Use of real-time PCR to evaluate two DNA extraction methods from food

The DNA extraction is a critical step in Genetically Modified Organisms analysis based on real-time PCR. In this study, the CTAB and DNeasy methods provided good quality and quantity of DNA from the texturized soy protein, infant formula, and soy milk samples. Concerning the Certified Reference Material consisting of 5% Roundup Ready® soybean, neither method yielded DNA of good quality. However, the dilution test applied in the CTAB extracts showed no interference of inhibitory substances. The PCR efficiencies of lectin target amplification were not statistically different, and the coefficients of correlation (R²) demonstrated high degree of correlation between the copy numbers and the threshold cycle (Ct) values. ANOVA showed suitable adjustment of the regression and absence of significant linear deviations. The efficiencies of the p35S amplification were not statistically different, and all R² values using DNeasy extracts were above 0.98 with no significant linear deviations. Two out of three R² values using CTAB extracts were lower than 0.98, corresponding to lower degree of correlation, and the lack-of-fit test showed significant linear deviation in one run. The comparative analysis of the Ct values for the p35S and lectin targets demonstrated no statistical significant differences between the analytical curves of each target.

Bioactive compounds and antioxidant activity in fruits of clone and ungrafted genotypes of yellow mombin tree

Yellow mombin is a fruit tree that grows spontaneously in the Semi-Arid Northeastern Brazil. Its fruits are still extractively exploited. The pulp of yellow mombin fruit stands out regarding the commercial aspect due to the characteristic flavor and aroma felt when consumed in diverse ways. This study aimed to evaluate the presence of bioactive compounds, total extractable polyphenols, and antioxidant activity of yellow mombin fruits (Spondias mombin, L.), from clone and ungrafted genotypes. The fruits were harvested at commercial maturity from twelve yellow mombin tree genotypes from an experimental orchard located at the municipality of Joao Pessoa, Paraíba, Brazil, and evaluated for chlorophyll, carotenoids, yellow flavonoids, total extractable polyphenols, and antioxidant activity, which was measured by the β-carotene/linoleic acid method. The antioxidant activity showed a percentage of inhibition of oxidation higher than 75% for all genotypes evaluated at the time of 120 minutes. The fruits from clone genotypes showed a higher percentage of antioxidant activity.

Enterotoxigenic potential of Staphylococcus aureus isolated from Artisan Minas cheese from the Serra da Canastra - MG, Brazil

This study aimed to evaluate the presence of enterotoxigenic S. aureus in the endogenous starter and in Artisan Minas cheeses from the Serra da Canastra. Sixteen samples of endogenous starters and cheese were collected during the rainy and dry seasons. The isolation and enumeration of S. aureus were performed using the PetrifilmTM-Rapid S. aureus Plate Count method. The presence of enterotoxin in the cheese samples was analyzed by the Optimal Sensitivity Plate (OSP) method and the ELFA-VIDAS®-Staph enterotoxin-II assay. S. aureus strains were tested for their ability to produce enterotoxins using the Optimal Sensitivity Plate (OSP) method and the polymerase chain reaction (PCR) assay for the classical enterotoxin genes. The Optimal Sensitivity Plate (OSP) method data showed that staphylococcal enterotoxin A (SEA) was detected in 75% of the cheese samples, but no toxin was detected with the ELFA-VIDAS method. It was found that 12.5% of the isolated strains produced staphylococcal enterotoxin A (SEA) and staphylococcal enterotoxin C (SEC). When using the the polymerase chain reaction (PCR) assay, only one isolate was found to harbor an enterotoxin gene, contrary our expectations. However, discrepancies between the immunological and molecular assays are not uncommon. Despite the fact that most isolates did not produce classical enterotoxins, high S. aureus counts in the cheese samples causes concern since there is a risk of the presence of non-classical enterotoxins.

