Lactic acid bacteria as bioprotective agents against foodborne pathogens and spoilage microorganisms in fresh fruits and vegetables

La present tesi doctoral es centra en l'aplicació dels bacteris de l'àcid lactic (BAL) com a agents bioprotectors davant microorganismes patògens i deteriorants.Es van aïllar i seleccionar BAL de fruites i hortalisses fresques i es van assajar in vitro davant 5 microorganismes fitopatògens i 5 patògens humans.Es van realitzar assajos d'eficàcia en pomes Golden Delicious amb tots els aïllats enfront les infeccions causades pel fong Penicillium expansum. La soca més eficaç era Weissella cibaria TM128, que reduïa el diàmetre de les infeccions en un 50%.Les soques seleccionades es van assajar enfront els patògens Salmonella typhimurium, Escherichia coli i Listeria monocytogenes en enciams Iceberg i pomes Golden Delicious.Els BAL interferien eficientment amb el creixemet de S. typhimurium, and L. monocytogenes, però van mostrar poc efecte enfront E. coli.Finalment, es van realitzar assajos dosi-resposta amb les soques Leuconostoc mesenteroides CM135, CM160 and PM249 enfront L. monocytogenes. De totes les soques assajades, la soca CM160 va ser la més efectiva.

La revegetació en el control biològic de plagues

Una de les estratègies de control de les plagues d’insectes que s’estan imposant actualment és l’aplicació de programes de control integrat. Es basa a aprofitar totes les eines de control de plagues disponibles per aconseguir mantenir les poblacions d’insectes per davall d’un llindar determinat de danys. Entre les tècniques que s’utilitzen hi ha les mesures culturals, el control biològic i el control químic mitjançant insecticides específics. El control biològic es fonamenta en la utilització d’enemics naturals dels insectes plaga per controlar- ne les poblacions. Els enemics naturals poden ser parasitoides, depredadors i patògens. El control biològic pot basar-se tant en la inoculació d’enemics naturals exòtics o autòctons com en la conservació i/o augment d’enemics naturals presents en el medi. Per al control biològic de plagues en cultius hortícoles a l’àrea mediterrània s’està utilitzant majoritàriament la conservació i l’augment d’enemics naturals.

Un model de decisió pel tractament mèdic a partir de diagnòstics imprecisos

És un sistema expert que donat un diagnòstic imprecís d’un metge en un malalt amb una malaltia infecciosa i els paràmetres mèdics d’aquest pacient, retorni com a resultat els possibles tractaments que se li poden subministrar al pacient ordenats per un coeficient d’adequadament, que pugui combatre qualsevol dels possibles bacteris que el metge hagi diagnosticat i vigilant de no provocar efectes secundaris. Aquest sistema expert resoldrà casos senzills i pretén ser la base d’una possible extensió per arribar a resoldre casos més complexos.

Sistema de secreción de tipo III en Aeromonas mesòfilas

Aeromonas hydrophila és un bacil gram-negatiu, patogen oportunista d’animal i humans. La patogènesi d’A. Hydrophila és multifactorial. A fi d'identificar gens implicats en la virulència de la soca PPD134/91 d’A. hydrophila, vam realitzar experiments de substracció gènica, que van dur a la detecció de 22 fragments d’ADN que codificaven 19 potencials factors de virulencia, incloent un gen que codificava una proteïna de sistema de secreció de tipus III (T3SS). La importància creixent del T3SS en la patogènesi de diversos bacteris, ens va dur a identificar i analitzar l'agrupació gènica del T3SS de les soques AH-1 i AH-3 d’A. hydrophila. La inactivació dels gens de T3SS aopB i aopD d’A. hydrophila AH-1, i ascV d’A. hydrophila AH-3, comporta una disminució de la citotoxicitat, un increment de la fagocitosi, i una reducció de la virulència en diferents models animals. Aquests resultats demostren que el T3SS és necessari per a la patogenicitat. També vam clonar i seqüenciar una ADP-ribosiltransferasa (AexT) a la soca AH-3 d’A. hydrophila, i vam demostrar que aquesta toxina és translocada via el T3SS, sistema que al seu torn sembla ser induïble in vitro en condicions de depleció de calci. El mutant en el gen aexT de la soca AH-3 d’A. hydrophila va mostrar una lleugera reducció de la virulència, assajada amb diferents mètodes. Mitjançant l'ús de diferents sondes d’ADN, vam determinar la presència del T3SS en soques tant clíniques com ambientals de diferents espècies del gènere Aeromonas: A. hydrophila, A. veronii, i A. caviae, i la codistribució d'aquesta agrupació gènica i el gen aexT. Finalment, amb la finalitat d'estudiar la regulació transcripcional de l'agrupació gènica de T3SS i de l’efector AexT A. hydrophila AH-3, vam aïllar els promotors predits per l’operó aopN-aopD i el gen aexT, i els vam fusionar amb el gen reporter gfp (Green Fluorescence Protein). A més, vam demostrar que l'expressió d'ambdós promotors depèn de diferents components bacterians, com per exemple el sistema de dos components PhoP/PhoQ, el sistema de quorum sensing AhyI/AhyR, o el complex piruvat deshidrogenasa.

