Lactobacillus acidophilus CRL 1014 improved “gut health” in the SHIME® reactor

Abstract Background How to maintain “gut health” is a goal for scientists throughout the world. Therefore, microbiota management models for testing probiotics, prebiotics, and synbiotics have been developed. Methods The SHIME® model was used to study the effect of Lactobacillus acidophilus 1014 on the fermentation pattern of the colon microbiota. Initially, an inoculum prepared from human feces was introduced into the reactor vessels and stabilized over 2-wk using a culture medium. This stabilization period was followed by a 2-wk control period during which the microbiota was monitored. The microbiota was then subjected to a 4-wk treatment period by adding 5 mL of sterile peptone water with L. acidophilus CRL1014 at the concentration of 108 CFU/mL to vessel one (the stomach compartment). Plate counts, Denaturing Gradient Gel Electrophoresis (DGGE), short-chain fatty acid (SCFA) and ammonium analyses were carried out for monitoring of the microbial community from the colon compartments. Results A significant increase (p < 0.01) in the Lactobacillus spp. and Bifidobacterium spp. populations was observed during the treatment period. The DGGE obtained showed changes in the lactobacilli community from the colon compartments of the SHIME® reactor. The (SCFA) concentration increased (p < 0.01) during the treatment period, due mainly to significant increased levels of acetic, butyric, and propionic acids. However, ammonium concentrations decreased during the same period (p < 0.01). Conclusions This study showed the beneficial influence of L. acidophilus CRL 1014 on microbial metabolism and lactobacilli community composition for improving human health.

Oxylipins biosynthesis in Lactobacillus helveticus in the presence of oxidative stress

This PhD thesis is aimed at studying the possible pathways and the mechanisms that can trigger oxylipins biosynthesis, and particularly that of short chain aldehydes and alcohols, in Lactobacillus helveticus, also in the presence of oxidative stress, using a totally labelled linoleic acid as precursor. In plants and fungi these molecules, involved in defence mechanisms against pathogens and in communication systems, derive from the oxidation of cellular unsaturated fatty acids (UFAs) and their accumulation is associated with stress exposure. Since some oxylipins are produced also by lactobacilli, it is possible to hypothesize that a metabolic pathway from UFAs to oxylipins, similar to what happens in plants and fungi, is present also in lactic acid bacteria. The results obtained pointed out that some volatile molecules are the result of UFAs catabolism, since they appear only when cells are incubated in their presence. Labelled linoleic acid is integrated in the membrane and subsequently transformed into aldehydes and alcohols, whose extent and carbon atoms number depend on stress exposure. The enzymes responsible for this metabolic pathway in plants and fungi (e.g. lipoxygenase, dioxygenase) seem to be absent in Lactobacillus helveticus and in other lactobacilli. Proteomic analyses show the over expression of many proteins, including thioredoxin reductase (part of the bacterial oxidative defence system), mainly in cells grown with linoleic acid without oxidative stress exposure, confirming that linoleic acid itself induces oxidative stress. 6 general oxidoreductases (class including dioxygenases and peroxidase) were found and therefore a deeper investigation on them could be productive in elucidating all steps involved in oxylipins biosynthesis in bacteria. Due to the multiple role of oxylipins (flavouring agents, antimicrobial compounds and interspecific signalling molecules) the identification of genes involved and regulating factors should have an important biotechnological impact, also allowing the overproduction of selected bioactive molecules.

Synthesis of a pentasaccharide repeating unit of the extracellular polysaccharide produced by lactobacillus delbrueckii subsp. Bulgaricus 291

A pentasaccharide as its methyl glycoside has been synthesized efficiently using a modified glycosylation strategy. This pentasaccharide is a repeating unit of the exopolysaccharides produced by Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus 291

Synthesis of oligosaccharides corresponding to the polysaccharides of Lactobacillus and Thermophlilus strains

Synthesis of a branched trisaccharide and a tetrasaccharide repeating units corresponding to the polysaccharides of Lactobacillus spp. G-77 and Thermus thermophilus Samu-SA1 as their methyl glycosides has been achieved in excellent yield. Most of the glycosyl linkages are 1,2-cis in these oligosaccharide fragments

Deoxycytidine kinase and deoxyguanosine kinase of Lactobacillus acidophilus R-26 are colinear products of a single gene