Characterization of spoilage bacteria in pork sausage by PCR-DGGE analysis

To investigate microbial diversity and identify spoilage bacteria in fresh pork sausages during storage, twelve industrial pork sausages of different trademarks were stored at 4 ºC for 0, 14, 28 and 42 days, 80% relative humidity and packaged in sterile plastic bags. Microbiological analysis was performed. The pH and water activity (a w) were measured. The culture-independent method performed was the Polymerase Chain Reaction - Denaturing Gradient Gel Electrophoresis (PCR-DGGE). The culture-dependent method showed that the populations of mesophilic bacteria and Lactic Acid Bacteria (LAB) increased linearly over storage time. At the end of the storage time, the average population of microorganisms was detected, in general, at the level of 5 log cfu g-1. A significant (P < 0.005) increase was observed in pH and a w values at the end of the storage time. The PCR-DGGE allowed a rapid identification of dominant communities present in sausages. PCR-DGGE discriminated 15 species and seven genera of bacteria that frequently constitute the microbiota in sausage products. The most frequent spoilage bacteria identified in the sausages were Lactobacillus sakei and Brochothrix thermosphacta. The identification of dominant communities present in fresh pork sausages can help in the choice of the most effective preservation method for extending the product shelf-life.

Sensibility of the PCR technique in the detection of Stenocarpella sp. associated with maize seeds

Maize seeds, infected by Stenocarpella species, are important sources of inoculum for the introduction and dissemination of stalk and ear rot and macrospore leaf spot diseases. The use of healthy seeds is an important strategy for the preventive control of these diseases. However, one of the difficulties in the health quality control programs for maize seeds is the availability of a reliable and quick method for detecting these fungi during routine seed analyses. Therefore, the objective of the present study was to investigate the possibility of using the PCR technique as an alternative method for accurately detecting these pathogens in maize seed samples. Maize seeds were kept in contact with S. maydis colonie developed in PDA media containing mannitol at -1.4 MPa for 72 h. The seed samples used in this study were prepared with infected seeds at incidences of 100, 20, 10, 2, 1 and zero %.The primers used were able to detect S. maydis fungi in association with seeds with a maximum of 2% , however those primers were not able to differentiate between the two species.

Aikaerotteisesti fluoresenssia mittaavan reaaliaikaisen PCR-laitteen kehitys

Kvantitatiivinen reaaliaikainen polymeraasiketjureaktio (engl. polymerase chain reaction, PCR) on osoittautunut käyttäjäystävällisimmäksi menetelmäksi nukleiinihapposekvenssien kvantitoimisessa. Tätä menetelmää voidaan herkistää pienempien DNA-pitoisuuksien havaitsemiseen käyttämällä hyväksi aikaerotteista fluorometriaa (engl. time-resolved fluorometry, TRF) ja luminoivia lantanidileimoja, joiden fluoresenssin pitkän eliniän ansiosta emission mittaus voidaan suorittaa vasta hetki virittävän valopulssin jälkeen, jolloin lyhytikäinen taustasäteily ehtii sammua. Tuloksena saadaan korkea signaali-taustasuhde. Tämän diplomityön tarkoituksena oli rakentaa TRF:än pystyvä reaaliaikainen PCR-laite, sillä tällaista laitetta ei ole markkinoilla tarjolla. Laite rakennettiin kehittämällä lämpökierrätin ja yhdistämällä se valmiiseen TRF:än kykenevään mittapäähän. Mittapään ja lämpökierrättimen hallitsemiseksi kehitettiin myös tietokoneohjelma. Valon tuottamiseksi ja mittaamiseksi haluttiin käyttää edullisia komponentteja, joten työssä käytettiin valmiin mittapään optiikkaa, jossa viritys tapahtuu hohtodiodilla (engl. light-emitting diode, LED) ja lantanidileiman emission mittaus fotodiodilla (engl. photodiode, PD) tai valomonistinputkella (engl. photomultiplier tube, PMT). Myös mittapään suorituskykyä tutkittiin. Työtä varten kehitettiin lämpökierrätin, joka koostui Peltier-elementillä lämmitettävästä PCR-putkitelineestä ja lämpökannesta. Mittalaitteen suorituskyvyn tutkimiseen käytettiin kelaattikomplementaatioon perustuvaa PCR-tuotteen havaitsemismenetelmää. Kelaattikomplementaatio perustuu kahteen erilliseen oligonukleotidimolekyyliin, joista toiseen on sidottu lantanidi-ioni ja toiseen valoa absorboiva ligandirakenne, jotka yhdessä muodostavat fluoresoivan kokonaisuuden. Kehitetyn lämpökierrättimen todettiin olevan tarpeeksi tarkka sekä tehokas ja sen lämmitys- ja jäähdytysnopeuden maksimeiksi saatiin 2,6 °C/sekunti. Detektorina käytetyn PD:n ei todettu olevan tarpeeksi herkkä emission havainnoimiseksi ja se korvattiin laitteessa PMT:llä. Käytetyllä PCR-määrityksellä kynnyssykleiksi (engl. threshold cycle, Ct) sekä kehitetylle että referenssilaitteelle saatiin 28,4 käyttämällä samaa 100 000 kopion DNA:n aloitusmäärää. Työssä osoitettiin, että on mahdollista kehittää edullisia komponentteja käyttävä, TRF:än pystyvä, reaaliaikainen PCR-laite, joka kykenee vastaavaan Ct-arvoon kuin vertailulaite. PD:n herkkyys ei kuitenkaan riittänyt. Tulokset olivat lupaavia, sillä LED- ja PD-teknologiat kehittyvät ja markkinoille on tullut myös muita komponentteja, joiden avulla on tulevaisuudessa mahdollista kehittää vielä herkempi laite.

