillus flavus (23.8%), A. niger var. niger (14.4%), Penicillium corylophilum (21.4%), P. fellutanum (11.9%), Cladosporium cladosporoides (4.7%), Fusarium sp. (4.7%), Alternaria alternata (11.9%), Curvularia brachyspora (2.4%), Mycelia sterilia (2.4%) and the Mucorales order (2.4%).

Antimicrobial activity of wax and hexane extracts from Citrus spp. peels

Antibacterial and antifungal properties of wax and hexane extracts of Citrus spp. peels were tested using bioautographic and microdilution techniques against three plant pathogenic fungi (Penicillium digitatum, Curvularia sp., and Colletotrichum sp.), two human pathogens (Trichophyton mentagrophytes and Microsporum canis), and two opportunistic bacteria (Escherichia coli and Staphylococcus aureus). Two polymethoxylated flavonoids and a coumarin derivative, were isolated and identified from peel extracts, which presented antimicrobial activity especially against M. canis and T. mentagrophytes: 4',5,6,7,8-pentamethoxyflavone (tangeritin) and 3',4',5,6,7,8-hexamethoxyflavone (nobiletin) from C. reticulata; and 6,7-dimethoxycoumarin (also known as escoparone, scoparone or scoparin) from C. limon.

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]

O papel do ar e água ambientais como veículos de transmissão de infeções fúngicas no Hospital Agostinho Neto, Cidade da Praia, Cabo Verde.

Os fungos são um grupo de microrganismos diversificado com uma grande ubiquidade na natureza, podendo ser encontrados no solo, no ar e na água. Alguns destes microrganismos são considerados como verdadeiros agentes patogénicos para humanos e, embora na grande maioria sejam inofensivos para indivíduos saudáveis, tornam-se patogénicos para indivíduos com fragilidade imunológica. A infeção por estes agentes em ambiente hospitalar tem sido relatada neste últimos anos como a principal causa de morte nos pacientes internados com debilidade imunológica. Neste estudo foi feita a avaliação da presença de fungos no ambiente de algumas unidades mais críticas do Hospital Agostinho Neto na cidade da Praia em Cabo Verde durante o mês de Janeiro de 2012, nomeadamente no Bloco Operatório do hospital e nos serviços de internamento Cirúrgico e Queimadura, Neonatologia, Infeciologia, Oncologia e de Hemodiálise. No total foram recolhidas 34 amostras de diferentes locais, detectadas 393ufc/m3 no ar, 685ufc/m3 na água e 2696ufc/m2 nas superfícies e isolados 104 fungos morfologicamente diferentes, sendo sido obtidos 29 a partir do ar, 21 de amostras da água e 54 de superfícies. A maior diversidade fúngica foi encontrada nos serviços de internamento Cirúrgico e Queimadura e de Neonatologia onde, em cada um, foram detectados nove géneros diferentes de fungos no ambiente hospitalar. Observou-se ainda uma forte presença dos géneros Aspergillus, Penicillium e Cladosporium em todos os locais estudados. Sabendo que a contaminação por estes agentes pode ser um fator de risco para infeção nosocomial em pacientes com sistema imunitário muito debilitado, sugerimos no final do trabalho algumas linhas orientadoras para minimizar os fatores de risco e propor trabalhos futuros para correlacionar esses fatores com casos de ocorrência de infeções fúngicas no Hospital Agostinho Neto na cidade da Praia, Cabo Verde.

O papel do ar e Água Ambientais como veículos de transmissão de Infeções Fúngicas no Hospital Agostinho Neto, Cidade da Praia, Cabo Verde.

