Insertion of an E-coli lacZ gene in Acetobacter xylinus for the production of cellulose in whey

A mini-Tn10:lacZ: kan was inserted into a wild-type strain of Acetobacter xylinus by random transposon mutagenesis, generating a lactose-utilising and cellulose-producing mutant strain designated ITz3. Antibiotic selection plate assays and Southern hybridisation revealed that the lacZ gene was inserted once into the chromosome of strain ITz3 and was stably maintained in non-selective medium after more than 60 generations. The modified strain had, on the average, a 28-fold increase in cellulose production and a 160-fold increase in beta-galactosidase activity when grown in lactose medium. beta-Galactosidase activity is present in either lactose or sucrose medium indicating that the gene is constitutively expressed. Cellulose and beta-galactosidase production by the modified strain was also evaluated in pure and enriched whey substrates. Utilisation of lactose in whey substrate by ITz3 reached 17 g l(-1) after 4 days incubation. (C) 2004 Federation of European Microbiological Societies. Published by Elsevier B.V. All rights reserved.

Influence of carbon sources and C/N ratio on EPS production in anaerobic sequencing batch biofilm reactors for wastewater treatment

The objective of this work was to evaluate the influence of different carbon sources and the carbon/nitrogen ratio (C/N) on the production and main composition of insoluble extracellular polymers (EPS) produced in an anaerobic sequencing batch biofilm reactor (ASBBR) with immobilized biomass in polyurethane foam. The yield of EPS was 23.6 mg/g carbon, 13.3 mg/g carbon, 9.0 mg/g carbon and 1.4 mg/g carbon when the reactor was fed with glucose, soybean oil. fat acids, and meat extract, respectively. The yield of EPS decreased from 23.6 to 2.6 mg/g carbon as the C/N ratio was decreased from 13.6 to 3.4 gC/gN, using glucose as carbon source. EPS production was not observed under strict anaerobic conditions. The results suggest that the carbon source, microaerophilic conditions and high C/N ratio favor EPS production in the ASBBR used for wastewater treatment. Cellulose was the main exopolysaccharide observed in all experimental conditions. (C) 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Avaliação da resposta inflamatória traqueal ao curativo de celulose bacteriana após escarificação cirúrgica em coelhos

Dentre as causas de insucesso nas cirurgias para a estenose traqueal está a formação de tecidos de cicatrização exuberantes. O uso de curativos para evitar esta reação pode ser de grande valia nestes casos. A celulose bacteriana produzida por acetobacter xylinun pode ser útil nestes casos. Não há estudos na região laringotraqueal. OBJETIVO: Avaliar a resposta tecidual subglótica de coelhos após escarificação e colocação de curativo de celulose, comparando com grupo controle. FORMA DE ESTUDO: Experimental MATERIAL E MÉTODOS: Foram estudados 26 coelhos, submetidos a escarificação da região laringotraqueal e tratados com curativo e comparados com controle. Foram estabelecidos 4 tempos de seguimento. Os seguimentos laringotraqueais foram examinados histologicamente e os resultados foram avaliados estaticamente. RESULTADOS: O grupo de estudo evoluiu com o passar do tempo com resultados estatisticamente semelhantes ao do grupo controle, nos parâmetros Congestão vascular, Exsudato purulento, Inflamação aguda, Integridade do epitélio, Proliferação fibrosa e Reação granulomatosa. CONCLUSÃO: Não foram observadas diferenças entre os grupos controle e de estudo quanto aos parâmetros inflamatórios ou cicatriciais. Não houve sinais inflamatórios relacionados ao uso da membrana de celulose que não tivessem ocorrido devido ao traumatismo cirúrgico.

Desenvolvimento Inicial de Duas Variedades de Cana-de-açúcar Inoculadas com Bactérias Diazotróficas

