Effect of prebiotics on the fecal microbiota of elderly volunteers after dietary supplementation of Bacillus coagulans GBI-30, 6086

In advancing age, gut populations of beneficial microbes, notably Bifidobacterium spp., show a marked decline. This contributes to an environment less capable of maintaining homoeostasis. This in vitro investigation studied the possible synergistic effects of probiotic supplementation in modulating the gut microbiota enabling prebiotic therapy to in elderly persons. Single stage batch culture anaerobic fermenters were used and inoculated with fecal microbiota obtained from volunteers after taking a 28 day treatment of Bacillus coagulans GBI-30, 6086 (GanedenBC30 (BC30)) or a placebo. The response to prebiotic supplements fructooligosaccharides (FOS) and galactooligosaccharides (GOS) in the fermenters was assessed. Bacterial enumeration was carried out using fluorescent in situ hybridisation and organic acids measured by gas chromatography. Baseline populations of Faecalibacterium prausnitzii, Clostridium lituseburense and Bacillus spp. were significantly higher in those having consumed BC30 compared to the placebo. Both prebiotics increased populations of several purportedly beneficial bacterial groups in both sets of volunteers. Samples from volunteers having ingested the BC30 also increased populations of C. lituseburense, Eubacterium rectale and F. prausnitzii more so than in persons who had consumed the placebo, this also resulted in significantly higher concentrations of butyrate, acetate and propionate. This shows that consumption of BC30 and subsequent use of prebiotics resulted in elevated populations of beneficial genres of bacteria as well as organic acid production

Managing maize under pest species competition: is Bt (Bacillus thuringiensis) maize the solution?

Transgenic crops that contain Cry genes from Bacillus thuringiensis (Bt) have been adopted by farmers over the last 17 years. Unlike traditional broad spectrum chemical insecticides, Bt's toxicity spectrum is relatively narrow and selective, which may indirectly benefit secondary insects that may become important pests. The economic damage caused by the rise of secondary pests could offset some or all of the benefits associated with the use of Bt varieties. We develop a bioeconomic model to analyze the interactions between primary and secondary insect populations and the impact of different management options on insecticide use and economic impact over time. Results indicate that some of the benefits associated with the adoption of genetically engineered insect resistant crops may be eroded when taking into account ecological dynamics. It is suggested that secondary pests could easily become key insect pests requiring additional measures - such as insecticide applications or stacked traits – to keep their populations under the economic threshold.

Boosting systemic and secreted antibody responses in mice orally immunized with recombinant Bacillus subtilis strains following parenteral priming with a DNA vaccine encoding the enterotoxigenic Escherichia coli (ETEC) CFA/I fimbriae B subunit

Recombinant Bacillus subtilis strains, either spores or vegetative cells, may be employed as safe and low cost orally delivered live vaccine vehicles. In this study, we report the use of an orally delivered B. subtilis vaccine strain to boost systemic and secreted antibody responses in mice i.m. primed with a DNA vaccine encoding the structural subunit (CfaB) of the CFA/I fimbriae encoded by enterotoxigenic Escherichia coli (ETEC), an important etiological agent of diarrhea among travelers and children living in endemic regions. DBA/2 female mice submitted to the prime-boost immunization regimen developed synergic serum (IgG) and mucosal (IgA) antibody responses to the target CfaB antigen. Moreover, in contrast to mice immunized only with one vaccine formulation, sera harvested from prime-boosted vaccinated individuals inhibited adhesion of ETEC cells to human red blood cells. Additionally, vaccinated dams conferred full passive protection to suckling newborn mice challenged with a virulent ETEC strain. Taken together the present results further demonstrate the potential use of recombinant B. subtilis strains as an alternative live vaccine vehicle. (C) 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Role of CcpA in Polyhydroxybutyrate Biosynthesis in a Newly Isolated Bacillus sp MA3.3

