Gut symbionts from distinct hosts exhibit genotoxic activity via divergent colibactin biosynthetic pathways.

Secondary metabolites produced by nonribosomal peptide synthetase (NRPS) or polyketide synthase (PKS) pathways are chemical mediators of microbial interactions in diverse environments. However, little is known about their distribution, evolution, and functional roles in bacterial symbionts associated with animals. A prominent example is "colibactin", a largely unknown family of secondary metabolites produced by Escherichia coli via a hybrid NRPS-PKS biosynthetic pathway, inflicting DNA damage upon eukaryotic cells and contributing to colorectal cancer and tumor formation in the mammalian gut. Thus far, homologs of this pathway have only been found in closely related Enterobacteriaceae, while a divergent variant of this gene cluster was recently discovered in a marine alphaproteobacterial Pseudovibrio strain. Herein, we sequenced the genome of Frischella perrara PEB0191, a bacterial gut symbiont of honey bees, and identified a homologous colibactin biosynthetic pathway related to those found in Enterobacteriaceae. We show that the colibactin genomic island (GI) has conserved gene synteny and biosynthetic module architecture across F. perrara, Enterobacteriaceae and the Pseudovibrio strain. Comparative metabolomics analyses of F. perrara and E. coli further reveal that these two bacteria produce related colibactin pathway-dependent metabolites. Finally, we demonstrate that F. perrara, like E. coli, causes DNA damage in eukaryotic cells in vitro in a colibactin pathway-dependent manner. Together, these results support that divergent variants of the colibactin biosynthetic pathway are widely distributed among bacterial symbionts, producing related secondary metabolites and likely endowing its producer with functional capabilities important for diverse symbiotic associations.

Lung microbiota promotes tolerance to allergens in neonates via PD-L1.

Epidemiological data point toward a critical period in early life during which environmental cues can set an individual on a trajectory toward respiratory health or disease. The neonatal immune system matures during this period, although little is known about the signals that lead to its maturation. Here we report that the formation of the lung microbiota is a key parameter in this process. Immediately following birth, neonatal mice were prone to develop exaggerated airway eosinophilia, release type 2 helper T cell cytokines and exhibit airway hyper-responsiveness following exposure to house dust mite allergens, even though their lungs harbored high numbers of natural CD4(+)Foxp3(+)CD25(+)Helios(+) regulatory T (Treg) cells. During the first 2 weeks after birth, the bacterial load in the lungs increased, and representation of the bacterial phyla shifts from a predominance of Gammaproteobacteria and Firmicutes towards Bacteroidetes. The changes in the microbiota were associated with decreased aeroallergen responsiveness and the emergence of a Helios(-) Treg cell subset that required interaction with programmed death ligand 1 (PD-L1) for development. Absence of microbial colonization(10) or blockade of PD-L1 during the first 2 weeks postpartum maintained exaggerated responsiveness to allergens through to adulthood. Adoptive transfer of Treg cells from adult mice to neonates before aeroallergen exposure ameliorated disease. Thus, formation of the airway microbiota induces regulatory cells early in life, which, when dysregulated, can lead to sustained susceptibility to allergic airway inflammation in adulthood.

Variações qualitativas e quantitativas na microbiota do solo e na fixação biológica do nitrogênio sob diferentes manejos com soja

Neste estudo foram avaliados atributos qualitativos e quantitativos da microbiota do solo, visando monitorar alterações por diferentes manejos do solo e das culturas. As avaliações foram feitas em um ensaio a campo, conduzido há 14 anos em Londrina, PR, sob plantio convencional (PC) ou plantio direto (PD) e com sucessão (S) (soja/trigo) ou rotação (R) (tremoço/milho/aveia-preta/soja/trigo/soja/trigo/soja) de culturas, quando todos os sistemas estavam com soja no estádio de florescimento pleno. Os incrementos no C e N da biomassa microbiana (CBM e NBM) no PD foram de 114 e 157 %, respectivamente, em comparação ao PC; além disso, o quociente metabólico (qCO2) foi inferior em 37 % no PD, indicando maior eficiência metabólica da microbiota do solo. Não foram detectadas diferenças nesses atributos em função dos sistemas de rotação e sucessão de culturas. A diversidade genética da comunidade bacteriana total do solo foi superior no PD e inferior no PC com sucessão de culturas. Em relação à fixação biológica do N2, a massa, o N total e a fração de N-ureídos acumulados na parte aérea e a eficiência dos nódulos em fixar N2 foram superiores no PD. A diversidade genética dos rizóbios foi afetada, principalmente, pelo manejo das culturas, sendo superior com a rotação, provavelmente pelo maior número de espécies de plantas. Contudo, com a rotação ocorreu decréscimo na eficiência do processo de fixação biológica do N2, o que pode estar relacionado com os teores mais elevados de N no solo, ou com a menor pressão de seleção por bactérias eficientes. Desse modo, para microrganismos do solo com função específica, como os rizóbios, a diversidade genética pode ser distinta da funcionalidade.