RESUMO A cana-de-açúcar é uma cultura de grande destaque na economia, em razão da produção de açúcar, etanol e energia. Tecnologias que possam contribuir para o aumento da produtividade e qualidade da cultura com mínimos danos ao meio ambiente são necessárias. Objetivou-se avaliar a produção de ácido indol acético de cinco estirpes de bactérias diazotróficas e o efeito da inoculação delas na brotação de duas variedades de cana-de-açúcar, RB867515 e IACSP95-5000. A produção de auxina foi determinada pelo teste colorimétrico, usando o reagente de Salkowski. Para avaliar a germinação, foi conduzido um experimento em casa de vegetação, utilizando-se delineamento experimental em blocos ao acaso com quatro repetições e sete tratamentos: controle não inoculado; inoculação mista com as cinco estirpes e inoculação individual com Gluconacetobacter diazotrophicus (Gd) estirpe BR11281T(PAL-5T), Herbaspirillum seropedicae (Hs - BR11335 = HRC54), Herbaspirillum rubrisubalbicans (Hr - BR11504 = HCC103), Burkholderia tropica (Bt - BR11366T = PPe 8 T) e Azospirillum amazonense (Aa - BR11145 = CBAMc). As bactérias mais eficientes na produção de auxina foram Hs e Hr, declinando 48 h após o crescimento. Hr, Aa e Bt aumentaram o índice de velocidade de germinação e o número de brotações nas duas variedades. Na var. RB867515, a velocidade de germinação ainda foi positivamente influenciada pela inoculação mista, sendo o mesmo observado pela inoculação de Gd na var. IACSP95-5000.

Relação entre distribuição de nitrogênio e colonização por bactérias diazotróficas em cana-de-açúcar

O objetivo deste trabalho foi avaliar a relação entre a distribuição de nitrogênio na planta e a colonização por Gluconacetobacter diazotrophicus e Herbaspirillum spp. Foi implantado um experimento em parcelas subdivididas, tendo como tratamentos quatro genótipos: SP70-1143, SP79-2312 (híbridos), Krakatau (Saccharum spontaneum L.) e Chunnee (Saccharum barberi Jesw.); e quatro épocas de coleta: 90, 180, 360 e 540 dias após o plantio, com quatro repetições. Os parâmetros estudados foram: porcentual de nitrogênio, nitrato, N amino livre e o número mais provável de população das bactérias Gluconacetobacter diazotrophicus e Herbaspirillum spp. Os valores mais elevados de nitrogênio foram observados aos 90 dias após o plantio, nas folhas e colmo apical; as maiores concentrações N amino ocorreram nas raízes, colmo basal e folhas da variedade SP79-2312 e no colmo apical do genótipo Chunnee. O maior acúmulo de nitrato foi observado nos colmos basais e intermediários, sobretudo na variedade SP79-2312. O N protéico mostrou ser o maior componente do nitrogênio porcentual, com a mesma tendência nas diferentes partes da planta. O maior valor na população de G. diazotrophicus ocorreu nas raízes de SP70-1143, SP79-2312 e Krakatau, e nos quatro genótipos de Herbaspirillum spp.

Isolamento de Gluconacetobacter spp. em diferentes tipos de solos

O objetivo deste trabalho foi o aprimoramento da técnica de imunocaptura para utilização em amostras de solo contendo altos teores de argila e sua aplicação no isolamento de estirpes de Gluconacetobacter diazotrophicus a partir de amostras de solo cultivado com cana-de-açúcar e café. A técnica de imunocaptura foi aplicada com sucesso no isolamento de bactérias de amostras de solo. A modificação do método de imunocaptura com Al2(SO4)3 permitiu a sua aplicação em amostras de solo argiloso pela floculação da argila em suspensão. Este método mostrou-se efetivo no isolamento de G. diazotrophicus inoculada em amostras de solo arenoso e argiloso aos cinco dias após a inoculação. A sensibilidade máxima do método em isolar células de G. diazotrophicus mediante cultura pura foi de 10³ células mL-1 . A modificação da técnica permitiu o isolamento de Gluconacetobacter spp. de amostras de solo colhidas a 50 cm das raízes de plantas de café, mas não de amostras de solo colhidas à mesma distância de plantas de cana-de-açúcar.