The ccpA gene was inactivated in the polyhydroxybutyrate (PHB)-producing strain Bacillus sp. MA3.3 in order to reduce glucose catabolite repression over pentoses and develop improved bacterial strains for the production of PHB from lignocellulosic hydrolysates. Mutant Bacillus sp. MSL7 Delta CcpA are unable to grow on glucose and ammonia as sole carbon and nitrogen sources, respectively. Supplementation of glutamate as the nitrogen source or the substitution of the carbon source by xylose allowed the mutant to partially recover its growth performance. RT-PCR showed that CcpA stimulates the expression of the operon (gltAB), responsible for ammonia assimilation via glutamate in Bacillus sp. MA3.3. Moreover, it was demonstrated that the supplementation of xylose or glutamate was capable of stimulating gltAB operon expression independently of CcpA. In PHB production experiments in mineral media, it has been observed that the glucose catabolite repression over the pentoses was partially released in MSL7. Although the carbohydrate consumption is faster in the ccpA mutant, the biomass and PHB biosynthesis are lower, even with supplementation of glutamate. This is attributed to an increase of acetyl-CoA flux towards the tricarboxylic acid cycle observed in the mutant. Copyright (C) 2011 S. Karger AG, Basel

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.

Purificação e caracterização da bacteriocina cereína 8A, produzida por uma linhagem de Bacillus cereus

Foi estudada uma bacteriocina produzida por uma linhagem de B. cereus 8A, isolado de solo da região Sul do Brasil. Na primeira etapa de estudo determinaram-se as condições básicas de produção de bacteriocina com amplo espectro de ação denominada de Cereína 8A. Observou-se que durante a fase estacionária ocorre o máximo da sua produção, iniciando sua síntese no final da fase exponencial. As condições de maior produção foram a 30º C, agitação e contínua e numa faixa de pH de 7,0-8,5. A bacteriocina bruta inibiu várias bactérias indicadoras, como Listeria monocytogenes, Clostridium perfringens e Bacillus cereus. O teste de termoestabilidade mostrou a perda de atividade quando submetida a uma temperatura a partir de 87º C. Verificou-se a resistência da bacteriocina bruta frente à tripsina e papaína, mas não frente à proteinase K e pronase E. B. cereus e L. monocytogenes foram utilizadas como bactérias indicadoras para a determinação do modo de ação, após a determinação da dose bactericida de 200 UA mL-1 e 400 UA mL-1 respectivamente. A Cereína 8A demonstrou uma ação inibidora em culturas de Escherichia coli e Salmonella Enteritidis, quando tratadas com EDTA. A atividade esporicida foi observada contra esporos de B. cereus após tratamento com 400 UA ml -1. A análise da biomassa de L. monocytogenes e B. cereus após tratamento com a Cereína 8A, através da espectrofotometria de infravermelho determinou alteração no perfil, correspondente à fração dos ácidos graxos da membrana celular bacteriana. A substância peptídica foi separada por meio da precipitação com sulfato de amônio, extração com 1-butanol e aplicação em coluna de cromatografia por troca iônica tipo Q-Sepharose. A Cereína 8A purificada mostrou maior sensibilidade a proteases e ao calor e um peso molecular de aproximadamente 26 kDa. O espectro ultravioleta foi típico de um polipeptídeo e o espectro de infravermelho indica presença de grupamentos NH, acil e ligações peptídicas na sua estrutura. Uma hipótese do mecanismo de ação seria a desestruturação da membrana celular pela abertura de poros.

Produção, caracterização, purificação parcial e aplicação de um peptídeo antimicrobiano produzido por Bacillus licheniformis P40

