Zinc as an agent for the prevention of biofilm formation by pathogenic bacteria

Les biofilms sont des communautés structurées de micro-organismes enrobées dans une matrice extracellulaire. Les biofilms sont impliqués dans la persistance de plusieurs maladies infectieuses et la matrice extracellulaire du biofilm protège les bactéries contre les cellules du système immunitaire de l'hôte, les antibiotiques et les désinfectants. Récemment notre laboratoire a démontré que le zinc inhibe la formation de biofilm chez Actinobacillus pleuropneumoniae, une bactérie pathogène du porc. Le but de cette étude est d'évaluer l'effet du zinc sur la croissance et la formation du biofilm chez différentes bactéries pathogènes du porc, telles que Bordetella bronchiseptica, Escherichia coli, Haemophilus parasuis, Salmonella, Staphylococcus aureus et Streptococcus suis. Les bactéries ont été cultivées dans des plaques de 96 puits sous condition optimale de formation de biofilm et les biofilms ont été colorés au cristal violet. La présence du biofilm a été confirmée par microscopie confocale à balayage laser à l’aide du marqueur fluorescent FilmTracerTM FM ® 1-43. À des concentrations micromolaires, le zinc inhibe faiblement la croissance bactérienne et bloque d'une manière dose-dépendante la formation de biofilm d’A. pleuropneumoniae, Salmonella Typhimurium et H. parasuis. De plus, la formation de biofilm de E. coli, S. aureus et S. suis a été faiblement inhibée par le zinc. Nos résultats indiquent que le zinc a un effet inhibiteur sur la formation de biofilm de la plupart des pathogènes bactériens d'origine porcine. Cependant, le mécanisme sous-jacent de l'activité anti-biofilm du zinc reste à être caractérisé.