Three of the four deoxynucleoside kinases required for growth of Lactobacillus acidophilus R-26 exist as heterodimeric pairs specific for deoxyadenosine (dAK) and deoxycytidine (dCK) or dAK and deoxyguanosine (dGK). However, only two tandem genes, dak/dgk, are found, and are expressed only as dAK/dGK in transformed Escherichia coli. Sequencing peptides spanning 63% of the native dCK subunit revealed a sequence identical to that deduced from dgk (beginning MTVIVL···), except that dCK lacks residues 2 and 3 (dCK is M··IVL; dGK is ·TVIVL). Also, mass spectrometry indicates that native dCK and dGK subunits are identical in mass adjusted for the first three residues. Furthermore, the native enzymes have identical isoelectric pH values, indicating an equal number of charged residues. To enable E. coli to express peptide having the native dCK sequence, codons 2 and 3 were deleted from the dgk portion of the tandem genes, resulting in expression of protein having the specificities and regulatory properties of native dAK/dCK, including heterotropic stimulation of dAK activity by deoxycytidine or dCTP (not deoxyguanosine or dGTP) and end-product inhibition of the respective activities by dATP and dCTP. Subcloning normal and mutant dgk yielded homodimeric dGK and dCK, respectively. The dCK homodimer strongly resembles human dCK, with a low Km for deoxycytidine, the ability to phosphorylate deoxyadenosine and deoxyguanosine at much higher Km values, and end-product inhibition by dCTP. Thus two distinct and specific enzymes evidently are derived from a single Lactobacillus gene. The mechanism by which this occurs in vivo has yet to be elucidated.

Desenvolvimento e avaliação de sorbets probióticos e simbióticos elaborados com polpa de Juçara (Euterpe edulis)

O objetivo deste trabalho foi desenvolver e avaliar diferentes formulações de sorbets probióticos e simbióticos a base de polpa de juçara (Euterpe edulis), de modo a combinar os efeitos benéficos à saúde dos compostos fenólicos deste fruto com os benefícios dos probióticos e prebióticos. Para isso, foram utilizados os microrganismos L. acidophilus e L. paracasei e a fibra polidextrose, além da elaboração de uma amostra controle sem tais elementos para efeito de comparação. Primeiramente, a polpa de juçara pasteurizada utilizada na produção dos sorbets foi avaliada de acordo com suas características físico-químicas e seus compostos bioativos, tendo apresentado resultados adequados para o emprego na matriz alimentícia em questão. Em seguida, os sorbets foram caracterizados através de diversos parâmetros. Assim, a análise centesimal mostrou sorbets com alto índice de carboidratos e baixo valor calórico, enquanto os teores de sólidos solúveis apresentaram-se coerentes em todas as formulações analisadas. Os valores de overrun e densidade aparente relevaram que a incorporação de ar dos sorbets não foi tão elevada quanto de um sorvete lácteo, embora as amostras adicionadas de polidextrose - capaz de mimetizar as propriedades de corpo e espessamento da gordura - tenham obtido resultados mais próximos aos gelados tradicionais. Foram ainda mensurados os efeitos do armazenamento dos produtos a -18 °C durante 120 dias, através de avaliações de pH, coloração instrumental, estabilidade dos compostos fenólicos e antocianinas e viabilidade dos probióticos. O pH das amostras manteve-se constante durante todo o experimento, com valores entre 4,4 e 4,8, enquanto os parâmetros de coloração caracterizaram as amostras como vermelhas e apontaram tendência à perda de luminosidade. Já os polifenóis e antocianinas apresentaram teores elevados, decorrentes da adição da polpa de juçara, sem a ocorrência de degradação destes compostos ao longo da estocagem das amostras sob congelamento. As populações de ambos os microrganismos adicionados apresentaram-se estáveis em cerca de 8 log UFC/ g durante todo o período de armazenamento, o que corresponde a um resultado bastante satisfatório e superior ao recomendado pela legislação brasileira. Por outro lado, a sobrevivência in vitro de tais probióticos quando submetidos aos fluidos gastrointestinais não apresentou resultados adequados para a garantia da funcionalidade destes produtos, com queda de viabilidade superior a 4 ciclos logarítmicos. A aceitabilidade sensorial e intenção de compra apresentaram resultados positivos para todas as formulações, com maior aceitação das amostras probióticas em relação ao controle e menor interesse pelas amostras com adição de prebiótico. Tal resultado demonstra que a incorporação destas bactérias em sorbets de juçara é capaz de melhorar a qualidade do produto, enquanto a adição de polidextrose pode diminuir sua aceitabilidade nas condições empregadas. Em síntese, os sorbets elaborados apresentaram resultados satisfatórios, demonstrando a viabilidade na produção deste tipo de alimento funcional adicionado de probióticos, prebiótico e rico em polifenóis, sendo a combinação de tais elementos capaz de potencializar os efeitos benéficos destes compostos e trazer vantagens fundamentais à microbiota intestinal e à saúde de quem os consome.