Isolation of DNA sequences with homology to a degenerate FaRP oligonucleotide from the crayfish Procambarus clarkii

The neuropeptide Th1RFamide with the sequence Phe-Met-Arg-Phe-amide was originally isolated in the clam Macrocallista nimbosa (price and Greenberg, 1977). Since its discovery, a large family ofFl\1RFamide-related peptides termed FaRPs have been found to be present in all major animal phyla with functions ranging from modulation of neuronal activity to alteration of muscular contractions. However, little is known about the genetics encoding these peptides, especially in invertebrates. As FaRP-encoding genes have yet to be investigated in the invertebrate Malacostracean subphylum, the isolation and characterization ofFaRP-encoding DNA and mRNA was pursued in this project. The immediate aims of this thesis were: (1) to amplify mRNA sequences of Procambarus clarkii using a degenerate oligonucleotide primer deduced from the common amino acid sequence ofisolated Procambarus FaRPS, (2) to determine if these amplification products encode FaRP gene sequences, and (3) to create a selective cDNA library of sequences recognized by the degenerate oligonucleotide primer. The polymerase chain reaction - rapid amplification of cDNA ends (PCR-RACE) is a procedure in which a single gene-specific primer is used in conjunction with a generalized 3' or 5' primer to amplify copies ofthe region between a single point in the transcript and the 3' or 5' end of cDNA of interest (Frohman et aI., 1988). PCRRACE reactions were optimized with respect to primers used, buffer composition, cycle number, nature ofgenetic substrate to be amplified, annealing, extension and denaturation temperatures and times, and use of reamplification procedures. Amplification products were cloned into plasmid vectors and recombinant products were isolated, as were the recombinant plaques formed in the selective cDNA library. Labeled amplification products were hybridized to recombinant bacteriophage to determine ligated amplification product presence. When sequenced, the five isolated PCR-RACE amplification products were determined not to possess FaRP-encoding sequences. The 200bp, 450bp, and 1500bp sequences showed homology to the Caenorhabditis elegans cosmid K09A11, which encodes for cytochrome P450; transfer-RNA; transposase; and tRNA-Tyr, while the 500bp and 750bp sequences showed homology with the complete genome of the Vaccinia virus. Under the employed amplification conditions the degenerate oligonucleotide primer was observed to bind to and to amplify sequences with either 9 or 10bp of 17bp identity. The selective cDNA library was obselVed to be of extremely low titre. When library titre was increased, white. plaques were isolated. Amplification analysis of eight isolated Agt11 sequences from these plaques indicated an absence of an insertion sequence. The degenerate 17 base oligonucleotide primer synthesized from the common amino acid sequence ofisolated Procambarus FaRPs was thus determined to be non-specific in its binding under the conditions required for its use, and to be insufficient for the isolation and identification ofFaRP-encoding sequences. A more specific primer oflonger sequence, lower degeneracy, and higher melting temperature (TJ is recommended for further investigation into the FaRP-encoding genes of Procambarlls clarkii.

