Effect of inulin as prebiotic and synbiotic interactions between probiotics to improve fermented milk firmness

Inulin behaved as a prebiotic to improve firmness of skim milk fermented by (a) pure cultures of Lactobacillus acidophilus (La), Lactobacillus rhamnosus (Lr), Lactobacillus bulgaricus (Lb) and Bifidobacterium lactis (Bl), (b) binary co-cultures of them with Streptococcus thermophilus (St), or (c) a cocktail containing all them. Inulin addition to co-cultures and cocktail enhanced products firmness, either after 1 day (D1) or 7 days (D7) of cold storage, likely due to the increase in microbial growth induced by metabolic interactions among lactic acid bacteria and partial inulin metabolization. Co-culture firmness did in fact range from 0.33 N without inulin (St-Lb) after D1 and 0.55 N with inulin (St-Lr) after D7. Also cocktail cultures exhibited high values of firmness, ranging, as an average, from 0.43 N (D1) to 0.46 N (D7), which suggests that they could have been potentiated by the reciprocal synergistic effects of microorganisms in complex mixture. (C) 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Host-symbiont interactions in the deep-sea vent mussel Bathymodiolus azoricus : a molecular approach

Tese de Doutoramento, Ciências do Mar, especialidade de Biologia Marinha, 19 de Dezembro de 2015, Universidade dos Açores.

Role of biotic interactions in generating and maintaining biodiversity

Dissertation presented to obtain the Ph.D degree in Biology.

Biofunctionalization of titanium surfaces for dental implants: osteogenic, anti-microbial and tribocorrosion resistant surfaces

PhD thesis in Biomedical Engineering

The relevance of bacterial interactions on oral health

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Biomédica (área de especialização em Engenharia Clínica)

Influence of oxygen conditions on bacterial interactions within biofilms related with cystic fibrosis

Dissertação de mestrado em Bioengineering

Microbial spoilage and quality of marinated dark, firm, dry meat

Estudi elaborat a partir d’una estada al Royal Veterinary and Agricultural University of Denmark entre els mesos de Març a Juny del 2006. S’ha investigat l’efecte dels envasats amb atmosferes modificades (MAP), així com la marinació amb vi tint, sobre l’evolució de la contaminació bacteriològica de carns fosques, dures i seques (DFD). Les carns DFD es troben a les canals d’animals que, abans del sacrifici, han estat exposades a activitats musculars prolongades o estrès. Les carns DFD impliquen importants pèrdues econòmiques degut a la contaminació bacteriològica i als problemes tecnològics relacionats amb la alta capacitat de retenció d’aigua. A més a més, és crític per la indústria investigar la diversitat de la contaminació bacteriana, identificar les espècies bacterianes i controlar-les. Però és difícil degut a la inhabilitat per detectar algunes bactèries en medis coneguts, les interaccions entre elles, la complexitat dels tipus de contaminació com són aigua, terra, femtes i l’ambient. La Polymerasa chain reaction- Denaturating Electrophoresis Gel (PCR-DGEE ) pot sobrepassar aquests problemes reflectint la diversitat microbial i les espècies bacterianes. Els resultants han indicat que la varietat bacteriana de la carn incrementava amb els dies d’envasat independentment del mètode d’envasat, però decreixia significativament amb el tractament de marinació amb vi tint. La DGEE ha mostrat diferències en les espècies trobades, indicant canvis en la contaminació bacteriana i les seves característiques en la carn DFD sota els diferents tractaments. Tot i que la marinació és una bona alternativa i solució a la comercialització de carn DFD , estudis de seqüenciació són necessaris per identificar les diferents tipus de bactèries.

Characterisation of microbial communities colonising the hyphal surfaces of arbuscular mycorrhizal fungi.

Arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) are symbiotic soil fungi that are intimately associated with the roots of the majority of land plants. They colonise the interior of the roots and the hyphae extend into the soil. It is well known that bacterial colonisation of the rhizosphere can be crucial for many pathogenic as well as symbiotic plant-microbe interactions. However, although bacteria colonising the extraradical AMF hyphae (the hyphosphere) might be equally important for AMF symbiosis, little is known regarding which bacterial species would colonise AMF hyphae. In this study, we investigated which bacterial communities might be associated with AMF hyphae. As bacterial-hyphal attachment is extremely difficult to study in situ, we designed a system to grow AMF hyphae of Glomus intraradices and Glomus proliferum and studied which bacteria separated from an agricultural soil specifically attach to the hyphae. Characterisation of attached and non-attached bacterial communities was performed using terminal restriction fragment length polymorphism and clone library sequencing of 16S ribosomal RNA (rRNA) gene fragments. For all experiments, the composition of hyphal attached bacterial communities was different from the non-attached communities, and was also different from bacterial communities that had attached to glass wool (a non-living substratum). Analysis of amplified 16S rRNA genes indicated that in particular bacteria from the family of Oxalobacteraceae were highly abundant on AMF hyphae, suggesting that they may have developed specific interactions with the fungi.

Comparative transcriptomics of rice reveals an ancient pattern of response to microbial colonization.

Glomalean fungi induce and colonize symbiotic tissue called arbuscular mycorrhiza on the roots of most land plants. Other fungi also colonize plants but cause disease not symbiosis. Whole-transcriptome analysis using a custom-designed Affymetrix Gene-Chip and confirmation with real-time RT-PCR revealed 224 genes affected during arbuscular mycorrhizal symbiosis. We compared these transcription profiles with those from rice roots that were colonized by pathogens (Magnaporthe grisea and Fusarium moniliforme). Over 40% of genes showed differential regulation caused by both the symbiotic and at least one of the pathogenic interactions. A set of genes was similarly expressed in all three associations, revealing a conserved response to fungal colonization. The responses that were shared between pathogen and symbiont infection may play a role in compatibility. Likewise, the responses that are different may cause disease. Some of the genes that respond to mycorrhizal colonization may be involved in the uptake of phosphate. Indeed, phosphate addition mimicked the effect of mycorrhiza on 8% of the tested genes. We found that 34% of the mycorrhiza-associated rice genes were also associated with mycorrhiza in dicots, revealing a conserved pattern of response between the two angiosperm classes.

Amoebae as a tool to isolate new bacterial species, to discover new virulence factors and to study the host-pathogen interactions.

Amoebae are unicellular protozoan present worldwide in several environments mainly feeding on bacteria. Some of them, the amoebae-resistant bacteria (ARBs), have evolved mechanisms to survive and replicate inside amoebal species. These mainly include legionella, mycobacteria and Chlamydia-related bacteria. Amoebae can provide a replicative niche, can act as reservoir for bacteria whereas the cystic form can protect the internalized bacteria. Moreover, the amoebae represent a Trojan horse for ARBs to infect animals. The long interaction between amoebae and bacteria has likely selected for bacterial virulence traits leading to the adaptation towards an intracellular lifestyle, and some ARBs have acquired the ability to infect mammals. This review intends to highlight the important uses of amoebae in several fields in microbiology by describing the main tools developed using amoebal cells. First, amoebae such as Acanthamoeba are used to isolate and discover new intracellular bacterial species by two main techniques: the amoebal co-culture and the amoebal enrichment. In the second part, taking Waddlia chondrophila as example, we summarize some important recent applications of amoebae to discover new bacterial virulence factors, in particular thanks to the amoebal plaque assay. Finally, the genetically tractable Dictyostelium discoideum is used as a model organism to study host-pathogen interactions, in particular with the development of several approaches to manipulate its genome that allowed the creation of a wide range of mutated strains largely shared within the Dictyostelium community.