Avaliação da contaminação conjunta de Dekkera bruxellensis e Lactobacillus fermentum sobre a fermentação alcoólica: efeito do substrato e formas de controle

As contaminações por leveduras selvagens e por bactérias no processo de produção de etanol combustível no Brasil causam prejuízos ao rendimento fermentativo e aumento de custos pelo uso de biocidas. No entanto, poucos estudos tem focado no efeito das contaminações conjuntas de leveduras selvagens e bactérias e as possíveis interações entre os micro-organismos, especialmente em função dos diferentes substratos de fermentação e das formas de controle. Este trabalho teve por objetivos verificar o efeito do substrato (caldo de cana e melaço) sobre o desenvolvimento das contaminações pela levedura da espécie Dekkera bruxellensis e pela bactéria Lactobacillus fermentum, em co-culturas com Saccharomyces cerevisiae (linhagem industrial PE-2) e possíveis formas de controle do crescimento dos contaminantes (pelo uso de metabissulfito de potássio e adição de etanol ao tratamento ácido) sem afetar a levedura do processo. Os testes foram realizados em condições de crescimento (substrato com 4 °Brix, culturas agitadas) e fermentação com reciclo celular (substrato com 16 °Brix, culturas estáticas). Houve interação entre as leveduras e a bactéria quando crescidas em caldo de cana 4 °Brix. A levedura industrial não foi afetada pela presença dos micro-organismos contaminantes, no entanto, para D. bruxellensis a presença de L. fermentum interferiu positivamente no crescimento, com aumento no número de UFC, e consequentemente inibição do crescimento da bactéria. Em melaço, houve um estímulo ao crescimento de L. fermentum quando em co-cultura com S. cerevisiae. Houve influência das contaminações sobre os parâmetros avaliados no experimento (pH, açúcar redutor total, etanol, glicerol e crescimento das células) e a contaminação conjunta de L. fermentum e D. bruxellensis potencializou o efeito das contaminações pelos micro-organismos isoladamente, tanto em caldo quanto em melaço. A adição de 13% de etanol à solução de ácido sulfúrico pH 2,0 no tratamento celular resultou em uma diminuição significativa no número de UFC de D. bruxellensis (entre 90-99%). A levedura PE-2 foi pouco afetada pelo tratamento proposto. A bactéria L. fermentum teve seu crescimento afetado em todas as combinações testadas. Como os experimentos foram feitos em co-culturas, verificouse que pode haver influência de um micro-organismo sobre a viabilidade do outro, dependendo da reação ao tratamento ácido-etanol. O metabissulfito de potássio (MBP), no intervalo entre 200-400 mg/L, foi eficaz para controlar o crescimento de D. bruxellensis dependendo do meio de cultura e linhagem. Quando adicionado (250 mg/L) à solução ácida (pH 2,0) no tratamento celular, um efeito significativo foi observado nas culturas mistas, pois ocorreu a inativação do SO2 pela S. cerevisiae e uma provável proteção das células de D. bruxellensis, não sendo essa levedura prejudicada pelo MBP. A resposta fisiológica de S. cerevisiae na presença de MBP pode explicar a diminuição significativa na produção de etanol. Quando o MBP foi adicionado ao meio de fermentação, resultou no controle da D. bruxellensis mas não em sua morte, com efeito menos intensivo sobre a eficiência fermentativa. Em cocultura com a adição de MBP, a eficiência fermentativa foi significativamente menor do que na ausência de MBP.