Os fungos são um grupo de microrganismos diversificado com uma grande ubiquidade na natureza, podendo ser encontrados no solo, no ar e na água. Alguns destes microrganismos são considerados como verdadeiros agentes patogénicos para humanos e, embora na grande maioria sejam inofensivos para indivíduos saudáveis, tornam-se patogénicos para indivíduos com fragilidade imunológica. A infeção por estes agentes em ambiente hospitalar tem sido relatada neste últimos anos como a principal causa de morte nos pacientes internados com debilidade imunológica. Neste estudo foi feita a avaliação da presença de fungos no ambiente de algumas unidades mais críticas do Hospital Agostinho Neto na cidade da Praia em Cabo Verde durante o mês de Janeiro de 2012, nomeadamente no Bloco Operatório do hospital e nos serviços de internamento Cirúrgico e Queimadura, Neonatologia, Infeciologia, Oncologia e de Hemodiálise. No total foram recolhidas 34 amostras de diferentes locais, detectadas 393ufc/m3 no ar, 685ufc/m3 na água e 2696ufc/m2 nas superfícies e isolados 104 fungos morfologicamente diferentes, sendo sido obtidos 29 a partir do ar, 21 de amostras da água e 54 de superfícies. A maior diversidade fúngica foi encontrada nos serviços de internamento Cirúrgico e Queimadura e de Neonatologia onde, em cada um, foram detectados nove géneros diferentes de fungos no ambiente hospitalar. Observou-se ainda uma forte presença dos géneros Aspergillus, Penicillium e Cladosporium em todos os locais estudados. Sabendo que a contaminação por estes agentes pode ser um fator de risco para infeção nosocomial em pacientes com sistema imunitário muito debilitado, sugerimos no final do trabalho algumas linhas orientadoras para minimizar os fatores de risco e propor trabalhos futuros para correlacionar esses fatores com casos de ocorrência de infeções fúngicas no Hospital Agostinho Neto na cidade da Praia, Cabo Verde.

O Papel do Ar e Água Ambientais como Veículos de Transmissão de Infeções Fúngicas no Hospital Agostinho Neto, Cidade da Praia, Cabo Verde

Os fungos são um grupo de microrganismos diversificado com uma grande ubiquidade na natureza, podendo ser encontrados no solo, no ar e na água. Alguns destes microrganismos são considerados como verdadeiros agentes patogénicos para humanos e, embora na grande maioria sejam inofensivos para indivíduos saudáveis, tornam-se patogénicos para indivíduos com fragilidade imunológica. A infeção por estes agentes em ambiente hospitalar tem sido relatada neste últimos anos como a principal causa de morte nos pacientes internados com debilidade imunológica. Neste estudo foi feita a monitorização da presença de fungos no ambiente de algumas unidades mais críticas do Hospital Agostinho Neto na cidade da Praia em Cabo Verde durante o mês de Janeiro de 2012, nomeadamente no Bloco Operatório do hospital, no serviço de internamento Cirúrgico e Queimadura, no serviço de internamento de Neonatologia, no serviço de internamento de Infeciologia, no serviço de Oncologia e no serviço de Hemodiálise. No total foram recolhidas 34 amostras de diferentes locais, detectadas 393ufc/m3 no ar, 685ufc/m3 na água e 2696ufc/m2 nas superfícies e isolados 104 fungos morfologicamente diferentes, sendo sido obtidos 29 a partir do ar, 21 de amostras da água e 54 de superfícies. A análise micológica destas amostras revelou uma forte presença dos géneros como Penicillium sp., Cladosporium sp. e Aspergillus sp. em todas as colheitas. Sabendo que a contaminação do ambiente hospitalar por estes agentes pode ser um fator de risco para infeção nosocomial em pacientes com sistema imunitário muito debilitado, sugerimos no final do trabalho algumas linhas orientadoras para minimizar os fatores de risco e propor trabalhos futuros para correlacionar esses fatores com casos de ocorrência de infeções fúngicas no Hospital Agostinho Neto na cidade da Praia, Cabo Verde.

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

Solubilização de fostatos por microrganismos na presença de fontes de carbono

O potencial de solubilização de fosfatos por bactérias e fungos cultivados em meio de cultura GEL (Glicose-Extrato de Levedura), suplementado com diferentes formas de fosfatos (cálcio, alumínio e ferro) e fontes de carbono (celulose, amido, sacarose, glicose, frutose e xilose), foi avaliado em laboratório. O crescimento, o diâmetro da área solubilizada e a relação halo/colônia variaram conforme o tipo de microrganismo e a fonte de fósforo e de carbono. Dos 57 isolados utilizados, 56 formaram halo na presença de fosfato de cálcio e cinco apenas na presença de fosfato de alumínio e nenhum foi capaz de solubilizar fosfato de ferro. Contudo, seis isolados cresceram melhor no meio com fosfato de ferro em comparação com o meio testemunha. As maiores colônias e halos foram observados nos isolados de Rhizopus e Aspergillus, enquanto as maiores relações halo/colônia foram encontradas em Paecilomyces e Penicillium. Todos os isolados cresceram no meio GEL base (testemunha sem açúcar), mas a solubilização ocorreu apenas na presença de carbono adicionado ao meio, destacando-se xilose, glicose, frutose e sacarose.