Individual-based modelling of bacterial cultures to study the lag ohase

Els bacteris són la forma dominant de vida del planeta: poden sobreviure en medis molt adversos, i en alguns casos poden generar substàncies que quan les ingerim ens són tòxiques. La seva presència en els aliments fa que la microbiologia predictiva sigui un camp imprescindible en la microbiologia dels aliments per garantir la seguretat alimentària. Un cultiu bacterià pot passar per quatre fases de creixement: latència, exponencial, estacionària i de mort. En aquest treball s’ha avançat en la comprensió dels fenòmens intrínsecs a la fase de latència, que és de gran interès en l’àmbit de la microbiologia predictiva. Aquest estudi, realitzat al llarg de quatre anys, s’ha abordat des de la metodologia Individual-based Modelling (IbM) amb el simulador INDISIM (INDividual DIScrete SIMulation), que ha estat millorat per poder fer-ho. INDISIM ha permès estudiar dues causes de la fase de latència de forma separada, i abordar l’estudi del comportament del cultiu des d’una perspectiva mesoscòpica. S’ha vist que la fase de latència ha de ser estudiada com un procés dinàmic, i no definida per un paràmetre. L’estudi de l’evolució de variables com la distribució de propietats individuals entre la població (per exemple, la distribució de masses) o la velocitat de creixement, han permès distingir dues etapes en la fase de latència, inicial i de transició, i aprofundir en la comprensió del que passa a nivell cel•lular. S’han observat experimentalment amb citometria de flux diversos resultats previstos per les simulacions. La coincidència entre simulacions i experiments no és trivial ni casual: el sistema estudiat és un sistema complex, i per tant la coincidència del comportament al llarg del temps de diversos paràmetres interrelacionats és un aval a la metodologia emprada en les simulacions. Es pot afirmar, doncs, que s’ha verificat experimentalment la bondat de la metodologia INDISIM.

Manipulació genètica de vectors virals per a estratègies de teràpia gènica en malalties autoimmunes

Els tractaments actuals per a la Malaltia de Crohn es basen en l’administració de proteïnes recombinants amb capacitat immunosupressora. Aquests tractaments són sistèmics, crònics i causen el desenvolupament d’efectes secundaris severs com infeccions amb patògens oportunistes i una major incidència de tumors. Passar d’una administració sistèmica dels immunosupressors a una administració local sembla clau per evitar la severitat i el nombre de complicacions secundàries. Ha sigut descrit recentment que el subconjunt cel•lular Th-17 juga un paper central en moltes malalties autoimmunes en humans, com ara la Malaltia de Crohn, Escleroderma, Artritis reumatoide o Psoriasis. Per determinar com la via del Th-17 es veu afectada durant el desenvolupament i els estadis aguts de la malaltia, analitzarem una gran bateria de interleuquines/citoquines i els mecanismes intracel•lulars d’activació/inhibició de l’activitat de les cèl•lules del Sistema Immune. En un segon pas, clonarem els gens seleccionats relacionats amb la immunomodulació de la via del Th-17 en vectors recentment desenvolupats (adenovirus quimera 5/40 o diferents pseudotips d’AAVs ), ja que hipotitzem que una producció local d’immunomoduladors s’assolirà amb una eficiència major fent servir aquests vectors, evitant així els efectes secundaris. A aquests efectes, hem començat el projecte clonant els gens de la IL10 i del receptor transmembrenal de la IL23 en adenovirus i en genomes d’AAV.