Contribution of microbial and invertebrate communities to leaf litter colonization in a Mediterranean stream

Leaf litter inputs and retention play an important role in ecosystem functioning in forested streams. We examined colonization of leaves by microbes (bacteria, fungi, and protozoa) and fauna in Fuirosos, an intermittent forested Mediterranean stream. Black poplar (Populus nigra) and plane (Platanus acerifolia) leaf packs were placed in the stream for 4 mo. We measured the biomasses and calculated the densities of bacteria, fungi, protozoa, meiofauna, and macroinvertebrates to determine their dynamics and potential interactions throughout the colonization process. Colonization was strongly correlated with hydrological variability (defined mainly by water temperature and discharge). The 1st week of colonization was characterized by hydrological stability and warm water temperatures, and allocation of C from microbial to invertebrate compartments on the leaf packs was rapid. Clumps of fine particulate organic matter (FPOM) were retained by the leaf packs, and enhanced rapid colonization by microfauna and meiofaunal collector-gatherers (ostracods and copepods). After 2 wk, an autumnal flood caused a 20-fold increase in water flow. Higher discharge and lower water temperature caused FPOM-related fauna to drift away from the packs and modified the subsequent colonization sequence. Fungi showed the highest biomass, with similar values to those recorded at the beginning of the experiment. After 70 d of postflood colonization, fungi decreased to nearly 40% of the total C in the leaf packs, whereas invertebrates became more abundant and accounted for 60% of the C. Natural flood occurrence in Mediterranean streams could be a key factor in the colonization and processing of organic matter.

Tropical terrestrial model ecosystems for evaluation of soil fauna and leaf litter quality effects on litter consumption, soil microbial biomass and plant growth

The aim of this work was to evaluate whether terrestrial model ecosystems (TMEs) are a useful tool for the study of the effects of litter quality, soil invertebrates and mineral fertilizer on litter decomposition and plant growth under controlled conditions in the tropics. Forty-eight intact soil cores (17.5-cm diameter, 30-cm length) were taken out from an abandoned rubber plantation on Ferralsol soil (Latossolo Amarelo) in Central Amazonia, Brazil, and kept at 28ºC in the laboratory during four months. Leaf litter of either Hevea pauciflora (rubber tree), Flemingia macrophylla (a shrubby legume) or Brachiaria decumbens (a pasture grass) was put on top of each TME. Five specimens of either Pontoscolex corethrurus or Eisenia fetida (earthworms), Porcellionides pruinosus or Circoniscus ornatus (woodlice), and Trigoniulus corallinus (millipedes) were then added to the TMEs. Leaf litter type significantly affected litter consumption, soil microbial biomass and nitrate concentration in the leachate of all TMEs, but had no measurable effect on the shoot biomass of rice seedlings planted in top soil taken from the TMEs. Feeding rates measured with bait lamina were significantly higher in TMEs with the earthworm P. corethrurus and the woodlouse C. ornatus. TMEs are an appropriate tool to assess trophic interactions in tropical soil ecossistems under controlled laboratory conditions.

Early life host-microbe interactions : implications for the development of asthma