Improving the microbial production of biofuels through metabolic engineering

Les défis conjoints du changement climatique d'origine anthropique et la diminution des réserves de combustibles fossiles sont le moteur de recherche intense pour des sources d'énergie alternatives. Une avenue attrayante est d'utiliser un processus biologique pour produire un biocarburant. Parmi les différentes options en matière de biocarburants, le bio-hydrogène gazeux est un futur vecteur énergétique attrayant en raison de son efficacité potentiellement plus élevé de conversion de puissance utilisable, il est faible en génération inexistante de polluants et de haute densité d'énergie. Cependant, les faibles rendements et taux de production ont été les principaux obstacles à l'application pratique des technologies de bio-hydrogène. Des recherches intensives sur bio-hydrogène sont en cours, et dans les dernières années, plusieurs nouvelles approches ont été proposées et étudiées pour dépasser ces inconvénients. À cette fin, l'objectif principal de cette thèse était d'améliorer le rendement en hydrogène moléculaire avec un accent particulier sur l'ingénierie métabolique et l’utilisation de bioprocédés à variables indépendantes. Une de nos hypothèses était que la production d’hydrogène pourrait être améliorée et rendue plus économiquement viable par ingénierie métabolique de souches d’Escherichia coli producteurs d’hydrogène en utilisant le glucose ainsi que diverses autres sources de carbone, y compris les pentoses. Les effets du pH, de la température et de sources de carbone ont été étudiés. La production maximale d'hydrogène a été obtenue à partir de glucose, à un pH initial de 6.5 et une température de 35°C. Les études de cinétiques de croissance ont montré que la μmax était 0.0495 h-1 avec un Ks de 0.0274 g L-1 lorsque le glucose est la seule source de carbone en milieu minimal M9. .Parmi les nombreux sucres et les dérivés de sucres testés, les rendements les plus élevés d'hydrogène sont avec du fructose, sorbitol et D-glucose; 1.27, 1.46 et 1.51 mol H2 mol-1 de substrat, respectivement. En outre, pour obtenir les interactions entre les variables importantes et pour atteindre une production maximale d'hydrogène, un design 3K factoriel complet Box-Behnken et la méthodologie de réponse de surface (RSM) ont été employées pour la conception expérimentale et l'analyse de la souche d'Escherichia coli DJT135. Le rendement en hydrogène molaire maximale de 1.69 mol H2 mol-1 de glucose a été obtenu dans les conditions optimales de 75 mM de glucose, à 35°C et un pH de 6.5. Ainsi, la RSM avec un design Box-Behken était un outil statistique utile pour atteindre des rendements plus élevés d'hydrogène molaires par des organismes modifiés génétiquement. Ensuite, l'expression hétérologue de l’hydrogénases soluble [Ni-Fe] de Ralstonia eutropha H16 (l'hydrogénase SH) a tenté de démontrer que la mise en place d'une voie capable de dériver l'hydrogène à partir de NADH pourrait surpasser le rendement stoechiométrique en hydrogène.. L’expression a été démontrée par des tests in vitro de l'activité enzymatique. Par ailleurs, l'expression de SH a restaurée la croissance en anaérobie de souches mutantes pour adhE, normalement inhibées en raison de l'incapacité de réoxyder le NADH. La mesure de la production d'hydrogène in vivo a montré que plusieurs souches modifiées métaboliquement sont capables d'utiliser l'hydrogénase SH pour dériver deux moles d’hydrogène par mole de glucose consommé, proche du maximum théorique. Une autre stratégie a montré que le glycérol brut pourrait être converti en hydrogène par photofermentation utilisant Rhodopseudomonas palustris par photofermentation. Les effets de la source d'azote et de différentes concentrations de glycérol brut sur ce processus ont été évalués. À 20 mM de glycérol, 4 mM glutamate, 6.1 mol hydrogène / mole de glycérol brut ont été obtenus dans des conditions optimales, un rendement de 87% de la théorie, et significativement plus élevés que ce qui a été réalisé auparavant. En prolongement de cette étude, l'optimisation des paramètres a également été utilisée. Dans des conditions optimales, une intensité lumineuse de 175 W/m2, 30 mM glycérol et 4.5 mM de glutamate, 6.69 mol hydrogène / mole de glycérol brut ont été obtenus, soit un rendement de 96% de la valeur théorique. La détermination de l'activité de la nitrogénase et ses niveaux d'expression ont montré qu'il y avait relativement peu de variation de la quantité de nitrogénase avec le changement des variables alors que l'activité de la nitrogénase variait considérablement, avec une activité maximale (228 nmol de C2H4/ml/min) au point central optimal. Dans la dernière section, la production d'hydrogène à partir du glucose via la photofermentation en une seule étape a été examinée avec la bactérie photosynthétique Rhodobacter capsulatus JP91 (hup-). La méthodologie de surface de réponse avec Box-Behnken a été utilisée pour optimiser les variables expérimentales de façon indépendante, soit la concentration de glucose, la concentration du glutamate et l'intensité lumineuse, ainsi que d'examiner leurs effets interactifs pour la maximisation du rendement en hydrogène moléculaire. Dans des conditions optimales, avec une intensité lumineuse de 175 W/m2, 35 mM de glucose, et 4.5 mM de glutamate,, un rendement maximal d'hydrogène de 5.5 (± 0.15) mol hydrogène /mol glucose, et un maximum d'activité de la nitrogénase de 246 (± 3.5) nmol C2H4/ml/min ont été obtenus. L'analyse densitométrique de l'expression de la protéine-Fe nitrogenase dans les différentes conditions a montré une variation significative de l'expression protéique avec un maximum au point central optimisé. Même dans des conditions optimales pour la production d'hydrogène, une fraction significative de la protéine Fe a été trouvée dans l'état ADP-ribosylée, suggérant que d'autres améliorations des rendements pourraient être possibles. À cette fin, un mutant amtB dérivé de Rhodobacter capsulatus JP91 (hup-) a été créé en utilisant le vecteur de suicide pSUP202. Les résultats expérimentaux préliminaires montrent que la souche nouvellement conçue métaboliquement, R. capsulatus DG9, produit 8.2 (± 0.06) mol hydrogène / mole de glucose dans des conditions optimales de cultures discontinues (intensité lumineuse, 175 W/m2, 35 mM de glucose et 4.5 mM glutamate). Le statut d'ADP-ribosylation de la nitrogénase-protéine Fe a été obtenu par Western Blot pour la souche R. capsulatus DG9. En bref, la production d'hydrogène est limitée par une barrière métabolique. La principale barrière métabolique est due au manque d'outils moléculaires possibles pour atteindre ou dépasser le rendement stochiométrique en bio-hydrogène depuis les dernières décennies en utilisant les microbes. À cette fin, une nouvelle approche d’ingénierie métabolique semble très prometteuse pour surmonter cette contrainte vers l'industrialisation et s'assurer de la faisabilité de la technologie de la production d'hydrogène. Dans la présente étude, il a été démontré que l’ingénierie métabolique de bactéries anaérobiques facultatives (Escherichia coli) et de bactéries anaérobiques photosynthétiques (Rhodobacter capsulatus et Rhodopseudomonas palustris) peuvent produire de l'hydrogène en tant que produit majeur à travers le mode de fermentation par redirection métabolique vers la production d'énergie potentielle. D'autre part, la méthodologie de surface de réponse utilisée dans cette étude représente un outil potentiel pour optimiser la production d'hydrogène en générant des informations appropriées concernant la corrélation entre les variables et des producteurs de bio-de hydrogène modifiés par ingénierie métabolique. Ainsi, un outil d'optimisation des paramètres représente une nouvelle avenue pour faire un pont entre le laboratoire et la production d'hydrogène à l'échelle industrielle en fournissant un modèle mathématique potentiel pour intensifier la production de bio-hydrogène. Par conséquent, il a été clairement mis en évidence dans ce projet que l'effort combiné de l'ingénierie métabolique et la méthodologie de surface de réponse peut rendre la technologie de production de bio-hydrogène potentiellement possible vers sa commercialisation dans un avenir rapproché.