Canvi climàtic i malalties infeccioses

El canvi climàtic és una realitat i té efectes, tant directes com indirectes, sobre la salut. Són necessàries actuacions concertades per abordar aquestes qüestions de salut pública plantejades pel canvi climàtic, així com també disposar de mecanismes per predir quina serà la seva evolució. En aquest projecte es discuteixen les malalties infeccioses adquirides a través de diferents vies (artròpodes vectors, rosegadors, aigua, aliments i aire) en referència al canvi climàtic al món i també a Catalunya. Basat en una extensa revisió dels treballs i articles publicats, i de comentaris d’experts, es presenta una avaluació dels canvis de les malalties infeccioses: incidència, prevalença i distribució dels patògens i vehicles transmissors en un entorn canviant. En el present estudi es detallen alguns dels casos més estudiats i demostrats d’emergència i reemergència de brots infecciosos a diferents zones del planeta associats a certes variacions en les variables climàtiques. Degut a l’alt nivell d’incertesa sobre el ritme del canvi climàtic i el seu impacte sobre les malalties infeccioses, es proposa un seguit de línies de futur. Una de les propostes és crear una xarxa integrada de dades ambientals i epidemiològiques, amb capacitat de connectar aquestes dades amb la vigilància dels patògens, vectors i de la qualitat de l’aigua, entre d’altres factors. Aquestes anàlisis podrien orientar les estratègies d’actuació en un futur per la protecció de la salut de la població.

Influencia del Inmuno-estimulador G1M! en la dieta de las doradas juveniles

Tradicionalment, els peixos marins s'han alimentat amb dietes altes en lípids amb ingredients d'origen marí, que contenen els àcids grassos essencials per a aquestes espècies. El subministrament dels olis i les farines de peix s'han vist afectats per l'augment de la ramaderia intensiva incloent l'aqüicultura i els fenòmens naturals que afecten la producció del mar. En diversos estudis s'ha observat que les dietes poden afectar la salut dels peixos cultivats. La quantitat i qualitat dels macronutrients, així com les vitamines i minerals essencials, poden afectar tant la incidència com la gravetat de determinades malalties infeccioses dels peixos. Alguns canvis en les dietes, encara que siguin molt subtils, poden influir greument en la capacitat de l'organisme de resistir els patògens oportunistes. Aquestes malalties microbianes causen grans pèrdues a l'aqüicultura intensiva i necessiten ser controlades per millorar el benestar dels animals i el benefici econòmic. Hi ha diferents tipus de substàncies conegudes per actuar com a immunoestimulants, però només unes poques són aptes per a la seva utilització en l'aqüicultura. Aquests immunoestimulants són extractes biològics i substàncies químiques sintètiques que estimulen la resposta immune mitjançant la promoció de la funció de cèl•lules fagocítiques.

Características epidemiológicas y evolución de los pacientes con bacteriemia por Staphylococcus aureus ingresados en un Hospital de tercer nivel.

El objetivo del estudio fue describir las características epidemiológicas y los factores de riesgo de la bacteriemia por Staphylococcus aureus (BSA) en pacientes adultos atendidos en un hospital de tercer nivel. Se incluyeron 188 pacientes con BSA, 62 % hombres y con una edad media de 64±15,3 años. El 24% eran SARM. La mayoría provenían de servicios médicos (63,8%). El origen más frecuente de la BSA fue nosocomial (56,4%) seguido del relacionado con el ámbito sanitario (RAS) (28,7%) y comunitario (14,9 %). Presentaban enfermedad de base subyacente un 96%, siendo la más frecuente la neoplasia con un total de 65 pacientes (35 %). La enfermedad de base se consideró fatal en 38,3% pacientes, últimamente fatal en 22,3 % y no fatal en 39,4 %. El foco de infección resultó aparente en 151 pacientes (80,3%), siendo el más frecuente el catéter vascular (45,7 %). Presentaron fiebre el 73,9 %, leucocitosis un 44% y bandas en la analítica un 25%. Presentaron complicaciones el 36,2 % de los pacientes con BSA: shock (26,1%) y metástasis sépticas (14,4%). La evolución fue favorable en 126 pacientes (67%), mientras que 52 (27,7%) fallecieron, 43 de ellos (22,9%) en relación con al BSA y en 7 (3,7%) recidivó.