Plus de 300 millions de personnes dans le monde souffrent de l'asthme. L'asthme est une maladie inflammatoire chronique des voies respiratoires caractérisée par des symptômes variables et récurrents, une obstruction bronchique réversible et des bronchospasmes. Les symptômes communs incluent une respiration sifflante, de la toux, une oppression thoracique et de la dyspnée. Normalement, la maladie commence à se manifester pendant l'enfance. Pourtant, facteurs génétiques héréditaires et événements environnementaux survenant au cours de la petite enfance sont responsables de sa manifestation, indiquant que le développement de la maladie est lié à des événements qui se produisent bien avant son déclenchement. L'infection respiratoire virale aiguë constitue un de ces facteurs environnementaux jouant un rôle prépondérant. Un des virus les plus communs est le virus respiratoire syncytial (VRS), qui infecte presque tous les enfants avant l'âge de 2 ans. Ce virus, s'il infecte des tout-petits, peut en effet provoquer une bronchiolite aiguë, un phénomène qui a été épidémiologiquement lié à l'apparition d'asthme plus tard dans la vie. Dans le premier chapitre de cette thèse, nous avons étudié, chez la souris, comment une infection avec le VRS influe sur l'asthme allergique. Nous avons constaté que seule l'infection des souris à l'état de nouveau-né prédispose à un asthme allergique plus sévère chez l'adulte. En effet, si des souris adultes étaient infectées, elles étaient protégées contre l'apparition des symptômes asthmatiques. Cela nous a mené à investiguer les mécanismes immunitaires spécifiques durant cette courte période du début de la vie. Deux événements se produisent en parallèle au cours de la petite enfance: (1) Le système immunitaire, qui est encore immature immédiatement après la naissance, commence à se développer pour être en mesure de jouer son rôle protecteur contre les agents infectieux. (2) Le corps, y compris les poumons, est colonisé par des bactéries commensales, qui vivent en symbiose avec leur hôte humain. Chez l'adulte, ces bactéries sont connues pour influencer notre système immunitaire, l'éduquant à générer des réponses immunitaires adéquates et efficaces. Dans la deuxième partie de cette thèse, nous avons voulu déterminer si ces bactéries symbiotiques étaient impliquées dans l'éducation du système immunitaire du nouveau-né et quelles conséquences cela pourrait avoir sur les réponses immunitaires engendrées par ce dernier. Pour étudier l'effet de ces bactéries symbiotiques, nous avons utilisé des souris stériles, en d'autres termes des souris qui n'hébergent pas ces bactéries symbiotiques. En comparant ces souris stériles à des souris qui abritent une flore microbienne normale, nous avons constaté que les bactéries symbiotiques sont vitales pour la bonne éducation du système immunitaire du nouveau-né. Nous avons démontré que le contact direct des cellules immunitaires avec la flore microbienne dans les poumons modifie le phénotype de ces cellules immunitaires, ce qui change probablement leur réaction au cours de réponses immunitaires. Nous avons donc vérifié si l'éducation immunitaire induite par cette microflore est importante pour prévenir les maladies pulmonaires telles que l'asthme allergique, affections qui sont causées par une réaction excessive du système immunitaire envers des agents inoffensifs. En effet, nous avons observé que le processus de maturation du système immunitaire néonatal, lequel a été déclenché et façonné par la flore microbienne, est important pour éviter une réaction asthmatique exagérée chez la souris adulte. Ce phénomène est dû aux lymphocytes T régulateurs. Ces cellules, dont la présence est induite dans les poumons, ont des capacités immunosuppressives et atténuent donc les réponses immunitaires pour prévenir une inflammation excessive. En conclusion, nous avons montré dans cette thèse que la colonisation par des bactéries symbiotiques tôt dans la vie est un événement décisif pour la maturation du système immunitaire et pour prévenir le développement de l'asthme. Dans l'avenir, il serait intéressant de découvrir quelles bactéries sont présentes dans les poumons du nouveau-né et lesquelles sont directement impliquées dans ce processus de maturation immunitaire. Une prochaine étape serait alors de favoriser la présence de ces bactéries au début de la vie au moyen d'un traitement avec des agents pré- ou probiotiques, ce qui pourrait éventuellement contribuer à une prévention précoce du développement de l'asthme. -- L'asthme est une maladie chronique inflammatoire des voies respiratoires affectant près de 300 millions d'individus dans le monde. Bien que les traits caractéristiques du phénotype asthmatique s'établissent généralement pendant l'enfance, la prédisposition au développement de la maladie est intimement liée à des événements survenant durant la petite enfance, comme le sont par exemple les infections virales respiratoires aiguës. Les mécanismes par lesquels ces événements provoquent un dysfonctionnement immunitaire et, par conséquent, conduisent au développement de l'asthme n'ont pas encore été entièrement décelés. La dysbiose du microbiote des voies respiratoires a été récemment associes au phénotype asthmatique, touisTcis, la cuûoboiatioî! d un lien cause à effet entre la dysbiose microbienne et l'apparition des symptômes asthmatiques reste à être démontrée. Dans cette thèse, nous avons étudié le rôle que joue la colonisation microbienne des voies respiratoires au cours de la petite enfance dans la maturation du système immunitaire ainsi que dans la protection contre l'inflammation