The Effects of Feeding a Live Microbial Product on Feedlot Performance and Carcass Value of Finishing Steers Fed Wet Corn Gluten Feed

This experiment was conducted to evaluate the efficacy of daily feeding a live microbial preparation containing two live organisms to finishing cattle. One organism was a lactobacillus, and the other was a propionibacterium, thought to work in concert to improve fermentation in the rumen and overall digestion. The study was conducted with Angus steers with an average initial weight of 550 lbs that were fed a finishing ration containing 50% wet corn gluten feed on a dry basis for 184 days. Feeding the microbial product improved daily gain and feed efficiency 1.7% and 2.4%, respectively, but the differences were not statistically significant. The microbial preparation increased carcass weights 1% but had no effects on quality or yield grades. It is concluded that potential benefits of this product are more likely to be greater when cattle are fed high grain rations rather than diets containing high concentrations of corn gluten feed.

Dental Caries and Microbiota in Children with Black Stain and Non-discoloured Dental Plaque

Aim: We aimed to assess caries experience and microbiota in systemically healthy children with black stain (BS) and non-discoloured plaque. Methods: Forty-six children with BS and 47 counterparts with non-discoloured plaque aged 7.9 ± 1.3 years were clinically examined. Dental caries was scored using WHO criteria. Samples of BS and non-discoloured dental plaque were collected from tooth surfaces. The DNA of the samples was extracted and real-time PCR was performed to determine the total number of bacteria and the species Streptococcus mutans, S. sobrinus, Lactobacillus sp., Actinomyces naeslundii, Aggregatibacter actinomycetemcomitans, Porphyromonas gingivalis, Prevotella intermedia and Fusobacterium nucleatum. Results: Children with BS had lower DMFT (p = 0.013), lower DT values (p = 0.005) and a tendency to lower caries prevalence (p = 0.061) than children with non-discoloured plaque. Plaque samples of the BS group contained higher numbers of A. naeslundii (p = 0.005) and lower numbers of F. nucleatum (p = 0.001) and Lactobacillus sp. (p = 0.001) compared to the non-discoloured plaque samples of the control group. Comparing the children with BS and non-discoloured plaque, higher counts for A. naeslundii (p = 0.013) were observed in caries-free children with BS while in caries-affected children with BS, lower counts of F. nucleatum (p = 0.007) were found. Counts of Lactobacillus sp. were higher in non-discoloured plaque samples than in BS of caries-free and caries-affected children. Conclusion: Results suggest that the different microbial composition of BS might be associated with the lower caries experience in affected subjects. The role of black-pigmented bacteria associated with periodontitis needs further studies. © 2013 S. Karger AG, Basel.

Dietary inclusion of feathers affects intestinal microbiota and microbial metabolites in growing Leghorn-type chickens.

Feather pecking in laying hens is a serious behavioral problem that is often associated with feather eating. The intake of feathers may influence the gut microbiota and its metabolism. The aim of this study was to determine the effect of 2 different diets, with or without 5% ground feathers, on the gut microbiota and the resulting microbial fermentation products and to identify keratin-degrading bacteria in chicken digesta. One-day-old Lohmann-Selected Leghorn chicks were divided into 3 feeding groups: group A (control), B (5% ground feathers in the diet), and C, in which the control diet was fed until wk 12 and then switched to the 5% feather diet to study the effect of time of first feather ingestion. The gut microbiota was analyzed by cultivation and denaturing gradient gel electrophoresis of ileum and cecum digesta. Short-chain fatty acids, ammonia, and lactate concentrations were measured as microbial metabolites. The concentration of keratinolytic bacteria increased after feather ingestion in the ileum (P < 0.001) and cecum (P = 0.033). Bacterial species that hydrolyzed keratin were identified as Enterococcus faecium, Lactobacillus crispatus, Lactobacillus reuteri-like species (97% sequence homology), and Lactobacillus salivarius-like species (97% sequence homology). Molecular analysis of cecal DNA extracts showed that the feather diet lowered the bacterial diversity indicated by a reduced richness (P < 0.001) and shannon (P = 0.012) index. The pattern of microbial metabolites indicated some changes, especially in the cecum. This study showed that feather intake induced an adaptation of the intestinal microbiota in chickens. It remains unclear to what extent the changed metabolism of the microbiota reflects the feather intake and could have an effect on the behavior of the hens.