Efectes no intencionats de transgens i optimització de la producció de pèptids antimicrobians d'ús fitosanitari en plantes-biofactoria

Actualment s’està duent a terme el projecte de tesi consistent en estudiar la producció de pèptids antimicrobians d'ús fitosanitari en plantes-biofactoria. Durant aquest període de la tesi doctoral he realitzat la transformació (mitjançant Agrobacterium tumefaciens) de plantes d’arròs per a la síntesi massiva d’una sèrie de pèptids antimicrobians, BP188, BP183, BP183TAG, BP215, BP173 i BP178. Es tracta d’una sèrie de derivats de BP100 que presenta unes propietats fitosanitàries molt interessants: elevada activitat contra bacteris d’interès fitosanitari, toxicitat reduïda i estabilitat moderada. El treball que he realitzat per dur a terme aquesta tasca ha requerit inicialment realitzar els clonatges necessaris per a les transformacions; per a continuació realitzar les transformacions de calls d’arròs varietat Sènia, seleccionar les cèl•lules transformades, regenerar plantes transgèniques i analitzar-ne la presència del transgén.

Abundància i persistència de Faecalibacteriun prausnitzii en la Malaltia de Crohn

Faecalibacterium prausnitzii és un del bacteris anaeròbis més abundants entre les espècies comensals del tracte intestinal humà sa. Aquesta espècie és una de les principals productores de butirat a l'intestí (que és la principal font d’energia per als colonòcits), però també s'ha suggerit que pot produir compostos antiinflamatoris i intervenir en la regulació de vàries rutes metabòliques de l’hoste. F. prausnitzii és un bacteri difícil de cultivar, ja que presenta una elevada sensibilitat a l'oxigen i presenta uns requeriments nutricionals molt exigents, el que ha compromès considerablement el nombre d’estudis basats en aïllats d’aquesta espècie. No obstant això, en els darrers anys l’interès en aquest bacteri està creixent ja que s’ha evidenciat que les poblacions de F. prausnitzii són variables en diferents grups d'edat i que es veuen reduïdes en certs trastorns intestinals com ara la malaltia inflamatòria intestinal i el càncer colorectal. L’objectiu d'aquest treball ha estat aprofundir en el rol que desenvolupa F. prausnitzii com un dels principals bacteris comensals del tracte intestinal humà. En primer lloc, s’ha dissenyat, optimitzat i validat un nou mètode molecular per determinar l’abundància d’aquesta espècie en mostres del tracte gastrointesinal, i s’ha demostrat la seva possible aplicació per ajudar al diagnòstic de la malaltia de Crohn. En segon lloc, s’ha dut a terme un estudi de les característiques filogenètiques i fenotípiques dels aïllats de F. Prausnitzii disponibles en l'actualitat a fi de coneixre’n millor la diversitat genètica i fenotípica i dilucidar quins factors són crucials en comprometre la població d’aquest bacteri en un intestí malalt. L’anàlisi de les soques ha revelat que F. prausnitzii inclou Principalment dos filogrups, nutricionalment versàtils i molt sensibles a canvis en les condicions ecològiques que pot patir l’intestí de l’hoste sota certes malalties intestinals. En conclusió, els resultat obtinguts en aquest estudi mostren que F. prausnitzii és una espècie ben establerta al còlon sa, amb una elvada versatilitat metabòlica ja que és capaç d’ interactuar amb carbohidrats de diferent estructura i complexitat. S’ha corroborat que aquest microorganisme seria un bon indicador de salut intestinal ja que la seva abundància es veu significativament reduida en pacients amb malaltia de Crohn. Aquests resultats concorden amb els obtinguts per proves fisiològiques que mostren una elevada sensibilitat de l’espècie a determinades condicions relacionades amb malalties intestinals. Estudis futurs s’orientaran a comprendre millor quins factros derrivats de la interacció amb l’hoste també determinen la persistència d’aquesta espècie en un intestí sa o malalt.