Isolation and analysis of a corprinus cinereus DNA fragment showing homology to a fimbrial cDNA from ustilago violacea

Surface proteinaceous fibrils, termed fimbriae, were first identified on gram negative bacteria in the 1940s. Fungal fimbriae, discovered some 25 years later, are found on members of all fungal classes. In the present study, polyclonal antiserum raised against the fimbrial proteins of U. vio/acea were used in order to identify antigenically related proteins from Coprinus cinereus and Schizophy//um commune. Two polypeptides with molecular masses of 37 and 39 kDa from C. cinereus were observed and confirm earlier results. A single previously unidentified 50 kDa polypeptide in S. commune crossreacted with the antiserum. The 50 kDa protein was found to consist of 3 isoforms with isoelectric points ranging from 5.6 to 5.8. A fimbrial cDNA derived from U. vio/acea was used to identify DNA restriction fragments from C. cinereus and S. commune showing homology to the fimbrial transcript of U. vio/acea. Heterologous hybridization with this cDNA was used in order to screen a C. cinereus genomic DNA library. A single clone, A2-3A, with a 14 kbp insert showed strong homology to the pfim3-1 cDNA. The region of homology, a 700 bp Xba I fragment, was subcloned into pUG19. This plasmid was refered to as pXX8. DNA sequence determinations of pXX8 and adjacent fragments from A2-3A suggested that the cloned DNA was a portion of the rONA repeat encoding the small subunit rRNA. DNA sequence analysis of pfim3-1 yielded an incomplete open reading frame. The predicted amino acid sequence codes for a 206 amino acid, 22 kDa polypeptide which contains a domain similar to a transmembrane domain from rat leukocyte antigen, GDS3. As well, an untranslated 576 nucleotide domain showed 81 % homology to pXX8 and 830/0 homology to the 188 rRNA sequence of Ustilago maydis. This sequence was found adjacent to a region of adenine-thymine base pairs presumed to represent the polyadenylation sequence of the fimbrial transcript. The size and extent of homology is sufficient to account for the hybridization of pfim3-1 to rDNA. It is suggested that this domain represents a completely novel regulatory domain within eukaryotes that may enable the observed rapid regeneration of fimbriae in U. violacea.

Biochemical and molecular investigations on Salmonella serovars from seafood

The present investigation was envisaged to determine the prevalence and identify the different Salmonella serovar in seafood from Cochin area. Though, the distribution of Salmonella serovars in different seafood samples of Cochin has been well documented, the present attempt was made to identify the different Salmonella serovars and determine its prevalence in various seafoods. First pan of this investigation involved the isolation and identification of Salmonella strains with the help of different conventional culture methods. The identified isolates were used for the further investigation i.e. serotyping, this provides the information about the prevalent serovars in seafood. The prevalent Salmonella strains have been further characterized based on the utilization of different sugars and amino acids, to identify the different biovar of a serovar.A major research gap was observed in molecular characterization of Salmonella in seafood. Though, previous investigations reported the large number of Salmonella serovars from food sources in India, yet, very few work has been reported regarding genetic characterization of Salmonella serovars associated with food. Second part of this thesis deals with different molecular fingerprint profiles of the Salmonella serovars from seafood. Various molecular typing methods such as plasmid profiling, characterization of virulence genes, PFGE, PCR- ribotyping, and ERIC—PCR have been used for the genetic characterization of Salmonella serovars.The conventional culture methods are mainly used for the identification of Salmonella in seafood and most of the investigations from India and abroad showed the usage of culture method for detection of Salmonella in seafood. Hence, development of indigenous, rapid molecular method is most desirable for screening of Salmonella in large number of seafood samples at a shorter time period. Final part of this study attempted to develop alternative, rapid molecular detection method for the detection of Salmonella in seafood. Rapid eight—hour PCR assay has been developed for detection of Salmonella in seafood. The performance of three different methods viz., culture, ELISA and PCR assays were evaluated for detection of Salmonella in seafood and the results were statistically analyzed. Presence of Salmonella cells in food and enviromnental has been reported low in number, hence, more sensitive method for enumeration of Salmonella in food sample need to be developed. A quantitative realtime PCR has been developed for detection of Salmonella in seafood. This method would be useful for quantitative detection of Salmonella in seafood.