Effectiveness of Fluorescence-based Methods in Monitoring Progression of Noncavitated Caries-like Lesions on Smooth Surfaces

Although there has been a significant decrease in caries prevalence in developed countries, the slower progression of dental caries requires methods capable of detecting and quantifying lesions at an early stage. The aim of this study was to evaluate the effectiveness of fluorescence-based methods (DIAGNOdent 2095 laser fluorescence device [LF], DIAGNOdent 2190 pen [LFpen], and VistaProof fluorescence camera [FC]) in monitoring the progression of noncavitated caries-like lesions on smooth surfaces. Caries-like lesions were developed in 60 blocks of bovine enamel using a bacterial model of Streptococcus mutans and Lactobacillus acidophilus . Enamel blocks were evaluated by two independent examiners at baseline (phase I), after the first cariogenic challenge (eight days) (phase II), and after the second cariogenic challenge (a further eight days) (phase III) by two independent examiners using the LF, LFpen, and FC. Blocks were submitted to surface microhardness (SMH) and cross-sectional microhardness analyses. The intraclass correlation coefficient for intra- and interexaminer reproducibility ranged from 0.49 (FC) to 0.94 (LF/LFpen). SMH values decreased and fluorescence values increased significantly among the three phases. Higher values for sensitivity, specificity, and area under the receiver operating characteristic curve were observed for FC (phase II) and LFpen (phase III). A significant correlation was found between fluorescence values and SMH in all phases and integrated loss of surface hardness (ΔKHN) in phase III. In conclusion, fluorescence-based methods were effective in monitoring noncavitated caries-like lesions on smooth surfaces, with moderate correlation with SMH, allowing differentiation between sound and demineralized enamel.

Different bacterial models for in vitro induction of non-cavitated enamel caries-like lesions: Microhardness and polarized light miscroscopy analyses

The aim of this study was to compare different bacterial models for in vitro induction of non-cavitated enamel caries-like lesions by microhardness and polarized light microscopy analyses. One hundred blocks of bovine enamel were randomly divided into four groups (n = 25) according to the bacterial model for caries induction: (A) Streptococcus mutans, (B) S. mutans and Lactobacillus acidophilus, (C) S. mutans and L. casei, and (D) S. mutans, L. acidophilus, and L. casei. Within each group, the blocks were randomly divided into five subgroups according to the duration of the period of caries induction (4-20 days). The enamel blocks were immersed in cariogenic solution containing the microorganisms, which was changed every 48 h. Groups C and D presented lower surface hardness values (SMH) and higher area of hardness loss (ΔS) after the cariogenic challenge than groups A and B (P < 0.05). As regards lesion depth, under polarized light microscopy, group A presented significantly lower values, and groups C and D the highest values. Group B showed a higher value than group A (P < 0.05). Groups A and B exhibited subsurface caries lesions after all treatment durations, while groups C and D presented erosion-type lesions with surface softening. The model using S. mutans, whether or not it was associated with L. acidophilus, was less aggressive and may be used for the induction of non-cavitated enamel caries-like lesions. The optimal period for inducing caries-like lesions was 8 days.

Microbiota Promotes Chronic Pulmonary Inflammation by Enhancing IL-17A and Autoantibodies