Efeito do substrato e das condições de tratamento do fermento sobre a fermentação etanólica contaminada com leveduras Saccharomyces cerevisiae selvagens e Lactobacillus fermentum

Pouco se sabe sobre o efeito do substrato e a interação entre as leveduras selvagens e bactérias do gênero Lactobacillus na fermentação alcoólica, pois os estudos tem se concentrado na avaliação dos efeitos da contaminação por um ou outro contaminante separadamente. Diante disso, este trabalho teve como objetivos estudar o efeito do substrato e das condições de tratamento do fermento sobre as fermentações contaminadas com ambos os micro-organismos, leveduras S. cerevisiae selvagens (três linhagens apresentando colônias rugosas e células dispostas em pseudohifas) e Lactobacillus fermentum, tendo a linhagem industrial de S. cerevisiae PE-2 como levedura do processo. Foram realizadas fermentações em batelada em mosto de caldo e de melaço, sem reciclo e com reciclo celular, utilizando tanto a cultura pura da linhagem PE-2 quanto as culturas mistas com as linhagens rugosas e ou L. fermentum. Foram avaliadas modificações no tratamento ácido do fermento, visando o controle do crescimento dos contaminantes sem afetar a levedura do processo. Em seguida, foram conduzidas fermentações contaminadas e não contaminadas submetidas ao tratamento ácido combinado com adição de etanol, tanto em caldo quanto em melaço, utilizando-se PE-2, uma das linhagens rugosas e L. fermentum. A atividade da invertase extracelular foi também avaliada em ambos os substratos para os micro-organismos estudados, em condições de crescimento. Concluiu-se que o tipo de substrato de fermentação, caldo de cana ou melaço, influenciou o desempenho da linhagem industrial PE-2 assim como afetou o desenvolvimento das contaminações com as leveduras rugosas S. cerevisiae na presença ou ausência da bactéria L. fermentum, em fermentações sem reciclo celular. O efeito da contaminação foi mais evidente quando se utilizou caldo de cana do que melaço como substrato, no caso da contaminação com leveduras rugosas, e o inverso no caso da contaminação com L. fermentum. O efeito da contaminação sobre a eficiência fermentativa foi maior na presença da levedura rugosa do que com a bactéria, e a contaminação dupla (tanto com a levedura rugosa quanto com a bactéria) não teve efeito maior sobre a eficiência fermentativa do que a contaminação simples, por um ou por outro micro-organismo isoladamente, especialmente na fermentação em batelada com reciclo celular, independentemente do substrato. Nas fermentações com reciclo de células, o efeito do substrato foi menos evidente. O controle do crescimento das linhagens rugosas pode ser realizado modificando o tratamento ácido normalmente realizado na indústria, seja pela adição de etanol à solução ácida ou pelo abaixamento do pH, dependendo da linhagem rugosa. O tratamento combinado baixo pH (2,0) + 13% etanol afetou a fisiologia da linhagem industrial, trazendo prejuízos à fermentação com reciclo celular, com pequeno controle sobre o crescimento da levedura rugosa e causando morte celular à L. fermentum. A diferença na atividade invertásica entre as linhagens rugosas e industrial de S. cerevisiae pode ser a responsável pela fermentação lenta apresentada pelas linhagens rugosas quando presentes na fermentação, sendo não significativa a influência do substrato sobre a atividade dessa enzima.

Does the scientific evidence support the advertising claims made for products containing Lactobacillus casei and Bifidobacterium lactis? A systematic review

Background To analyse the scientific evidence that exists for the advertising claims made for two products containing Lactobacillus casei and Bifidobacterium lactis and to conduct a comparison between the published literature and what is presented in the corporate website. Methods Systematic review, using Medline through Pubmed and Embase. We included human clinical trials that exclusively measured the effect of Lactobacillus casei or Bifidobacterium lactis on a healthy population, and where the objective was related to the health claims made for certain products in advertising. We assessed the levels of evidence and the strength of the recommendation according to the classification criteria established by the Oxford Centre for Evidence Based Medicine (CEBM). We also assessed the outcomes of the studies published on the website that did not appear in the search. Results Of the 440 articles identified, 16 met the inclusion criteria. Only four (25%) of these presented a level of evidence of 1b and a recommendation grade of A, all corresponding to studies on product containing Bifidobacterium lactis, and only 12 of the 16 studies were published on the corporate website (47). Conclusions There is insufficient scientific evidence to support the health claims made for these products, especially in the case of product containing Lactobacillus casei.