Antibody Based Diagnostic for Detection Of Vibrios and their Biological Control using Antagonistic Bacteria in Macrobrachium Rosenbergii Larval Rearing Systems

The main objective of the work undertaken here was to develop an appropriate microbial technology to protect the larvae of M.rosenbergii in hatchery from vibriosis. This technology precisely is consisted of a rapid detection system of vibrios and effective antagonistic probiotics for the management of vibrios. The present work was undertaken with the realizations that to stabilize the production process of commercial hatcheries an appropriate, comprehensive and fool proof technology is required primarily for the rapid detection of Vibrio and subsequently for its management. Nine species of Vibrio have been found to be associated with larvae of M. rosenbergii in hatchery. Haemolytic assay of the Vibrio and Aeromonas on prawn blood agar showed that all isolates of V. alginolyticus and Aeromonas sp., from moribund, necrotized larve were haemolytic and the isolates of V.cholerae, V.splendidus II, V.proteolyticus and V.fluvialis from the larvae obtained from apparently healthy larval rearing systems were non-haemolytic. Hydrolytic enzymes such as lipase, chitinase and gelatinase were widespread amongst the Vibrio and Aeromonas isolates. Dominance of V.alginolyticus among the isolates from necrotic larvae and the failure in isolating them from rearing water strongly suggest that they infect larvae and multiply in the larval body and cause mortality in the hatchery. The observation suggested that the isolate V. alginolyticus was a pathogen to the larvae of M.rosenbergii. To sum up, through this work, nine species of Vibrio and genus Aeromonas associated with M.rosenbergii larval rearing systems could be isolated and segregated based on the haemolytic activity and the antibodies (PA bs) for use in diagnosis or epidemiological studies could be produced, based on a virulent culture of V.alginolyticus. This could possibly replace the conventional biochemical tests for identification. As prophylaxis to vibriosis, four isolates of Micrococcus spp. and an isolate of Pseudomonas sp. could be obtained which could possibly be used as antagonistic probiotics in the larval rearing system of M.rosenbergii.

