A Metal-Repressed Promoter From Gram-Positive Bacillus subtilis Is Highly Active and Metal-Induced in Gram-Negative Cupriavidus metallidurans

A synthetic version of the metal-regulated gene A (mrgA) promoter from Bacillus subtilis, which in this Gram-positive bacterium is negatively regulated by manganese, iron, cobalt, or copper turned out to promote high level of basal gene expression that is further enhanced by Co(II), Cd(II), Mn(II), Zn(II), Cu(II), or Ni(II), when cloned in the Gram-negative bacterium Cupriavidus metallidurans. Promoter activity was monitored by expression of the reporter gene coding for the enhanced green fluorescent protein (EGFP), and cellular intensity fluorescence was quantified by flow cytometry. Expression levels in C. metallidurans driven by the heterologous promoter, here called pan, ranged from 20- to 53-fold the expression level driven by the Escherichia coli lac promoter (which is constitutively expressed in C. metallidurans), whether in the absence or presence of metal ions, respectively. The pan promoter did also function in E. coli in a constitutive pattern, regardless of the presence of Mn(II) or Fe(II). In conclusion, the pan promoter proved to be a powerful tool to express heterologous proteins in Gram-negative bacteria, especially in C. metallidurans grown upon high levels of toxic metals, with potential applications in bioremediation. Biotechnol. Bioeng. 2010; 107: 469-477. (C) 2010 Wiley Periodicals, Inc.

Induction of neutralizing antibodies in mice immunized with an amino-terminal polypeptide of Streptococcus mutans P1 protein produced by a recombinant Bacillus subtilis strain

The oral pathogen Streptococcus mutans expresses a surface protein, P1, which interacts with the salivary pellicle on the tooth surface or with fluid-phase saliva, resulting in bacterial adhesion or aggregation, respectively. P1 is a target of protective immunity. Its N-terminal region has been associated with adhesion and aggregation functions and contains epitopes recognized by efficacious antibodies. In this study, we used Bacillus subtilis, a gram-positive expression host, to produce a recombinant N-terminal polypeptide of P1 (P1(39-512)) derived from the S. mutans strain UA159. Purified P1(39-512) reacted with an anti-full-length P1 antiserum as well as one raised against intact S. mutans cells, indicating preserved antigenicity. Immunization of mice with soluble and heat-denatured P1(39-512) induced antibodies that reacted specifically with native P1 on the surface of S. mutans cells. The anti-P1(39-512) antiserum was as effective at blocking saliva-mediated aggregation of S. mutans cells and better at blocking bacterial adhesion to saliva-coated plastic surfaces compared with the anti-full-length P1 antiserum. In addition, adsorption of the anti-P1 antiserum with P1(39-512) eliminated its ability to block the adhesion of S. mutans cells to abiotic surfaces. The present results indicate that P1(39-512), expressed and purified from a recombinant B. subtilis strain, maintains important immunological features of the native protein and represents an additional tool for the development of anticaries vaccines.

Enhancement of Th1 Lung Immunity Induced by Recombinant Mycobacterium bovis Bacillus Calmette-Guerin Attenuates Airway Allergic Disease

Mycobacterium bovis Bacillus Calmette-Guerin (BCG) has been shown to down-regulate experimental allergic asthma, a finding that reinforced the hygiene hypothesis. We have previously found that recombinant BCG (rBCG) strain that express the genetically detoxified Si subunit of pertussis toxin (rBCG-S1PT) exerts an adjuvant effect that enhances Th1 responses against BCG proteins. Here we investigated the effect of this rBCG-S1PT on the classical ovalbumin-induced mouse model of allergic lung disease. We found that rBCG-S1PT was more effective than wild-type BCG in preventing Th2-mediated allergic immune responses. The inhibition of allergic lung disease was not associated with increased concentration of suppressive cytokines or with an increased number of pulmonary regulatory T cells but was positively correlated with the increase in IFN-gamma-producing T cells and T-bet expression in the lung. In addition, an IL-12-dependent mechanism appeared to be important to the inhibition of lung allergic disease. The inhibition of allergic inflammation was found to be restricted to the lung because when allergen challenge was given by the intraperitoneal route, rBCG-S1PT administration failed to inhibit peritoneal allergic inflammation and type 2 cytokine production. Our work offers a nonclassical interpretation for the hygiene hypothesis indicating that attenuation of lung allergy by rBCG could be due to the enhancement of local lung Th1 immunity induced by rBCG-S1PT. Moreover, it highlights the possible use of rBCG strains as multipurpose immunomodulators by inducing specific immunity against microbial products while protecting against allergic asthma.