RATIONALE Changes in the pulmonary microbiota are associated with progressive respiratory diseases including chronic obstructive pulmonary disease. Whether there is a causal relationship between these changes and disease progression remains unknown. OBJECTIVE To investigate the link between an altered microbiota and disease, we utilized a model of chronic lung inflammation in specific pathogen free (SPF) mice and mice depleted of microbiota by antibiotic treatment or devoid of a microbiota (axenic). METHODS Mice were challenged with LPS/elastase intranasally over 4 weeks, resulting in a chronically inflamed and damaged lung. The ensuing cellular infiltration, histological damage and decline in lung function were quantified. MEASUREMENTS AND MAIN RESULTS Similar to human disease, the composition of the pulmonary microbiota was altered in disease animals. We found that the microbiota richness and diversity were decreased in LPS/Elastase-treated mice, with an increased representation of the genera Pseudomonas, Lactobacillus and a reduction in Prevotella. Moreover, the microbiota was implicated in disease development as mice depleted of microbiota exhibited an improvement in lung function, reduction in airway inflammation, decrease in lymphoid neogenesis and auto-reactive antibody responses. The absence of microbial cues also markedly decreased the production of IL-17A, whilst intranasal transfer of fluid enriched with the pulmonary microbiota isolated from diseased mice enhanced IL-17A production in the lungs of antibiotic treated or axenic recipients. Finally, in mice harboring a microbiota, neutralizing IL-17A dampened inflammation and restored lung function. CONCLUSIONS Collectively, our data indicate that host-microbial cross-talk promotes inflammation and could underlie the chronicity of inflammatory lung diseases.

Proceedings of the Nineteenth Annual Biochemical Engineering Symposium

The nineteenth symposium was held at the University of Missouri–Columbia on April 22, 1989. A total of eighteen papers were scheduled for presentation, of which nine were in poster session. Finally, fifteen papers were presented and sixteen were submitted for this proceedings. It was attended by 53 participants from five institutions. A sixth group (from Colorado State University) was kept from attending the symposium due to mechanical problems on the road and we missed them. Since they worked hard at their presentations, I requested CSU-group to submit their papers for the proceedings and I am happy that they did. ContentsMathematical modelling of a flour milling system. K. Takahashi, Y. Chen, J. Hosokoschi, and L. T. Fan. Kansas State University A novel solution to the problem of plasmid segregation in continuous bacterial fermentations. K.L. Henry, R. H. Davis, and A. L. Taylor. University of Colorado Modelling of embryonic growth in avian and reptile Eggs. C.L. Krause, R. C. Seagrave, and R. A. Ackerman. Iowa State University Mathematical modeling of in situ biodegradation processes. J.C. Wu, L. T. Fan, and L. E. Erickson. Kansas State University Effect of molecular changes on starch viscosity. C.H. Rosane and V. G. Murphy. Colorado State University Analysis of two stage recombinant bacterial fermentations using a structured kinetic model. F. Miao and D. S. Kampala. University of Colorado Lactic acid fermentation from enzyme-thinned starch by Lactobacillus amylovorus. P.S. Cheng, E. L. Iannotti, R. K. Bajpai, R. Mueller, and s. Yaeger. University of Missouri–Columbia Solubilization of preoxidized Texas lignite by cell-free broths of Penicillium strains. R. Moolick, M. N. Karim, J. C. Linden, and B. L. Burback. Colorado State University Separation of proteins from polyelectrolytes by ultrafiltration. A.G. Bazzano and C. E. Glatz. Iowa State University Growth estimation and modelling of Rhizopus oligosporus in solid state fermentations. D.-H. Ryoo, V. G. Murphy, M. N. Karim, and R. P. Tengerdy. Colorado State University Simulation of ethanol fermentations from sugars in cheese whey. C.J. Wang and R. K. Bajpai. University of Missouri–Columbia Studies on protoplast fusion of B. licheniformis. B. Shi, Kansas State University Cell separations of non-dividing and dividing yeasts using an inclined settler. C.-Y. Lee, R. H. Davis, and R. A. Sclafani. University of Colorado Effect of·serum upon local hydrodynamics within an airlift column. G.T. Jones, L. E. Erickson, and L. A. Glasgow. Kansas State University Optimization of heterologous protein secretion in continuous culture. A. Chatterjee, W. F. Remirez, and R. H. Davis. University of Colorado An improved model for lactic acid fermentation. P. Yeh, R. K. Bajpai, and E. L. Iannotti. University of Missouri–Columbia

Effects of the inclusion of oat hulls or sugar beet pulp in the diet on gizzard characteristics, apparent ileal digestibility of nutrients, and microbial count in the ceca in 36 day old broilers reared on floor

The effects of the inclusion of oat hulls (OH) and sugar beet pulp (SBP) in the diet on gizzard characteristics, apparent ileal nutrient digestibility (AID), and Clostridium perfringens, Enterobacteriaceae, and Lactobacillus proliferation in the ceca were studied in 36 d?old broilers. There were a control diet with a low CF content (1.61%) and 2 additional diets that resulted from the dilution of this feed with 5% of either OH or SBP.