Impactos da aplicação de biossólidos na microbiota de solos tropicais

A aplicação de biossólidos de Estações de Tratamento de Esgotos (ETEs) em solos agrícolas e florestais tem sido uma das práticas alternativas preconizadas para a reciclagem desses resíduos orgânicos. No entanto, alguns biossólidos de ETEs podem conter metais e, ou, xenobiontes que poderiam afetar a microbiota. Neste trabalho, os impactos da aplicação de biossólidos das ETEs de Barueri e Franca (SP), com alta e baixa concentração de metais, respectivamente, na microbiota de um solo argiloso (Nitossolo Vermelho eutroférrico típico) e um arenoso (Neossolo Quartzarênico órtico típico) foram determinados em condições de microcosmos. Imediatamente após a adição de diferentes doses de biossólidos ao solo, e depois de 4, 8, 16, 32 e 64 dias de incubação, a respiração basal (RB), C na biomassa microbiana (CB), quociente metabólico (qCO2) e relação CB/C-orgânico do solo (CB/Corg) foram avaliados. No geral, a RB foi maior nos solos com maiores quantidades de biossólidos, sendo os maiores acréscimos verificados logo após a aplicação dos biossólidos. No solo arenoso, decréscimos significativos do CB foram observados nos tratamentos com as doses mais elevadas de biossólidos. O qCO2 foi maior nos solos com doses mais elevadas de biossólidos, mas diminuiu com o aumento do período de incubação. Independentemente do tipo de solo, CB/Corg foi maior nos solos que não receberam biossólidos, em relação aos solos que receberam biossólidos ricos em metais. A relação CB/Corg nos solos tratados com biossólidos ricos em metais diminuiu significativamente entre 4 e 16 dias de incubação, não sofrendo alterações posteriormente. Esses dados indicam que a aplicação de biossólidos nos solos analisados, independentemente do teor de metais, pode causar um estresse transiente na comunidade microbiana, dependendo da dose aplicada, e que alterações na estrutura das comunidades microbianas podem estar ocorrendo.

Atividade respiratória da microbiota e conteúdo de glicose em resposta à adição de fósforo em solo de Cerrado

A atividade metabólica dos microrganismos é um dos principais processos reguladores das transformações de nutrientes no solo. No entanto, a atividade microbiana do solo é influenciada por fatores como a disponibilidade de nutrientes, incluindo o P. Este trabalho teve como objetivo avaliar o efeito da adição de P (de 50 a 500 mg kg-1 de P no solo) na atividade respiratória da microbiota e nos teores de glicose extra e intracelular em um Latossolo Vermelho distrófico fase Cerrado. As amostras de solo foram avaliadas quanto ao C liberado (C-CO2) pela atividade microbiana; pelo C orgânico total e pela glicose extra e intracelular. Durante o período de incubação (31 dias), a adição de P aumentou a atividade respiratória diária de 6,30 para 23,59 (mg kg-1 dia-1 de C-CO2 no solo), quando comparado com o controle. No entanto, a relação entre C-CO2 liberado por dia, por unidade de P adicionado, diminuiu, mostrando uma redução da eficiência na utilização do P adicionado. O teor de glicose extracelular no solo foi menor do que o encontrado intracelularmente. Ao final de 31 dias de incubação, o teor de glicose intracelular reduziu-se em decorrência da adição de P no solo, sugerindo maior consumo de glicose pelos microrganismos nas condições de adição do nutriente. Houve correlação negativa (r= -0,98, p < 0,01) entre a respiração diária e a glicose intracelular. Aos 31 dias de incubação, o CO total do solo diminuiu com a adição de 500 mg kg-1 de P no solo. A estreita relação entre o aumento da atividade e a diminuição de glicose intracelular sugere que a resposta da microbiota à adição de P pode estar associada ao conteúdo do açúcar no solo.