Lipopeptides Produced by a Soil Bacillus Megaterium Strain

A soil microorganism identified as Bacillum megaterium was found to produce several antibiotics substances after growth for 20 h at 37A degrees C in a mineral culture medium. Analysis both by electron spray ionization (ESI) and matrix-assisted laser desorption ionization-time of flight (MALDI-TOF) mass spectrometry (MS) identified these substances as lipopeptides. Predominant peaks at m/z 1,041 and m/z 1,065 revealed ions which are compatible with surfactins and lichenysins, respectively. Two other ions m/z 1,057 and m/z 1,464 were further studied by collision-induced dissociation (CID) unveiling an iturin A at the first and fengycins A and B at the second m/z peaks. The CID spectrum of the m/z 1,464 ion also suggests the existence of fengycins A and B variants in which Ile was changed to Val in the position 10 of the peptide moiety. Raw mixtures of all these compounds were also assayed for antibiotic features. The data enlighten the unusual diversity of the lipopeptide mixture produced by a sole Bacillus species.

Cytological Characterization of YpsB, a Novel Component of the Bacillus subtilis Divisome

Cell division in bacteria is carried out by an elaborate molecular machine composed of more than a dozen proteins and known as the divisome. Here we describe the characterization of a new divisome protein in Bacillus subtilis called YpsB. Sequence comparisons and phylogentic analysis demonstrated that YpsB is a paralog of the division site selection protein DivIVA. YpsB is present in several gram-positive bacteria and likely originated from the duplication of a DivIVA-like gene in the last common ancestor of bacteria of the orders Bacillales and Lactobacillales. We used green fluorescent protein microscopy to determine that YpsB localizes to the divisome. Similarly to that for DivIVA, the recruitment of YpsB to the divisome requires late division proteins and occurs significantly after Z-ring formation. In contrast to DivIVA, however, YpsB is not retained at the newly formed cell poles after septation. Deletion analysis suggests that the N terminus of YpsB is required to target the protein to the divisome. The high similarity between the N termini of YpsB and DivIVA suggests that the same region is involved in the targeting of DivIVA. YpsB is not essential for septum formation and does not appear to play a role in septum positioning. However, a ypsB deletion has a synthetic effect when combined with a mutation in the cell division gene ftsA. Thus, we conclude that YpsB is a novel B. subtilis cell division protein whose function has diverged from that of its paralog DivIVA.

Campoletis flavicincta (Hym., Ichneumonidae) : ocorrência, criação e interação com Spodoptera frugiperda (Lep., Noctuidae) e Bacillus thuringiensis aizawai

Spodoptera frugiperda é um inseto-praga responsável por altos níveis de desfolhamento em gramíneas cultivadas, sendo que, dentre os métodos de controle, o biológico pode vir a tornar-se uma alternativa. Foi feita uma revisão de literatura sobre parasitóides de S. frugiperda. A ocorrência de parasitóides desse inseto, em áreas de cultivo de milho da EEA/IRGA, foi avaliada em Cachoeirinha, RS. Verificou-se a presença de Chelonus sp., Cotesia sp. e Exaticolus sp. (Hym., Braconidae), Campoletis flavicincta e Ophion sp. (Hym., Ichneumonidae) e de Archytas incertus e Lespesia archippivora (Dip., Tachinidae), com predomínio de C. flavicincta. Em função da dificuldade de obtenção de fêmeas deste inseto em laboratório, foram avaliadas diferentes condições de criação. Desta forma, registrou-se uma razão sexual de 0,41 quando foram expostas lagartas de segundo ínstar de S. frugiperda, as fêmeas do parasitóide apresentavam idade entre 3 e 6 dias e os casais foram formados no momento da exposição. Por fim, aspectos referentes à interação entre C. flavicincta/S. frugiperda/B. thuringiensis aizawai, em laboratório, foram avaliados A partir de análise do consumo alimentar de folhas de milho, observou-se que lagartas parasitadas e infectadas apresentaram um menor consumo, apesar do mesmo não ter diferido daquele de lagartas apenas parasitadas. A mortalidade das lagartas parasitadas e infectadas foi superior tanto das infectadas quanto das parasitadas. Lagartas infectadas mostraram um período de alimentação que não diferiu das sadias, apesar de terem apresentado maior duração da fase larval. Indivíduos descendentes de casais que emergiram de lagartas infectadas não tiveram alteradas suas características biológicas. A análise histológica de lagartas parasitadas e infectadas indicou não ter havido alteração no ovo e larva do parasitóide, resultante da ação do bacilo. Pode-se, portanto, inferir que o uso conjunto do parasitóide e da bactéria não resulta em prejuízo para o parasitóide.