Preparados enológicos comerciales a base de levaduras secas inactivas : caracterización, modo de acción e influencia en la composición y características sensoriales de los vino

El empleo de preparados comerciales de levaduras secas inactivas (LSI) se ha generalizado en la industria enológica con el fin de mejorar los procesos tecnológicos, así como las características sensoriales y la eliminación de compuestos indeseables en los vinos. Estos preparados se obtienen por crecimiento de la levadura vínica Saccharomyces cerevisiae en un medio rico en azúcares, y posterior inactivación y secado para obtener un producto en forma de polvo. Su composición puede incluir una fracción soluble procedente del citoplasma de la levadura (péptidos, aminoácidos, proteínas) y una fracción insoluble compuesta principalmente por las paredes celulares. Dependiendo de su composición, los preparados de LSI están indicados para distintas aplicaciones (activadores de la fermentación alcohólica y maloláctica, mejorar el color y el aroma de los vinos, etc). Sin embargo, a pesar de que el empleo de preparados de LSI está cada vez más extendido en la industria enológica, existen pocos estudios científicos encaminados a conocer sus efectos en el vino así como a discernir su modo de acción. Por ello, se ha planteado esta Tesis Doctoral con el principal objetivo de caracterizar la composición química de algunos de los preparados comerciales de LSI que actualmente más se están empleando en la elaboración de los vinos, así como determinar su modo de acción y su efecto tanto en la composición como en las características organolépticas de los vinos. Para la caracterización de preparados de LSI, en primer lugar se ha estudiado la cesión de compuestos nitrogenados y polisacáridos a medios vínicos, así como las diferencias entre preparados procedentes de diferentes casas comerciales e indicados para diferentes aplicaciones durante la vinificación. Los resultados de este estudio mostraron diferencias en la cesión de estos compuestos dependiendo del tipo de vino al que van dirigidos y de la casa comercial de la procedencia. Así, los preparados indicados para la elaboración de vinos tintos liberan una mayor concentración de polisacáridos, que están asociados a una modulación de la astringencia y de la protección del color de los vinos tintos, comparado con los indicados para vinos blancos. Sin embargo en estos últimos se determinó una mayor cesión de aminoácidos libres. Posteriormente, se estudió el efecto de componentes específicos presentes en preparados de LSI en el crecimiento de distintas especies de bacterias lácticas del vino. Se obtuvieron extractos de diferente composición empleando la extracción con fluidos presurizados, y se ensayó su actividad en el crecimiento de cepas bacterianas pertenecientes a las especies Lactobacillus hilgardii, Pediococcus pentosaceus y Oenococcus oeni. Los resultados de este trabajo mostraron que los distintos componentes presentes en los preparados de LSI pueden ejercer un efecto estimulante o inhibidor en el crecimiento de las bacterias lácticas, que depende del tipo de compuesto, de su concentración y de la especie bacteriana a ensayar. Entre los compuestos responsables del efecto estimulante se encuentran tanto aminoácidos esenciales como monosacáridos libres, mientras que los ácidos grasos de cadena corta y larga así como compuestos heterocíclicos volátiles originados por la reacción de Maillard parecen estar directamente implicados en el efecto inhibidor observado. En la tercera parte de este trabajo, se ha evaluado el papel de los preparados comerciales de LSI en el aroma y en las características organolépticas de los vinos. Para ello, empleando vinos sintéticos, se estudiaron por un lado, el efecto que los componentes cedidos por los preparados de LSI podrían tener en la volatilidad de compuestos del aroma ya presentes en el vino, y por otro lado, en la posible cesión al vino de compuestos odorantes presentes en los preparados y originados durante su fabricación. Los resultados de estos estudios pusieron de manifiesto que los preparados de LSI pueden modificar la volatilidad