Lactic acid bacteria from fresh fruit and vegetables as biocontrol agents of phytopathogenic bacteria and fungi

This study evaluated the efficacy of lactic acid bacteria (LAB) isolated from fresh fruits and vegetables as biocontrol agents against the phytopathogenic and spoilage bacteria and fungi, Xanthomonas campestris, Erwinia carotovora, Penicillium expansum, Monilinia laxa, and Botrytis cinerea. The antagonistic activity of 496 LAB strains was tested in vitro and all tested microorganisms except P. expansum were inhibited by at least one isolate. The 496 isolates were also analyzed for the inhibition of P. expansum infection in wounds of Golden Delicious apples. Four strains (TC97, AC318, TM319, and FF441) reduced the fungal rot diameter of the apples by 20%; only Weissella cibaria strain TM128 decreased infection levels by 50%. Cell-free supernatants of selected antagonistic bacteria were studied to determine the nature of the antimicrobial compounds produced. Organic acids were the preferred mediators of inhibition but hydrogen peroxide was also detected when strains BC48, TM128, PM141 and FF441 were tested against E. carotovora. While previous reports of antifungal activity by LAB are scarce, our results support the potential of LAB as biocontrol agents against postharvest rot. [Int Microbiol 2008; 11(4):231-236]

Diversity of the bacterial community in the surface soil of a pear orchard based on 16S rRNA gene analysis

A cultivation-independent approach based on polymerase chain reaction (PCR)-amplified partial small subunit rRNA genes was used to characterize bacterial populations in the surface soil of a commercial pear orchard consisting of different pear cultivars during two consecutive growing seasons. Pyrus communis L. cvs Blanquilla, Conference, and Williams are among the most widely cultivated cultivars in Europe and account for the majority of pear production in Northeastern Spain. To assess the heterogeneity of the community structure in response to environmental variables and tree phenology, bacterial populations were examined using PCR-denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) followed by cluster analysis of the 16S ribosomal DNA profiles by means of the unweighted pair group method with arithmetic means. Similarity analysis of the band patterns failed to identify characteristic fingerprints associated with the pear cultivars. Both environmentally and biologically based principal-component analyses showed that the microbial communities changed significantly throughout the year depending on temperature and, to a lesser extent, on tree phenology and rainfall. Prominent DGGE bands were excised and sequenced to gain insight into the identities of the predominant bacterial populations. Most DGGE band sequences were related to bacterial phyla, such as Bacteroidetes, Cyanobacteria, Acidobacteria, Proteobacteria, Nitrospirae, and Gemmatimonadetes, previously associated with typical agronomic crop environments

Multifunctionality and Diversity in Bacterial Biofilms

Bacteria are highly diverse and drive a bulk of ecosystem processes. Analysis of relationships between diversity and single specific ecosystem processes neglects the possibility that different species perform multiple functions at the same time. The degradation of dissolved organic carbon (DOC) followed by respiration is a key bacterial function that is modulated by the availability of DOC and the capability to produce extracellular enzymes. In freshwater ecosystems, biofilms are metabolic hotspots and major sites of DOC degradation. We manipulated the diversity of biofilm forming communities which were fed with DOC differing in availability. We characterized community composition using molecular fingerprinting (T-RFLP) and measured functioning as oxygen consumption rates, the conversion of DOC in the medium, bacterial abundance and the activities of five specific enzymes. Based on assays of the extracellular enzyme activity, we calculated how the likelihood of sustaining multiple functions was affected by reduced diversity. Carbon source and biofilm age were strong drivers of community functioning, and we demonstrate how the likelihood of sustaining multifunctionality decreases with decreasing diversity