pulmonaire de type allergique. Nous avons de surcroît développé un modèle expérimental pour comprendre comment les infections virales respiratoires interfèrent avec ce processus. Dans la première partie de cette thèse, nous avons évalué l'effet d'infections causées par le virus respiratoire syncytial (VRS) sur le développement de l'asthme. En accord avec des études épidémiologiques, nous avons constaté qu'une infection au VRS lors de la période néonatale exacerbait les réponses pulmonaires allergiques ultérieures. Par contraste, une infection à l'âge adulte avait un effet protecteur. Nous avons ainsi démontré que l'influence d'une infection à VRS sur l'issue et la sévérité de l'asthme respiratoire était strictement dépendante de l'âge. Ces résultats nous ont conduit à émettre l'hypothèse que des différences dans le phénotype homéostatique des cellules immunitaires pourraient être responsables de ces disparités liées à l'âge. Par conséquent, dans la deuxième partie de cette thèse, nous avons suivi et caractérisé le processus de maturation des cellules immunitaires dans les poumons du nouveau-né en condition d'homéostasie. Nous avons découvert que leur phénotype change de façon dynamique pendant le développement néonatal et que la colonisation par des microbes était déterminante pour la maturation des cellules immunitaires dans les poumons. Dans la dernière partie de cette thèse, nous avons démontré comment le microbiote pulmonaire éduque le développement immunitaire durant la période néonatale l'orientant de manière à induire une tolérance face aux aéroallergènes. Nous avons découvert que la colonisation microbienne des voies respiratoires provoque une expression transitoire de PD-L1 sur les cellules dendritiques (CD) pulmonaires du type CD11b+ dans les deux premières semaines de la vie. Cet événement engendre par la suite la génération de lymphocytes T régulateurs (TREG) dans les poumons, lesquels sont responsables de la protection contre une réponse inflammatoire allergique exagérée chez la souris adulte. Par conséquent, nous proposons un rôle pivot de la maturation immunitaire induite par le microbiote pulmonaire dans l'établissement de la tolérance aux aéroallergènes. En conclusion, les résultats présentés dans cette thèse fournissent de nouveaux indices révélant comment des événements se produisant lors de la petite enfance peuvent façonner les réponses du système immunitaire dirigées contre les allergènes et soulignent le rôle central joué par le microbiote pulmonaire dans l'édification d'une réponse immunitaire équilibrée. En résumé, notre travail met en évidence le microbiote pulmonaire comme étant une cible potentielle pour la prévention de certaines maladies respiratoires. -- Asthma is a chronic inflammatory disorder of the respiratory tract and affects approximately 300 million individuals world-wide. Although the asthmatic phenotype commonly establishes during childhood, predisposition towards disease development has been linked to events in early infancy, such as severe respiratory viral infections. However, the mechanisms by which these events cause immune dysfunction and, therefore, lead to the development of asthma have yet to be fully deciphered. Dysbiosis of the airway microbiota has recently been associated with the asthmatic phenotype; however, conclusive evidence for a causal link between microbial dysbiosis in the ail ways and asthma development is still missing. In this thesis we investigated the role of early-life microbial airway colonization in immune maturation and the protection against allergic airway inflammation and established an experimental model to address how respiratory viral infections interfere in this process. In the first part of this thesis we evaluated the effect of Respiratory syncytial virus (RSV) infections on the development of asthma. In concurrence with epidemiological studies, we found that neonatal infection exacerbated subsequent allergic airway inflammation. In contrast, adult infection was protective in the same context. Thus, we could demonstrate that the influence of RSV infection on subsequent allergic airway responses was strictly age-dependent. These findings led us to the hypothesis that differences in the homeostatic phenotype of immune cells could be responsible for the age-related disparities seen within the context of RSV. Therefore, in a second part of this thesis, we followed the process of homeostatic immune cell maturation in the neonatal lung. Immune cell phenotypes changed dynamically during neonatal development. We discovered that the colonization with microbes was central to the maturation of immune cells in the lung. In the last part of this thesis, we demonstrated how microbiota-driven immune development during the neonatal period induces tolerance against aeroallergens. We discovered that microbial colonization led to a transient programmed death-ligand (PD-L) 1 expression on CD11b+ pulmonary dendritic cells (DCs) during the first two weeks of life. This in turn induced regulatory T (TREG) cells in the lung, which were responsible for the protection against exaggerated allergic airway inflammation in adult mice. Thus, we propose a key role for microbiota-driven immune maturation in the establishment of tolerance towards aeroallergens. In conclusion, the results presented in this thesis provide new insights into how early-life events shape pulmonary immune responses towards allergens and suggest the airway microbiota as a key player in establishing a balanced immune response. Overall, our work highlights the airway microbiota as potential target for disease prevention.