de compuestos del aroma del vino, dependiendo principalmente de las características físico-químicas del compuesto del aroma, del tiempo de permanencia del preparado en el vino y del tipo de preparado de LSI. Por otro lado, gracias al empleo de diferentes técnicas de extracción combinadas, la extracción con fluidos presurizados (PLE) y microextracción en fase sólida en el espacio de cabeza (HS-SPME) y posterior análisis por GO-MS, se caracterizó el perfil volátil de un preparado de LSI representativo del resto de los estudiados y se comprobó que estaba formado tanto por componentes procedentes de la levadura, como ácidos grasos de cadena corta y larga, así como por compuestos volátiles originados durante las etapas de fabricación de los preparados y resultantes de la reacción de Maillard. Se determinó a su vez, que algunos de estos compuestos volátiles, pueden ser cedidos tanto a medios vínicos, como a vinos reales. Concretamente, se comprobó que los preparados indicados para vinificación en blanco liberan una menor concentración de compuestos volátiles, y especialmente, de productos de la reacción de Maillard, que los indicados para vinificación en tinto. Estos compuestos, y principalmente los pertenecientes al grupo de las pirazinas, podrían modificar el perfil sensorial de los vinos, ya que son compuestos con, en general, bajos umbrales de percepción. Para intentar eliminar estos compuestos de los preparados, es decir, para su desodorización, en esta parte del trabajo, también se desarrolló una metodología basada en la extracción con CO2 supercrítico, que permitió la eliminación selectiva de este tipo de compuestos sin provocar modificaciones en su composición no volátil. Debido a la cantidad de preparados de LSI ricos en glutatión (GSH) disponibles en el mercado para mejorar las características sensoriales de los vinos, se estudió la cesión de este compuesto a medios vínicos. Para ello, se puso a punto una metodología que permitiera la cuantificación del GSH en sus diferentes formas (reducido y total), en vinos sintéticos y reales. El método se aplicó para cuantificar la cantidad de GSH aportada por los LSI a los vinos. Los resultados mostraron que los preparados de LSI indicados para vinificación en blanco y rosado liberaron, inmediatamente tras su adición a medios vínicos sintéticos, ♯y-glutamil-cisteína y GSH principalmente en su forma reducida a mayores concentraciones que los preparados indicados para otras aplicaciones. Por otro lado, se aislaron las fracciones de peso molecular <3000 Da de preparados de LSI y se emplearon para suplementar vinos sintéticos aromatizados con terpenos y sometidos a condiciones de envejecimiento acelerado. Los resultados revelaron una reducción en la oxidación por parte de las fracciones aisladas tanto de preparados de LSI ricos en glutatión como de preparados empleados como nutrientes de fermentación. Esta reducción era incluso mayor que cuando se empleaba el glutatión comercial, lo que indicaba la presencia de otros compuestos con propiedades antioxidantes. Finalmente, para conocer el efecto de los preparados de LSI a escala de bodega, se elaboraron a escala industrial dos tipos de vinos, con y sin la adición de un preparado de LSI rico en GSH, a escala industrial. En estos vinos, se determino el contenido en glutatión, y la evolución del color y de la composición fenólica y volátil durante la vinificación y a lo largo del envejecimiento en botella. Los resultados de este trabajo mostraron la capacidad del preparado de LSI de ceder glutatión en su forma reducida, aunque esté es rápidamente oxidado durante la fermentación alcohólica. Sin embargo, se comprobó que los vinos elaborados con el preparado presentaron mayor estabilidad de color y aroma a lo largo del envejecimiento en botella. De hecho, a los 9 meses de envejecimiento, se encontraron diferencias sensoriales entre los vinos con y sin el preparado. Sin embargo, estas diferencias sensoriales no fueron suficientes para que en el estudio de preferencia que se llevó a cabo con los mismos vinos, los consumidores mostraran preferencia hacia los vinos elaborados con el preparado de LSI.