Especificidade de anti-soro policlonal à Leifsonia xyli subsp. xyli

Detectar a presença da bactéria Leifsonia xyli subsp. xyli em material de propagação da cana-de-açúcar (Saccharum sp.) é importante para direcionar o controle do raquitismo-da-soqueira. Neste trabalho, objetivou-se produzir anticorpo policlonal específico contra Leifsonia xyli subsp. xyli (Lxx), visando utilizá-lo em método sorológico para detecção do patógeno. Para isso, o antígeno foi preparado a partir de células intactas, após lavagem por centrifugação de cultura-pura em tampão fosfato salino 0,01 M (PBS) e diálise em glutaraldeido 2% em PBS. O plano de imunização em coelho consistiu de duas injeções intramusculares da mistura 1:1 do antígeno com adjuvante Freund (completo e incompleto, a intervalos de 21 dias) e duas injeções subcutâneas do antígeno puro, a intervalos de dez dias. O anti-soro foi testado pelo método de Dot Blot com revelação por peroxidase para se determinar: (i) título do anticorpo e (ii) reação contra Lxx, Xanthomonas axonopodis pv. vesicatoria e bactérias endofíticas de cana-de-açúcar (Azospirillum brasilense, A. lipoferum, Herbaspirillum rubrisubalbicans, H. seropedicae e Gluconacetobacter diazotrophicus). A maior diluição analisada do anti-soro 1:20.000 mostrou reação fortemente positiva e específica contra Lxx e ausência de reação contra as demais bactérias. A purificação da fração IgG (Imunoglobulina G) não resultou em melhoria na reatividade e especificidade do anti-soro. Estimou-se o nível de detecção do método a partir de suspensão bacteriana em 2x10(6) células/ml.

Otimização da produção de nata (celulose bacteriana) por fermentação em superfície

A nata de coco, alimento glicídico obtido por fermentação em superfície promovida por Acetobacter xylinum, é bastante difundida em alguns países asiáticos, principalmente nas Filipinas. Como meio de cultivo são utilizadas a água ou o leite de coco, produtos de baixo valor econômico e resíduos de processamento da fruta; há indicativos na literatura, entretanto, de que outros resíduos agro-industriais como soro de leite ou mesmo suco de frutas podem ser utilizados. A fim de avaliar a produção de nata para posteriores estudos visando o uso de meios alternativos, foi utilizado um meio de composição definida com o qual foi possível definir as condições de pH, de inóculo e de incubação, assim como observar a influência de açúcares e de ácidos no processo. Foram delineados experimentos usando-se ácido acético e glucose como variáveis de entrada visando a otimização do processo. As condições de fermentação incluíram correção do pH para 4, adição de 10% (v/v) de inóculo ao meio e incubação a 28°C por 10 dias. As condições encontradas como ótimas em relação às concentrações iniciais dos nutrientes considerados foram 0,65 moles/l de ácido acético e 67,4 g/l de glucose, com o que se produz 7,107 g de nata por 250 ml de meio .

Mechanical effects of plant cell wall enzymes on xyloglucan/cellulose composites

Xyloglucan-acting enzymes are believed to have effects on type I primary plant cell wall mechanical properties. In order to get a better understanding of these effects, a range of enzymes with different in vitro modes of action were tested against cell wall analogues (bio-composite materials based on Acetobacter xylinus cellulose and xyloglucan). Tomato pericarp xyloglucan endo transglycosylase (tXET) and nasturtium seed xyloglucanase (nXGase) were produced heterologously in Pichia pastoris. Their action against the cell wall analogues was compared with that of a commercial preparation of Trichoderma endo-glucanase (EndoGase). Both 'hydrolytic' enzymes (nXGase and EndoGase) were able to depolymerise not only the cross-link xyloglucan fraction but also the surface-bound fraction. Consequent major changes in cellulose fibril architecture were observed. In mechanical terms, removal of xyloglucan cross-links from composites resulted in increased stiffness (at high strain) and decreased visco-elasticity with similar extensibility. On the other hand, true transglycosylase activity (tXET) did not affect the cellulose/xyloglucan ratio. No change in composite stiffness or extensibility resulted, but a significant increase in creep behaviour was observed in the presence of active tXET. These results provide direct in vitro evidence for the involvement of cell wall xyloglucan-specific enzymes in mechanical changes underlying plant cell wall re-modelling and growth processes. Mechanical consequences of tXET action are shown to be complimentary to those of cucumber expansin.

Adesão, proliferação e genotoxicidade celular de celulose bacteriana modificada por plasma

Bacterial cellulose (BC) has a wide range of potential applications, namely as temporary substitute skin in the treatment of skin wounds, such as burns, ulcers and grafts. Surface properties determine the functional response of cells, an important factor for the successful development of biomaterials. This work evaluates the influence of bacterial cellulose surface treatment by plasma (BCP) on the cellular behavior and its genotoxicity potential. The modified surface was produced by plasma discharge in N2 and O2 atmosphere, and the roughness produced by ion bombardment characterized by scanning electron microscopy (SEM) and atomic force microscopy (AFM). Cell adhesion, viability and proliferation on BCP were analysed using crystal violet staining and the 3-[4,5-dimethylthiazol-2-yl]-2,5-diphenyl-tetrazolium (MTT) method. Genotoxicity was evaluated using the comet and cytokinesis block micronucleus assay. The results show that the plasma treatment changed surface roughness, producing an ideal cell attachment, evidenced by more elongated cell morphology and improved proliferation. The excellent biocompatibility of BCP was confirmed by genotoxicity tests, which showed no significant DNA damage. The BCP has therefore great potential as a new artificial implant