Isolamento de bactérias resistentes a cromo hexavalente e purificação parcial da enzima redutora de cromo do Bacillus sp. ES29

A redução do Cr(VI) para Cr(III) diminui a toxidade deste metal no ambiente uma vez que, o Cr(III) é insolúvel às membranas biológicas. Assim a redução microbiana do Cr(VI) é uma alternativa para reduzir os impactos ambientais causados por este metal, utilizado em diversos processos industriais. O objetivo deste trabalho foi selecionar microrganismos a partir de solo contaminado com cromo, caracterizar sua capacidade de redução do Cr(VI) durante o crescimento celular e purificar parcialmente a enzima cromo redutase do Bacillus sp. ES29, através da precipitação com sulfato de amônio (45-75%), cromatografia de gel filtração (Sephadex G-25) e cromatografia de interação hidrofóbica (Octyl Sepharose). A atividade de redução do Cr(VI) pelos isolados foi quantificada com o reagente de s-difenilcarbazida. No isolamento, foram obtidas 20 bactérias resistentes a cromo(VI). Seis destas foram capazes de reduzir 100 mg L-1 Cr(VI) em 24 horas. Um dos isolados foi identificado, através de testes bioquímicos, como pertencete ao gênero Bacillus, sendo tolerante a 750 mg L-1 Cr(VI) e reduzindo mais de 40% do Cr(VI) durante o crescimento celular. Na purificação parcial da enzima foi obtido um fator de purificação de 11,2, aumentando a atividade específica da enzima acima de 11 vezes, porém se faz necessário mais passos de purificações para obtenção desta enzima pura. As bactérias selecionadas e a enzima parcialmente purificada, foram eficientes na redução do Cr(VI) e apresentam potencial para outros estudos, visando a aplicação em processos de biorremediação.

Avaliação das atividades antioxidantes e citotóxicas de extratos ricos em polissacarídeos extraídos das hastes de mandacaru (Cereus Jamacaru de Candolle, Cactaceae)

The use of medicinal plants to cure and treat various diseases is a common practice in the world and in Brazil. In several regions of the Brazil´s Northeast, the cactus Cereus jamacaru, known as mandacaru, is used popularly as a treatment to many diseases, including those related to heart respiratory diseases, gastric ulcers, scurvy, and kidney diseases. However, there is a scarcity in the scientific literature that proves scientifically the popular application of this cactus. Like other plants, Cereus jamacaru synthesizes several potentially bioactive molecules, like as polysaccharides. In this work, three polysaccharides-rich aqueous extracts, MCA80, MPM and MCP60, were obtained from this plant and analyzed chemically, as well as their cytotoxic and antioxidant potential. The data showed that all extracts consist mainly of polysaccharides (89.42 to 95.76%), but also protein (> 2%) and phenolic (3 to 8.87%) contaminants were detected. All extracts are rich in galactose, glucose and mannose. In addition, glucuronic acid was found in MCA80 and MCP60. The extracts showed total antioxidant capacity ranged from 55.21 to 68.13 of ascorbic acid equivalents (AAE). Besides, they exhibited reducer power and cupric chelation in a dose-dependent manner. None of the extracts inhibited the MTT reduction in the presence of prostate tumor cells (PC-3). However, MCP60 was the most effective extract by preventing the reduction of MTT by about 80% in the presence of cells 786. Nuclear fragmentation tests showed that this extract induces cell death. The data indicated that mandacaru synthesizes bioactive polysaccharides with potential as antioxidant and antitumor agents. For future studies, it is intended to purify and characterize these polysaccharides and its antioxidant and antitumor mechanisms