Enhanced clearance of Candida albicans from the oral cavities of mice following oral administration of Lactobacillus acidophilus

Orally administered live Lactobacillus acidophilus was assessed for its capacity to enhance clearance from the oral cavity of DBA/2 mice shown previously to be 'infection prone'. L. acidophilus fed to DBA/2 mice significantly shortened the duration of colonization of the oral cavity compared to controls. Enhanced clearance of Candida albicans correlated with both early mRNA gene expression for interleukin (IL)-4 and interferon (IFN)-gamma and expression of their secreted products in cultures of cervical lymph nodes stimulated with Candida antigen. In addition rapid clearance correlated with higher levels of IFN-gamma and nitric oxide in saliva. Delayed clearance, less pronounced levels of the cytokine response, saliva IFN-gamma and nitric oxide, and later mRNA expression for IL-4 and IFN-gamma relative to feeding with the L. acidophilus isolate were noted in mice fed a different Lactobacillus isolate (L. fermentum). These observations indicate significant variations in individual isolates to activate the common mucosal system.

Is Lactobacillus rhamnosus GG effective in preventing the onset of antibiotic-associated diarrhoea: A systematic review

Objective: To evaluate the efficacy of Lactobacillus rhamnosus GG in the prevention of antibiotic-associated diarrhoea. Data Sources: A computer-based search of MED-LINE, CINAHL, AMED, the Cochrane Controlled Trials Register and the Cochrane Database of Systematic Reviews was conducted. A hand-search of the bibliographies of relevant papers and previous meta-analyses was undertaken. Review Methods: Trials were included in the review if they compared the effects of L. rhamnosus GG and placebo and listed diarrhoea as a primary end-point. Studies were excluded if they were not placebo-controlled or utilised other probiotic strains. Results:Six trials were found that met all eligibility requirements. Significant statistical heterogeneity of the trials precluded meta-analysis. Four of the six trials found a significant reduction in the risk of antibiotic-associated diarrhoea with co-administration of Lactobacillus GG. One of the trials found a reduced number of days with antibiotic-induced diarrhoea with Lactobacillus GG administration, whilst the final trial found no benefit of Lactobacillus GG supplementation. Conclusion: Additional research is needed to further clarify the effectiveness of Lactobacillus GG in the prevention of antibiotic-associated diarrhoea. Copyright (c) 2005 S. Karger AG, Basel.

Genomic diversity of Lactobacillus salivarius

Lactobacillus salivarius is unusual among the lactobacilli due to its multireplicon genome architecture. The circular megaplasmids harboured by L. salivarius strains encode strain-specific traits for intestinal survival and probiotic activity. L. salivarius strains are increasingly being exploited for their probiotic properties in humans and animals. In terms of probiotic strain selection, it is important to have an understanding of the level of genomic diversity present in this species. Comparative genomic hybridization (CGH) and multilocus sequence typing (MLST) were employed to assess the level of genomic diversity in L. salivarius. The wellcharacterised probiotic strains L. salivarius UCC118 was employed as a genetic reference strain. The group of test strains were chosen to reflect the range of habitats from which L. salivarius strains are frequently recovered, including human, animal, and environmental sources. Strains of L. salivarius were found to be genetically diverse when compared to the UCC118 genome. The most conserved strains were human GIT isolates, while the greatest level of divergence were identified in animal associated isolates. MLST produced a better separation of the test strains according to their isolation origins, than that produced by CGHbased strain clustering. The exopolysaccharide (EPS) associated genes of L. salivarius strains were found to be highly divergent. The EPS-producing phenotype was found to be carbonsource dependent and inversely related to a strain's ability to produce a biofilm. The genome of the porcine isolate L. salivarius JCM1046 was shown by sequencing to harbour four extrachromosomal replicons, a circular megaplasmid (pMP1046A), a putative chromid (pMP1046B), a linear megaplasmid (pLMP1046) and a smaller circular plasmid (pCTN1046) which contains an integrated Tn916-like element (Tn6224), which carries the tetracycline resistance gene tetM. pLMP1046 represents the first sequence of a linear plasmid in a Lactobacillus species. Dissemination of antibiotic resistance genes among species with food or probiotic-association is undesirable, and the identification of Tn6224-like elements in this species has implications for strain selection for probiotic applications. In summary, this thesis used a comparative genomics approach to examine the level of genotypic diversity in L. salivarius, a species which contains probiotic strains. The genome sequence of strain JCM1046 provides additional insight into the spectrum of extrachromosomal replicons present in this species.