Structural homologies with ATP- and folate-binding enzymes in the crystal structure of folylpolyglutamate synthetase

Folylpolyglutamate synthetase, which is responsible for the addition of a polyglutamate tail to folate and folate derivatives, is an ATP-dependent enzyme isolated from eukaryotic and bacterial sources, where it plays a key role in the retention of the intracellular folate pool. Here, we report the 2.4-Å resolution crystal structure of the MgATP complex of the enzyme from Lactobacillus casei. The structural analysis reveals that folylpolyglutamate synthetase is a modular protein consisting of two domains, one with a typical mononucleotide-binding fold and the other strikingly similar to the folate-binding enzyme dihydrofolate reductase. We have located the active site of the enzyme in a large interdomain cleft adjacent to an ATP-binding P-loop motif. Opposite this site, in the C domain, a cavity likely to be the folate binding site has been identified, and inspection of this cavity and the surrounding protein structure suggests that the glutamate tail of the substrate may project into the active site. A further feature of the structure is a well defined Ω loop, which contributes both to the active site and to interdomain interactions. The determination of the structure of this enzyme represents the first step toward the elucidation of the molecular mechanism of polyglutamylation of folates and antifolates.

Desenvolvimento e avaliação de sorbets probióticos e simbióticos elaborados com polpa de Juçara (Euterpe edulis)

O objetivo deste trabalho foi desenvolver e avaliar diferentes formulações de sorbets probióticos e simbióticos a base de polpa de juçara (Euterpe edulis), de modo a combinar os efeitos benéficos à saúde dos compostos fenólicos deste fruto com os benefícios dos probióticos e prebióticos. Para isso, foram utilizados os microrganismos L. acidophilus e L. paracasei e a fibra polidextrose, além da elaboração de uma amostra controle sem tais elementos para efeito de comparação. Primeiramente, a polpa de juçara pasteurizada utilizada na produção dos sorbets foi avaliada de acordo com suas características físico-químicas e seus compostos bioativos, tendo apresentado resultados adequados para o emprego na matriz alimentícia em questão. Em seguida, os sorbets foram caracterizados através de diversos parâmetros. Assim, a análise centesimal mostrou sorbets com alto índice de carboidratos e baixo valor calórico, enquanto os teores de sólidos solúveis apresentaram-se coerentes em todas as formulações analisadas. Os valores de overrun e densidade aparente relevaram que a incorporação de ar dos sorbets não foi tão elevada quanto de um sorvete lácteo, embora as amostras adicionadas de polidextrose - capaz de mimetizar as propriedades de corpo e espessamento da gordura - tenham obtido resultados mais próximos aos gelados tradicionais. Foram ainda mensurados os efeitos do armazenamento dos produtos a -18 °C durante 120 dias, através de avaliações de pH, coloração instrumental, estabilidade dos compostos fenólicos e antocianinas e viabilidade dos probióticos. O pH das amostras manteve-se constante durante todo o experimento, com valores entre 4,4 e 4,8, enquanto os parâmetros de coloração caracterizaram as amostras como vermelhas e apontaram tendência à perda de luminosidade. Já os polifenóis e antocianinas apresentaram teores elevados, decorrentes da adição da polpa de juçara, sem a ocorrência de degradação destes compostos ao longo da estocagem das amostras sob congelamento. As populações de ambos os microrganismos adicionados apresentaram-se estáveis em cerca de 8 log UFC/ g durante todo o período de armazenamento, o que corresponde a um resultado bastante satisfatório e superior ao recomendado pela legislação brasileira. Por outro lado, a sobrevivência in vitro de tais probióticos quando submetidos aos fluidos gastrointestinais não apresentou resultados adequados para a garantia da funcionalidade destes produtos, com queda de viabilidade superior a 4 ciclos logarítmicos. A aceitabilidade sensorial e intenção de compra apresentaram resultados positivos para todas as formulações, com maior aceitação das amostras probióticas em relação ao controle e menor interesse pelas amostras com adição de prebiótico. Tal resultado demonstra que a incorporação destas bactérias em sorbets de juçara é capaz de melhorar a qualidade do produto, enquanto a adição de polidextrose pode diminuir sua aceitabilidade nas condições empregadas. Em síntese, os sorbets elaborados apresentaram resultados satisfatórios, demonstrando a viabilidade na produção deste tipo de alimento funcional adicionado de probióticos, prebiótico e rico em polifenóis, sendo a combinação de tais elementos capaz de potencializar os efeitos benéficos destes compostos e trazer vantagens fundamentais à microbiota intestinal e à saúde de quem os consome.