Polyphosphate Accumulation by Marine Bacteria

Phosphate (Pi) is one among the most important essential residues in maintenance and inheritance of life, with far diverse physiological role as structural, functional and energy transduction. Phosphate accumulation in wastewaters containing run off of fertilizers and industrial discharges is a global problem that results in algal blooms in bays, lakes and waterways. Currently available methods for removing phosphates from wastewater are based primarily on polyP accumulation by the activated sludge bacteria. PolyP plays a critical role in several environmental and biotechnological problems. Possible relation of interaction between polyP accumulation phenomenon, the low biomass, low Pi uptake, and varying results obtained in response to the impact of sodium chloride, pH, temperature, various inorganic salts and additional carbon sources studied, are all intriguing observations in the present investigation. The results of the present study have evidenced very clearly the scope for potential strains of bacteria from both sea water and marine sediments which could be exploited both for Pi removal in wastewater released by industries and intensive aquaculture practices in to the aquatic environment as well as to harness the potential strains for industrial production of polyP which was wide range of applications.

Laser Induced Fluorescence Based Optical Fiber Probe for Analyzing Bacteria

Optical fiber based laser induced fluorescence (LIF) measurements were carried out using Rhodamine B to analyze two different species of bacteria , a Gram-positive bacteria namely Bacillus smithii , and fibrin alginolvticus, a Gram- negative bacteria . The fiber sensor was clearly able to distinguish between the two species of bacteria . Quenching effect of the dye Rhodamine B by Bacillus smithii was observed . The effect of dye on the samples was also studied in detail.

Heterotrophic Bacteria Associated with Healthy and Moribund Larvae of Penaeus monodon H.Milne Edwards

Heterotrophic bacterial flora of Pmonadon from an apparently healthy hatchery system as well as a pool with heavy mortality were isolated and studied. In the healthy systems comparatively higher generic diversity with Pseudomonas, Acinetobacter, Bacillus, Micrococcus, members of the family Enterobacteriaceae and coryneform group in the diminishing order of dominance was recorded. Meanwhile from the moribund larvae and rearing water Aeromonas and Pseudomonas could be isolated in almost equal proportions. Strikingly, Aeromonas could not be isolated from the apparently healthy larval rearing system and its exclusive occurrence in the sick culture system in comparatively higher percentage suggested its possible role in the mortality. They were found to be highly halophilic exhibiting growth at 10% NaCl. On testing their sensitivity to twenty antibiotics, four of them (Streptomycin, Gentamycin, Methamine mandelate and Cloramphenicol) were found to be effective on all the isolates of Aeromonas and Pseudomonas suggesting their possible application in the hatchery system in times of emergency. While doing so, Streptomycin would do comparatively better than the others as the minimum inhibitory dose required was comparatively lower (200ppm) within a period of 24 hours

Phosphatases from Bacteria Isolated from the Arabian Sea and Cochin Estuary

This study aims to reveal the ability of bacteria isolated from Cochin estuary and the Arabian Sea to produce phosphatases, important characters of the enzymes, its ability to utilize organophosphorus compounds as source of phosphate and also their role in degradation of organophosphorus pesticides. It deals with isolation, identification and screening of bacteria for phosphatase production, and it describes the effect of cultural conditions on growth and phosphatase production. The effect of various factors like pH, NaCl concentration, temperature of incubation, carbon source, period of incubation etc. on growth and phosphatase production by the two selected species were studied to establish suitable environment for phosphatase production by these bacteria. In this study regulation of phosphatase synthesis, characteristics of acid and alkaline phosphatases are discussed.

Laser induced fluorescence based optical fiber probe for analyzing bacteria

Optical fiber based laser induced fluorescence (LIF) measurements were carried out using Rhodamine B to analyze two different species of bacteria , a Gram-positive bacteria namely Bacillus .cmithii , and fibrin alginolvticus, a Gram-' negative bacteria . The fiber sensor was clearly able to distinguish between the two species of bacteria . Quenching effect of the dye Rhodamine B by Bacillus smitltii was observed . The effect of dye on the samples was also studied in detail.