Studies on isolation, purification and properties of Endoglucanase from the hepatopancreas of Perna viridis

In the attempt to find out catalytic potency and properties of the endoglucanase of green mussel, it could be highlighted that the enzyme is efficient in degrading carboxymethylcellulose to reducing sugars. The immobilized enzyme will find applications in the food industry, paper and pulp industry, wood preservation, alcohol and pharmaceutical industry.The purification method employed i.e. Sephadex G100 chromatography employing affinity and exclusion principles simplify the purification procedure.Addition of Mg2+ and Co2+ at 10mM concentrations enhances endoglucanase activity of green mussel.The immobilized endoglucanase can be used for deinking mixed office waste paper. The endoglucanase if supplemented with exoglucanase and B-glucosidase under appropriate conditions would help in the recycling of paper.

Asociación entre PCR y riesgo cardiovascular en una cohorte de mujeres que asisten al programa salud de la mujer en la Fundación Cardioinfantil

La proteína C reactiva ultrasensible es un biomarcador de inflamación vascular más estudiado y validado hasta la fecha. En el presente estudio se determino la correlación entre la PCR y el riesgo cardiovascular estratificado mediante la escala europea y el método de farmingham, en pacientes incluidas desde septiembre de 2007 hasta septiembre de 2011. Objetivo: establecer el grado de correlación entre los niveles de PCR ultrasensible y el grado de riesgo cardiovascular. Resultados: se incluyeron un total (N=299) mujeres mayores de 18 años, con promedio de edad de 48 años; según los niveles de PCR (89%) N= 269 tenían riesgo cardiovascular bajo. Con la estratificación de riesgo según la escala europea solo un (0.66%) N=2 se catalogaban como alto riesgo cardiovascular, implementando la escala de framingham un (74%) N=222 estaban en bajo riesgo. Predominando el riesgo cardiovascular bajo y datos de PCR en riesgo bajo. Encontramos muy débil correlación positiva entre los niveles de PCR y el riesgo cardiovascular calculado por el método de framingham para las pacientes (correlación de Pearson 0.323 con significancia estadística de 0,01) Finalmente encontramos una correlación inversa entre los niveles de PCR y HDL en la muestra estudiada estadísticamente significativa. Discusión: En la población estudiada existe una alta prevalencia de factores de riesgo cardiovasculares, destacamos la utilidad del método de framingham para discriminar riesgo cardiovascular en comparación con la escala europea. Además en el presente estudio, se destacan las correlaciones de la PCR con el perfil lipídico. Finalmente encontramos un correlación inversa entre los niveles de PCR y HDL en la muestra estudiada estadísticamente significativa, con lo cual podemos concluir posible utilidad tanto para el diagnostico y alternativa de estratificación en riesgo cardiovascular en nuestra población.

Polimorfismos del gen Butirilcolinesterasa responsables de reacciones adversas en pacientes consumidores de “cocaína”