Produção de biohidrogênio a partir de soro de leite em AnSBBR com recirculação da fase líquida

O presente estudo investigou a aplicação de dois tipos de AnSBBR (reatores anaeróbio com biofilme e operados em batelada e batelada alimentada sequenciais: com recirculação da fase líquida e com agitação) para produção de biohidrogênio tratando água residuária sintética (a base de soro de leite e lactose, respectivamente). O AnSBBR com recirculação da fase líquida, que foi o estudo principal do presente trabalho, apresentou problemas na produção de hidrogênio utilizando soro de leite como substrato. Algumas alternativas, como adaptação da biomassa com substratos puros de degradação mais fácil, controle do pH em valores muito baixos e diferentes formas de inoculação foram testadas, entretanto, sem obtenção de sucesso. A solução do problema foi obtida ao refrigerar o meio de alimentação a 4ºC para evitar a fermentação no frasco de armazenamento, retirar a ureia e a suplementação de nutrientes, e realizar lavagens periódicas do material suporte para retirada de parte da biomassa. Dessa forma eliminaram-se indícios de produção de H2S por possível ação de bactérias redutoras de sulfato (BRS) e atingiu-se uma produção estável de hidrogênio sem, entretanto, eliminar completamento o metano, que foi produzido em baixas concentrações. Depois de atingida a estabilidade, investigou-se a influência da concentração afluente de substrato, do tempo de enchimento e da temperatura na produção de biohidrogênio no AnSBBR com recirculação da fase líquida tratando soro de leite. O estudo da concentração afluente apresentou um ponto ótimo para a concentração de 5400 mgDQO.L-1, atingindo valores de 0,80 mol H2.mol-1 lactose e de 660 mL H2.L-1.d-1. O estudo do tempo de enchimento apresentou resultados similares para as condições analisadas. Com relação à temperatura, os melhores resultados foram obtidos com a temperatura mais baixa testada de 15ºC (1,12 mol H2.mol lactose-1 e 1080 mL H2.L-1.d-1), sendo que na temperatura mais alta testada (45°C) não ocorreu produção de hidrogênio. Para o AnSBBR com agitação mecânica, que foi um estudado complementar realizado pelo fato da lactose ser o principal complemento do soro de leite, o desempenho do biorreator foi avaliado de acordo com influência conjunta do tempo de ciclo (tC – 2, 3 e 4 h), da concentração afluente (CSTA – 3600-5400 mgDQO.L-1) e da carga orgânica volumétrica aplicada (COAV – 9,3, 12,3, 13,9, 18,5 e 27,8 mgDQO.L-1.d-1). Foram obtidos excelentes resultados: consumos de carboidratos (lactose), com valores médios sempre acima de 90% e uma produção estável de biohidrogênio em todas as condições estudadas, com metano em baixas concentrações apenas na condição de maior COAV. A diminuição do tC apresentou tendência clara de melhora sobre o RMCRC,n (rendimento molar entre hidrogênio produzido e carboidrato removido) apenas para as condições com menor concentração CSTA, havendo uma relação direta entre CSTA, e RMCRC,n em todos os valores de tC, exceto para o tempo de ciclo de 3 h, exatamente onde ocorreu produção de metano. O melhor valor de RMCRC,n obtido na operação com lactose (1,65 mol H2.mol Carboidrato-1) foi superior aos obtidos em outros trabalhos utilizando a mesma configuração de reator e sacarose como substrato. As análises filogenéticas mostraram que a maioria dos clones analisados foi semelhante à Clostridium. Além destes, clones filogeneticamente semelhantes com a Família Lactobacilaceae, especificamente Lactobacillus rhamnosus foram observados em menor porcentagem no reator, assim como clones com sequências semelhantes a Acetobacter indonesiensis.