Identificação e caracterização de genes vip e cry coleóptero-específicos em isolados de Bacillus thuringiensis

O objetivo deste trabalho foi identificar e caracterizar os genes cry3, vip1, vip2 e vip1/vip2 em uma coleção de 1.078 isolados de Bacillus thuringiensis potencialmente tóxicos para larvas de coleópteros. Foram utilizados pares de oligonucleotídeos iniciadores gerais obtidos a partir de regiões conservadas dos genes e do alinhamento de sequências consenso. Posteriormente, os isolados positivos foram caracterizados por meio da técnica de PCR‑RFLP, tendo-se utilizado enzimas de restrição específicas, para identificar novas subclasses de genes nos isolados. Cento e cinquenta e um isolados foram positivos para os genes avaliados, com maior frequência para o gene vip1/vip2 (139 isolados). Pela técnica de PCR‑RFLP, foram observados 14 perfis polimórficos, o que indica a presença de diferentes alelos e, consequentemente, de distintas subclasses desses genes.

Caracterização de novos isolados de Bacillus thuringiensis para o controle de importantes insetos-praga da agricultura

A bactéria Bacillus thuringiensis Berliner produz um corpo de inclusão paraesporal (cristal) de natureza proteica, formado durante a esporulação, que atua de forma eficiente no controle de insetos-praga de culturas economicamente importantes. Esse cristal é constituído de proteínas Cry, que são codificadas pelos genes cry; um isolado pode ser caracterizado pelo conteúdo de genes cry que apresenta. Visando caracterizar novos isolados no combate de insetos-praga pertencentes às ordens Lepidoptera e Coleoptera, 76 isolados bacterianos foram analisados molecularmente e tiveram seu potencial de controle avaliado por meio de bioensaios com larvas de Spodoptera frugiperda (J.E. Smith), Sphenophorus levis Vaurie e Tenebrio molitor Linnaeus. As análises moleculares indicaram 11 isolados (14,5% da coleção), contendo genes lepidóptero-específicos e 17 (22,37%) com genes coleóptero-específicos. As análises de patogenicidade revelaram dois isolados com alto potencial de controle para lagartas de S. frugiperda, um para larvas de S. levis e seis prejudiciais ao desenvolvimento das larvas de T. molitor. Esses isolados de B. thuringiensis podem ser promissores no controle biológico das referidas pragas.

Isolation of Bacillus thuringiensis strains that contain Dipteran-specific cry genes from Ilha Bela (São Paulo, Brazil) soil samples

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Identification of new isolates of Bacillus thuringiensis using rep-PCR products and delta-endotoxin electron microscopy

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Expression of the sigma35 and cry2AB genes involved in Bacillus thuringiensis virulence

Muitos genes estão envolvidos nos mecanismos de esporulação da bactéria Bacillus thuringiensis. A regulação e expressão desses genes resultam em uma produção massiva da proteína Cry, responsável pela morte das larvas de muitos insetos. Neste trabalho monitorou-se a expressão de genes de Bacillus thuringiensis, ao longo de três fases de seu desenvolvimento. Foram construídos macroarrays de DNA dos genes selecionados, cujas seqüências estão disponibilizadas no GenBank. Estes genes foram hibridizados com cDNAs obtidos de B. thuringiensis kurstaki HD-1. As sondas de cDNA foram sintetizadas a partir da transcrição reversa do RNA da bactéria, extraído durante as fases de crescimento logarítmico, estacionária e esporulativa, marcadas com 33PadCTP. A expressão diferencial encontrada foi significativa para dois genes de B.thuringiensis, um relacionado aos fatores sigma (sigma35) e outro ao gene cry (cry2Ab). Detectaram-se diferenças entre as médias de expressão do fator sigma e do gene cry2Ab. Os valores máximos de expressão diferencial foram obtidos para o gene codificador do fator sigma35 na fase log e na fase esporulativa. Na análise de médias observou-se expressão do gene cry2Ab apenas na fase log; no entanto, de forma bem mais baixa quando comparado com a expressão de sigma35, nas três fases.