Kinetic parameters for thermal decomposition of microcrystalline, vegetal, and bacterial cellulose

Cellulose can be obtained from innumerable sources such as cotton, trees, sugar cane bagasse, wood, bacteria, and others. The bacterial cellulose (BC) produced by the Gram-negative acetic-acid bacterium Acetobacter xylinum has several unique properties. This BC is produced as highly hydrated membranes free of lignin and hemicelluloses and has a higher molecular weight and higher crystallinity. Here, the thermal behavior of BC, was compared with those of microcrystalline (MMC) and vegetal cellulose (VC). The kinetic parameters for the thermal decomposition step of the celluloses were determined by the Capela-Ribeiro non-linear isoconversional method. From data for the TG curves in nitrogen atmosphere and at heating rates of 5, 10, and 20 A degrees C/min, the E(alpha) and B(alpha) terms could be determined and consequently the pre-exponential factor A(alpha) as well as the kinetic model g(alpha). The pyrolysis of celluloses followed kinetic model g(alpha) = [-ln(1 - alpha)](1.63) on average, characteristic for Avrami-Erofeev with only small differences in activation energy. The fractional value of n may be related to diffusion-controlled growth, or may arise from the distributions of sizes or shapes of the reactant particles.

Synthesis and characterization of microcrystalline cellulose produced from bacterial cellulose

In this study, microcrystalline cellulose (MCC) was prepared from the acid hydrolysis of bacterial cellulose (BC) produced in culture medium of static Acetobacter xylinum. The MCC-BC produced an average particle size between 70 and 90 mu m and a degree of polymerization (DP) of 250. The characterization of samples was performed by thermogravimetric analysis, X-ray diffraction, and scanning electron microscopy (SEM). The MCC shows a lower thermal stability than the pristine cellulose, which was expected due to the decrease in the DP during the hydrolysis process. In addition, from X-ray diffractograms, we observed a change in the crystalline structure. The images of SEM for the BC and MCC show clear differences with modifications of BC fiber structure and production of particles with characteristics similar to commercial MCC.

Self-supported silver nanoparticles containing bacterial cellulose membranes

Hydrated bacterial cellulose (BC) membranes obtained from cultures of Acetobacter xylinum were used in the preparation of silver nanoparticles containing cellulose membranes. In situ preparation of Ag nanoparticles was achieved from the hydrolytic decomposition of silver triethanolamine (TEA) complexes. Scanning electron microscopy (SEM) images and X-ray diffraction (XRD) patterns both lead to the observation of spherical metallic silver particles with mean diameter of 8 nm well adsorbed onto the BC fibriles. (c) 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.

Bacterial nanocellulose for medical implants

Bacterial cellulose (BC) has established to be a remarkably versatile biomaterial and can be used in wide variety of applied scientific endeavours, especially for medical devices. In fact, biomedical devices recently have gained a significant amount of attention because of an increased interest in tissue-engineered products for both wound care and the regeneration of damaged or diseased organs. Due to its unique nanostructure and properties, microbial cellulose is a natural candidate for numerous medical and tissue-engineered applications. Hydrophilic bacterial cellulose fibers of an average diameter of 50 nm are produced by the bacterium Acetobacter xylinum, using a fermentation process. The microbial cellulose fiber has a high degree of crystallinity. Using direct nanomechanical measurement, determined that these fibers are very strong and when used in combination with other biocompatible materials, produce nanocomposites particularly suitable for use in human and veterinary medicine. Moreover, the nanostructure and morphological similarities with collagen make BC attractive for cell immobilization and cell support. The architecture of BC materials can be engineered over length scales ranging from nano to macro by controlling the biofabrication process. The chapter describes the fundamentals, purification and morphological investigation of bacterial cellulose. This chapter deals with the modification of microbial cellulose and how to increase the compatibility between cellulosic surfaces and a variety of plastic materials. Furthermore, provides deep knowledge of fascinating current and future applications of bacterial cellulose and their nanocomposites especially in the medical field, materials with properties closely mimic that of biological organs and tissues were described. © Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2013.

Preparo e caracterização de novos compósitos de celulose bacteriana

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)