Influência da configuração da célula combustível microbiana na geração de energia elétrica a partir da degradação de compostos orgânicos

Nessa pesquisa foram testadas tanto CCM com membranas e sem membranas que tinham por característica reproduzir sistemas de tratamento de esgoto sanitário. A etapa experimental desse trabalho foi dividida entre o Brasil (ensaios com CCM sem a MTP e utilizando esgoto sanitário) e Portugal (ensaios com CCM tradicionais de uma e duas câmaras, utilizando água residuária sintética e a bactéria Lactobacillus pentosus). A execução em dois locais diferentes resultou em um maior aprofundamento e desenvolvimento da pesquisa. As CCM foram avaliadas principalmente quanto ao potencial elétrico e eficiência da degradação de compostos orgânicos (esgoto sanitário e água residuária sintética). Para os dados obtidos no Brasil, as três configurações apresentaram maior diferença na potência em função do modo de operação. A operação intermitente apresentou a maior potência (11 mW/m2) para a CCM cilíndrica de fluxo ascendente, enquanto que operação continua a maior potência (4,2 mW/m2) foi obtida para a CCM retangular de fluxo horizontal, a qual também apresentava uma maior facilidade na manutenção quanto aos eletrodos (adição/remoção). A CCM cúbica de fluxo ascendente devido a sua concepção simples demandava um sistema complementar para o aumento da remoção de DQO. Apesar da baixa potência mensurada para os ensaios realizados no Brasil há de se pontuar que os mesmos foram obtidos para reatores sem membranas e utilizando o esgoto sanitário, o qual apresentou grande sazonalidade. Para a etapa realizada em Portugal, foi possível realizar quinze diferentes ensaios e mais um ensaio específico de crescimento. A maior potência (10,37 mW/m2) foi obtida para CCM de câmara dupla operada de modo contínuo para um tempo de detenção hidráulico (TDH) de 20 horas. A maior potência obtida para a CCM de câmara única foi de 5,53 mW/m2 quando houve a adição do extrato de levedura (função teórica de mediador). A potência da CCM, na maioria das vezes, esteve relacionada à proporção de sólidos voláteis e totais, SV/ST, quantidade de bactérias, pH, características de operação e por fim a configuração da CCM. O ensaio de crescimento revelou a correlação da potência em função da quantidade de bactérias inseridas da massa do biofilme (SV) e mostra-se como uma ferramenta na avaliação da potência das CCM.

Isolation and characterization of microorganisms with probiotic potential

Tese de mestrado em Microbiologia Aplicada, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2016

Electron transfer in acetohydroxy acid synthase as a side reaction of catalysis. implications for the reactivity and partitioning of the carbanion/enamine form of (alpha-hydroxyethyl)thiamin diphosphate in a "nonredox" flavoenzyme

Acetohydroxy acid synthases (AHAS) are thiamin diphosphate- (ThDP-) and FAD-dependent enzymes that catalyze the first common step of branched-chain amino acid biosynthesis in plants, bacteria, and fungi. Although the flavin cofactor is not chemically involved in the physiological reaction of AHAS, it has been shown to be essential for the structural integrity and activity of the enzyme. Here, we report that the enzyme-bound FAD in AHAS is reduced in the course of catalysis in a side reaction. The reduction of the enzyme-bound flavin during turnover of different substrates under aerobic and anaerobic conditions was characterized by stopped-flow kinetics using the intrinsic FAD absorbance. Reduction of enzyme-bound FAD proceeds with a net rate constant of k' = 0.2 s(-1) in the presence of oxygen and approximately 1 s(-1) under anaerobic conditions. No transient flavin radicals are detectable during the reduction process while time-resolved absorbance spectra are recorded. Reconstitution of the binary enzyme-FAD complex with the chemically synthesized intermediate 2-(hydroxyethyl)-ThDP also results in a reduction of the flavin. These data provide evidence for the first time that the key catalytic intermediate 2-(hydroxyethyl)ThDP in the carbanionic/enamine form is not only subject to covalent addition of 2-keto acids and an oxygenase side reaction but also transfers electrons to the adjacent FAD in an intramolecular redox reaction yielding 2-acetyl-ThDP and reduced FAD. The detection of the electron transfer supports the idea of a common ancestor of acetohydroxy acid synthase and pyruvate oxidase, a homologous ThDP- and FAD-dependent enzyme that, in contrast to AHASs, catalyzes a reaction that relies on intercofactor electron transfer.