La butirilcolinesterasa humana (BChE; EC 3.1.1.8) es una enzima polimórfica sintetizada en el hígado y en el tejido adiposo, ampliamente distribuida en el organismo y encargada de hidrolizar algunos ésteres de colina como la procaína, ésteres alifáticos como el ácido acetilsalicílico, fármacos como la metilprednisolona, el mivacurium y la succinilcolina y drogas de uso y/o abuso como la heroína y la cocaína. Es codificada por el gen BCHE (OMIM 177400), habiéndose identificado más de 100 variantes, algunas no estudiadas plenamente, además de la forma más frecuente, llamada usual o silvestre. Diferentes polimorfismos del gen BCHE se han relacionado con la síntesis de enzimas con niveles variados de actividad catalítica. Las bases moleculares de algunas de esas variantes genéticas han sido reportadas, entre las que se encuentra las variantes Atípica (A), fluoruro-resistente del tipo 1 y 2 (F-1 y F-2), silente (S), Kalow (K), James (J) y Hammersmith (H). En este estudio, en un grupo de pacientes se aplicó el instrumento validado Lifetime Severity Index for Cocaine Use Disorder (LSI-C) para evaluar la gravedad del consumo de “cocaína” a lo largo de la vida. Además, se determinaron Polimorfismos de Nucleótido Simple (SNPs) en el gen BCHE conocidos como responsables de reacciones adversas en pacientes consumidores de “cocaína” mediante secuenciación del gen y se predijo el efecto delos SNPs sobre la función y la estructura de la proteína, mediante el uso de herramientas bio-informáticas. El instrumento LSI-C ofreció resultados en cuatro dimensiones: consumo a lo largo de la vida, consumo reciente, dependencia psicológica e intento de abandono del consumo. Los estudios de análisis molecular permitieron observar dos SNPs codificantes (cSNPs) no sinónimos en el 27.3% de la muestra, c.293A>G (p.Asp98Gly) y c.1699G>A (p.Ala567Thr), localizados en los exones 2 y 4, que corresponden, desde el punto de vista funcional, a la variante Atípica (A) [dbSNP: rs1799807] y a la variante Kalow (K) [dbSNP: rs1803274] de la enzima BChE, respectivamente. Los estudios de predicción In silico establecieron para el SNP p.Asp98Gly un carácter patogénico, mientras que para el SNP p.Ala567Thr, mostraron un comportamiento neutro. El análisis de los resultados permite proponer la existencia de una relación entre polimorfismos o variantes genéticas responsables de una baja actividad catalítica y/o baja concentración plasmática de la enzima BChE y algunas de las reacciones adversas ocurridas en pacientes consumidores de cocaína.

Eficacia del diagnóstico prenatal no invasivo por células fetales libres en sangre materna 1990-2014. Revisión sistemática

ANTECEDENTES: El aislamiento de células fetales libres o ADN fetal en sangre materna abre una ventana de posibilidades diagnósticas no invasivas para patologías monogénicas y cromosómicas, además de permitir la identificación del sexo y del RH fetal. Actualmente existen múltiples estudios que evalúan la eficacia de estos métodos, mostrando resultados costo-efectivos y de menor riesgo que el estándar de oro. Este trabajo describe la evidencia encontrada acerca del diagnóstico prenatal no invasivo luego de realizar una revisión sistemática de la literatura. OBJETIVOS: El objetivo de este estudio fue reunir la evidencia que cumpla con los criterios de búsqueda, en el tema del diagnóstico fetal no invasivo por células fetales libres en sangre materna para determinar su utilidad diagnóstica.  MÉTODOS: Se realizó una revisión sistemática de la literatura con el fin de determinar si el diagnóstico prenatal no invasivo por células fetales libres en sangre materna es efectivo como método de diagnóstico.  RESULTADOS: Se encontraron 5,893 artículos que cumplían con los criterios de búsqueda; 67 cumplieron los criterios de inclusión: 49.3% (33/67) correspondieron a estudios de corte transversal, 38,8% (26/67) a estudios de cohortes y el 11.9% (8/67) a estudios casos y controles. Se obtuvieron resultados de sensibilidad, especificidad y tipo de prueba. CONCLUSIÓN: En la presente revisión sistemática, se evidencia como el diagnóstico prenatal no invasivo es una técnica feasible, reproducible y sensible para el diagnóstico fetal, evitando el riesgo de un diagnóstico invasivo.

Alteraciones en el material genético de pintores de carros expuestos a solventes orgánicos en una localidad de Bogotá