Regulation of inflammatory responses by the commensal microbiota.

It is well established that dysregulation of the interactions between the immune system and commensal bacteria is one factor that underpins the development and chronicity of a number of inflammatory diseases. Certain phyla of bacteria within the microbiota have been associated with 'health', but the mechanisms by which the presence of these bacteria supports a healthy environment are still being unravelled. Recent evidence indicates that one such mechanism involves the anti-inflammatory properties of fermentation products of fibre, short-chain fatty acids and their signalling through the G-protein coupled receptor GPR43. Recent findings also indicate that, even in health, bacterial communities harbour in the airways, indicating that direct exposure to bacterial products at this site may provide a further explanation for how commensal bacteria can regulate chronic airway inflammation.

Biodegradação de glifosato pela microbiota de solos cultivados com macieira

O glifosato é um herbicida sistêmico, pós-emergente, não seletivo do grupo dos organofosforados, sendo amplamente usado em pomares de macieira no sul do Brasil, podendo causar consequências negativas para microrganismos benéficos do solo. O objetivo deste trabalho foi avaliar a capacidade de biodegradação do glifosato pela microbiota de solos de pomares de macieira, com diferentes históricos de aplicação do produto. Para isso, amostras de solos da região de Vacaria, RS, foram utilizadas, cuja biodegradação do glifosato foi avaliada monitorando a liberação de CO2 pelos microrganismos durante 32 dias, bem como quantificando os resíduos de glifosato e seu metabólito, o ácido aminometilfosfônico (AMPA), no início e no final do período pela extração seguida de análise por cromatografia líquida de alta eficiência. Os resultados evidenciaram que houve degradação do glifosato pelos microrganismos edáficos durante o período avaliado com formação do metabólito AMPA. O glifosato diminuiu o número de bactérias do solo, porém favoreceu o aumento da atividade microbiana. As bactérias presentes nos solos com histórico de menor tempo de aplicação do herbicida apresentaram maior capacidade de degradação do produto, quando comparadas àquelas existentes em solos com maior período de aplicação de glifosato.

Solubilização Potencial de Fosfatos Mediada pela Microbiota Rizosférica de Eucalipto Cultivado em Topossequência Típica da Zona da Mata Mineira

O uso de fosfatos naturais, aliado ao adequado manejo de microrganismos do solo solubilizadores de fosfato, é uma alternativa para reduzir os custos da adubação fosfatada. No entanto, ambas as práticas requerem a avaliação prévia do potencial da microbiota rizosférica em solubilizar fontes de P pouco reativas em condições de campo. O objetivo deste trabalho foi avaliar o potencial da microbiota do solo de solubilizar os fosfatos de Ca, Fe, Al, além dos fosfatos naturais de Araxá e Catalão em amostras de solo rizosférico e não rizosférico de plantio do hibrido Eucalyptus grandis × E. urophylla, localizados em três pontos de uma topossequência típica da Zona da Mata de Minas Gerais. Adicionalmente, avaliou-se a atividade de fosfatases ácidas e alcalinas sob as mesmas condições experimentais. A microbiota rizosférica das plantas do topo e da baixada apresentou maior potencial de solubilização de fosfato de Ca (5.745,09 e 6.452,80 μg de P, respectivamente), enquanto o solo da encosta não apresentou diferenças entre as fontes inorgânicas testadas. O fosfato de Catalão foi a fonte de fosfato natural com maior potencial de solubilização (1.209,71 μg de P) pela microbiota do solo nas condições avaliadas. O pH final do meio de cultura correlacionou-se negativamente com os valores de P solubilizado, indicando que a acidificação do ambiente foi um dos mecanismos de solubilização utilizados pela microbiota rizosférica in vitro. A atividade das fosfatases ácida e alcalina foi maior na rizosfera de plantas do topo, área com maior teor de matéria orgânica. Não foi observada correlação clara entre o potencial de solubilização de fosfato ou a atividade das fosfatases com o diâmetro médio à altura do peito das árvores do plantio. Este estudo demonstra o efeito da topografia no potencial de solubilização da microbiota do solo, que é influenciada positivamente pelo teor de matéria orgânica do solo.