Studies on Lactic Acid Bacteria from Tropical Fish and Shellfish

In this study, an attempt has been made to gather enough information regarding lactic acid bacteria from fish and shellfish of tropical regions. The occurrence and distribution of lactic acid bacteria in fresh and frozen marine fish and shellfish, farmed fish and shellfish, cured and pickled fish and shellfish have been investigated. Lactic Acid Bacteria (LAB) have for centuries been responsible for the fermentative preservation of many foods. They are used to retard spoilage and preserve foods through natural fermentations. They have found commercial applications as starter cultures in the dairy, baking, meat, fish, and vegetable and alcoholic beverage industries. They are industrially important organisms recognized for their fermentative ability as well as their nutritional benefits. These organisms produce various compounds such as organic acids, diacetyl, hydrogen peroxide and bacteriocins or bactericidal proteins during lactic fermentations.Biopreservation of foods using bacteriocin producing LAB cultures is becoming widely used. The antimicrobial effect of bacteriocins and other compounds produced during fermentation of carbohydrates are well known to inhibit the growth of certain food spoiling bacteria as well as a limited group of food poisoning and pathogenic bacteria LAB like Lactobacillus plantarum are widely used as starter cultures for the Production of fish ensilage. The present study is the first quantitative and qualitative study on the occurrence and distribution of lactic acid bacteria in fresh and frozen fish and prawn. It is concluded that Lactobacillus plantaruni was the predominant lactobacillus species in fresh and frozen fish and shellfish. The ability of selected Lactobacillus cultures to grow at low temperatures, high salt content, produce bacteriocins, rapidly ferment sugars and decrease the pH make them potential candidates for biopreservation of fish and shellfish.

Biochemical Effect of Dicarboxylic Acids on Oxalate Metabolism in Experimental Rats and Studies on Oxalate Degrading Bacteria

The current study is an attempt to find a means of lowering oxalate concentration in individuals susceptible to recurrent calcium oxalate stone disease.The formation of renal stone composed of calcium oxalate is a complex process that remains poorly understood and treatment of idiopathic recurrent stone formers is quite difficult and this area has attracted lots of research workers. The main objective of this work are to study the effect of certain mono and dicarboxylic acids on calcium oxalate crystal growth in vitro, isolation and characterization of oxalate degrading bacteria, study the biochemical effect of sodium glycollate and dicarboxylic acids on oxalate metabolism in experimental stone forming rats and To investigate the effect of dicarboxylic acids on oxalate metabolism in experimental hyperoxaluric rats. Oxalic acid is one of the most highly oxidized organic compound widely distributed in the diets of man and animals, and ingestion of plants that contain high concentration of oxalate may lead to intoxication. Excessive ingestion of dietary oxalate may lead to hyperoxaluria and calcium oxalate stone disease.The formation of calcium oxalate stone in the urine is dependent on the saturation level of both calcium and oxalate. Thus the management of one or both of these ions in individuals susceptible to urolithiasis appears to be important. The control of endogenous oxalate synthesis from its precursors in hyperoxaluric situation is likely to yield beneficial results and can be a useful approach in the medical management of urinary stones. A variety of compounds have been investigated to curtain endogenous oxalate synthesis which is a crucial factor, most of these compounds have not proved to be effective in the in vivo situation and some of them are not free from the toxic effect. The non-operative management of stone disease has been practiced in ancient India in the three famous indigenous systems of medicine, Ayurveda, Unani and Siddha, and proved to be effective.However the efficiency of most of these substances is still questionable and demands further study. Man as well as other mammals cannot metabolize oxalic acid. Excessive ingestion of oxalic acid can arise from oxalate rich food and from its major metabolic precursors, glycollate, glyoxylate and ascorbic acid can lead to an acute oxalate toxicity. Increasedlevels of circulating oxalate, which can result in a variety of diseases including renal failure and oxalate lithiasis. The ability to enzymatically degrade oxalate to less noxious Isubstances, formate and CO2, could benefit a great number of individuals including those afflicted with hyperoxaluria and calcium oxalate stone disease.