Plant-microbe interactions and the new biotechnological methods of plant disease control

Plants constitute an excellent ecosystem for microorganisms. The environmental conditions offered differ considerably between the highly variable aerial plant part and the more stable root system. Microbes interact with plant tissues and cells with different degrees of dependence. The most interesting from the microbial ecology point of view, however, are specific interactions developed by plant-beneficial (either non-symbiotic or symbiotic) and pathogenic microorganisms. Plants, like humans and other animals, also become sick, but they have evolved a sophisticated defense response against microbes, based on a combination of constitutive and inducible responses which can be localized or spread throughout plant organs and tissues. The response is mediated by several messenger molecules that activate pathogen-responsive genes coding for enzymes or antimicrobial compounds, and produces less sophisticated and specific compounds than immunoglobulins in animals. However, the response specifically detects intracellularly a type of protein of the pathogen based on a gene-for-gene interaction recognition system, triggering a biochemical attack and programmed cell death. Several implications for the management of plant diseases are derived from knowledge of the basis of the specificity of plant-bacteria interactions. New biotechnological products are currently being developed based on stimulation of the plant defense response, and on the use of plant-beneficial bacteria for biological control of plant diseases (biopesticides) and for plant growth promotion (biofertilizers)

Soil microorganisms and their role in the interactions between weeds and crops

The competition between weeds and crops is a topic of great interest, since this interaction can cause heavy losses in agriculture. Despite the existence of some studies on this subject, little is known about the importance of soil microorganisms in the modulation of weed-crop interactions. Plants compete for water and nutrients in the soil and the ability of a given species to use the available resources may be directly affected by the presence of some microbial groups commonly found in the soil. Arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) are able to associate with plant roots and affect the ability of different species to absorb water and nutrients from the soil, promoting changes in plant growth. Other groups may promote positive or negative changes in plant growth, depending on the identity of the microbial and plant partners involved in the different interactions, changing the competitive ability of a given species. Recent studies have shown that weeds are able to associate with mycorrhizal fungi in agricultural environments, and root colonization by these fungi is affected by the presence of other weeds or crops species. In addition, weeds tend to have positive interactions with soil microorganisms while cultures may have neutral or negative interactions. Competition between weeds and crops promotes changes in the soil microbial community, which becomes different from that observed in monocultures, thus affecting the competitive ability of plants. When grown in competition, weeds and crops have different behaviors related to soil microorganisms, and the weeds seem to show greater dependence on associations with members of the soil microbiota to increase growth. These data demonstrate the importance of soil microorganisms in the modulation of the interactions between weeds and crops in agricultural environments. New perspectives and hypotheses are presented to guide future research in this area.