Los solventes orgánicos son sustancias químicas que por sus propiedades físico-químicas son fácilmente inhalados o absorbidos por la piel, pueden causar daños de diversa índole en la salud. En Colombia existen normas que contemplan las medidas de protección, sin embargo persiste la informalidad en el sector de pintores de autos, por lo cual los trabajadores expuestos, a largo plazo pueden ver afectada su salud. En este estudio se analizó la relación entre individuos expuestos laboralmente a los solventes orgánicos versus no expuestos con respecto a la longitud de sus telómeros y formación de fragilidades. Se emplearon muestras de sangre extraídas por venopunción, recolectada en dos tubos: uno con Heparina, destinado al cultivo de linfocitos, para obtener cromosomas metafásicos y evaluar en ellos la presencia de fragilidades; el otro tubo con EDTA, fue empleado para la extracción de ADN y se utilizó para obtener los valores de longitud telomérica mediante la técnica de PCR cuantitativa. Los análisis estadísticos se realizaron aplicando la prueba de rangos de Wilcoxon, en el caso de la presencia de fragilidades se analizó la razón No.Fragilidades/No.Metafases, aplicando el método de Wilcoxon se encontró que existe diferencia estadísticamente significativa entre expuestos y no expuestos (p = 0,036), en donde los expuestos presentan mayor frecuencia de fragilidades. Por otra parte el valor relativo de longitud telomérica del grupo de expuestos fue mayor que el observado en el grupo de no expuestos, esta diferencia fue estadísticamente significativa (Wilcoxon, p = 0.002).

Anàlisi polifàsica de soques de "Pseudomonas fluorescens" potencials agents de biocontrol de malalties de fruiters