Uma bactéria identificada como Bacillus licheniformis P40 isolada de intestino de peixe (Leporinus sp.) da bacia amazônica foi estudada quanto à sua capacidade de produzir antimicrobianos. O sobrenadante da cultura obtido em caldo de cérebro e coração (BHI) foi caracterizado, sendo ativo contra importantes bactérias patogênicas e deteriorantes como L. monocytogenes, B. cereus, E. carotovora e isolados clínicos de Streptococcus. Este foi parcialmente purificado através de precipitação com sulfato de amônio e cromatografia de gel filtração e de troca iônica. Foram assim isoladas duas substâncias com atividade antimicrobiana, sendo uma delas de natureza protéica. Esta foi estável a altas temperaturas (100o C), numa ampla faixa de pH e mostrou propriedades de biosurfactante. O sobrenadante parcialmente purificado foi utilizado para o combate a um importante fitopatógeno: Erwinia carotovora. Uma dose de 6400 UA/mL foi bactericida para uma concentração de 107 UFC/mL em 20 minutos in vitro. A substância foi capaz de evitar a formação da podridão mole em batatas (in vivo). Foi estudada a produção da atividade antimicrobiana em resíduos e sub-produtos da indústria de alimentos, sendo escolhido o soro de queijo para otimizar a produção através de um experimento fatorial 23 variando as condições de temperatura, pH e concentração de soro de queijo em pó. As melhores condições foram para temperaturas entre 26 e 37o C e pH entre 6,5 e 7,5 para uma concentração de soro de 7%, sendo que aumentos na concentração levaram a aumentos na produção.

Estudos de atividade proteolítica de Bacillus cereus em biorreator

O presente trabalho teve como principal objetivo avaliar a produção de enzimas proteolíticas por Bacillus cereus. As fermentações foram conduzidas em Biorreator Biodesign, com aeração de 1vvm, temperatura de 37°C e agitação de 400 r.p.m. como parâmetros fixos. Dois meios diferentes foram utilizados, Meio Referência (MR) e Meio de Proteína de Soja PS60® (MPS1), em experimentos realizados com 24 horas. Para avaliação da produção de complexos enzimáticos, retirou-se amostras a intervalos de 3 horas para análise de valores de pH, densidade ótica e massa seca. A atividade proteolítica, concentração de proteína solúvel e açúcares redutores, contagem de células viáveis totais e esporos também foram investigadas. Os resultados demonstraram que ambos os meios propiciaram condições para o ótimo desenvolvimento do B. cereus. Os resultados também indicam que, embora os dois meios tenham apresentado um crescimento celular semelhante, o meio composto por proteína de soja propiciou a obtenção de um extrato bruto com atividade proteolítica mais elevada. Nas condições de fermentação empregadas, o meio MPS1 apresentou em 15 horas uma atividade enzimática de 18,7UmL-1.h-1.enquanto que o meio MR apresentou uma atividade proteolítica de 11,8 UmL-1.h-1.

Caracterização de um peptídeo antimicrobiano produzido por linhagem de Bacillus amyloliquefaciens isolada de solo

Em anos recentes, surgiram numerosos casos de intoxicação alimentar envolvendo patógenos emergentes. Estes casos levaram a um aumento da preocupação com a preservação dos alimentos minimamente processados e com a segurança alimentar. Este fato está induzindo a pesquisa por inibidores para estes patógenos e fatores para prolongar a vida de prateleira de produtos alimentícios. Entre as novas alternativas na preservação está a utilização de peptídeos antimicrobianos produzidos por bactérias. No presente trabalho uma bactéria identificada como Bacillus amyloliquefaciens LBM 5006 isolada de solos de mata Atlântica de Santa Catarina foi selecionada dentre outros microrganismos e sua capacidade de produzir antimicrobianos foi avaliada. O extrato bruto da cultura do isolado LBM 5006 foi caracterizado, sendo ativo contra importantes bactérias patogênicas e deteriorantes como Listeria monocytogenes, Bacillus cereus, Erwinia carotovora, Escherichia coli, dentre outras. Houve maior produção do antimicrobiano quando a bactéria foi propagada em caldo infusão de cérebro e coração (BHI) a 37o C durante 48 h. Após concentração, a atividade antimicrobiana resistiu ao tratamento com enzimas proteolíticas. A atividade antimicrobiana foi verificada em pHs ácidos, sendo inibida em pH 9 e 10. O extrato foi purificado por meio de cromatografia de gel filtração e extração com butanol. O teste qualitativo de ninidrina, juntamente com a espectroscopia de infravermelho e ultravioleta, feitos com a substância purificada revelou que o antimicrobiano possui natureza protéica. O antimicrobiano apresentou um efeito bacteriostático contra 106 UFC/mL de Listeria monocytogenes na concentração de 25 AU/ml.

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.