Molts bacteris del grup fluorescent del gènere Pseudomonas són capaços de controlar malalties de les plantes causades per fongs i bacteris fitopatògens (ACBs) o mostren activitat com a bacteris promotors del creixement de les plantes (BPCPs). S'han descrit diversos metabòlits que intervenen de manera important en la seva activitat com a ACBs i BPCPs entre els quals en destaquen el 2,4-diacetilfloroglucinol (Phl), àcid fenazin-1-carboxílic (PCA), Pirrolnitrina (Prn), àcid cianhídric (HCN), àcid 3-indolacètic (IAA), sideròfors i quitinases. L'objectiu principal del nostre treball ha estat la comparació de les característiques d'un grup de Pseudomonas del grup fluorescent utilitzant una aproximació polifàsica amb la finalitat d'establir possibles relacions entre algunes de les característiques i la capacitat d'actuar com a ACB o BPCP. Atesa la importància en el biocontrol de la producció de metabòlits com Phl, PCA i Prn, l'objectiu preliminar ha estat la recerca i obtenció de soques productores d'aquests metabòlits. Per assolir aquest objectiu s'ha emprat una aproximació molecular basada en la detecció dels gens biosintètics implicats en la seva producció en lloc de la detecció directa dels metabòlits per evitar els efectes que poden tenir les condicions de cultiu en la inducció o repressió de la seva síntesi. S'han realitzat diferents protocols basats (i) en la cerca assistida de productors mitjançant l'ús de marcadors fenotípics i posterior confirmació per PCR i, (ii) en l'ús de la PCR per a la detecció dels gens directament dels extractes bacterians, d'enriquiments d'aquests extractes i la realització de la hibridació en colònies per al posterior aïllament. La cerca assistida de productors de Phl mitjançant marcadors fenotípics i posteriorment la utilització de tècniques moleculars (amplificació per PCR del gen phlD), ha estat el millor mètode en el tipus de mostres processades en el nostre treball, on la proporció de productors és relativament baixa. En total s'han aïllat a partir de diversos ambients 4 soques portadores dels gens de la síntesi de PCA, 15 de Phl i 1 de Prn. S'ha constituït una col·lecció de 72 soques de Pseudomonas del grup fluorescent que inclou 18 aïllats propis portadors dels gens biosintètics necessaris per la producció de Phl PCA i Prn; 6 soques de referència procedents de col·leccions de cultius tipus, 14 soques productores dels diferents antibiòtics cedides per altres investigadors i una selecció de 34 soques procedents d'un treball previ realitzat en el nostre grup de recerca. A la col·lecció s'hi troben soques candidates a ACB i BPCP de diverses malalties i plantes. Les 72 soques s'han caracteritzat fenotípica i genotípicament. La caracterització fenotípica s'ha portat a terme mitjançant la identificació a nivell d'espècie amb galeries API 20NE i proves bioquímiques específiques; la producció de metabòlits com PCA, Phl, Prn, IAA, HCN, quitinases i sideròfors mitjançant l'ús de diferents tècniques; antagonisme in vitro en diversos medis enfront dos fongs (Stemphylium vesicarium i Penicillium expansum) i tres bacteris fitopatògens (Erwinia amylovora, Pseudomonas syringae pv. syringae i Xanthomonas arboricola pv. juglandis); l'eficàcia de la inhibició de la infecció en bioassaigs in vivo sobre material vegetal enfront els fongs P. expansum en poma i S. vesicarium en fulles de perera i enfront el bacteri E. amylovora en fruits immadurs de perera i, finalment, en assaigs de promoció de creixement en dos portaempelts comercials de Prunus. Cal destacar que P. expansum causa la podridura blava en pomes i peres en postcollita, S. vesicarium la taca bruna de la perera i E. amylovora el foc bacterià de les rosàcies. El nombre de soques de Pseudomonas, sobre el total de les 72 estudiades, productores d'IAA (4) i quitinases (6) és baix, mentre que és elevat en el cas del HCN (32), que a més està associat a la producció de Phl. Els resultats obtinguts en l'antagonisme in vitro han mostrat en el cas dels bacteris que és dependent del patogen indicador i del medi de cultiu. La presència o absència de ferro no sembla ser un factor que potencií l'antagonisme. En el cas dels fongs no s'ha observat però, influència del medi de cultiu emprat. En el total de 72 soques s'ha observat un percentatge baix de soques que manifesten antagonisme en tots els medis assajats vers 3 o 4 dels patògens (7). Solament 2 d'aquestes 7 soques han mostrat ser també efectives en bioassaigs d'inhibició de les infeccions causades per 2 dels 3 patògens assajats. Algunes de les soques efectives en els bioassaigs no són antagonistes in vitro en cap dels medis assajats enfront el mateix patogen. En el cas de la promoció del creixement, s'han observat més soques promotores del creixement del portaempelts de prunera Marianna 2624 que no en l'híbrid de presseguer-ametller GF677 i les eficàcies assolides són també majors en el cas de Marianna 2624, detectant una elevada especificitat soca/portaempelts La caracterització genotípica s'ha realitzat mitjançant l'anàlisi dels polimorfismes en la longitud dels fragments de restricció de DNA ribosomal (RFLP-rDNA) i l'anàlisi dels polimorfismes en la longitud dels fragments de macrorestricció genòmica de DNA cromosòmic separats per electroforesi en camp polsant (MRFLP-PFGE). Ambdues anàlisis van mostrar una gran heterogeneïtat genètica entre les soques caracteritzades i no s'ha pogut relacionar les agrupacions obtingudes amb les característiques fenotípiques o capacitat d'actuar com a ACB o BPCP. Els patrons de macrorestricció genòmica (MRFLP-PFGE) del bacteri model P. fluorescens EPS288 són estables en el temps i independents de les condicions de cultiu assajades al laboratori o en mostres naturals, mostrant ser una tècnica eficaç en la identificació de reaïllats de mostres naturals inoculades prèviament amb el bacteri. Una selecció de soques que comparteixen el fet de produir floroglucinol s'han caracteritzat mitjançant RFLP i seqüenciació del gen phlD. S'ha establert una relació entre les agrupacions obtingudes en les anàlisis RFLP-rDNA, RFLP-phlD i les seqüències del gen. En l'anàlisi filogenètica de les seqüències del gen phlD s'ha observat un elevat grau de polimorfisme obtenint-se 3 agrupacions principals. Les agrupacions semblen relacionar-se amb els patrons de producció de metabòlits (Phl, HCN i Prn en una primera agrupació; Phl i HCN en la segona i solament Phl en la tercera), però aquestes no s'han pogut relacionar amb l'origen geogràfic de les soques o la seva activitat com a ACBs i/o BPCP. Amb les dades obtingudes de la caracterització fenotípica i genotípica s'ha realitzat una anàlisi multivariant (correspondències, correlacions d'Spearman i de freqüències amb variables categòriques). S'ha demostrat la importància de disposar d'una tècnica que permeti depurar una col·lecció de soques descartant les soques genèticament idèntiques, ja que influeixen en els resultats de les anàlisis. Pels tres patògens assajats com a indicadors i els dos portaempelts emprats, no s'ha observat cap correlació entre la inhibició de la infecció o la promoció del creixement amb les característiques fenotípiques i genotípiques de les soques que fos significatiu i consistent en les tres tècniques emprades.