Biodegradation of some organic reagents from mineral process effluents

The utility of a soil microbe, namely Bacillus polymyxa, in the removal of organic reagents such as dodecylamine, ether diamine, isopropyl xanthate and sodium oleate from aqueous solutions is demonstrated. Time-bound removal of the above organic reagents from an alkaline solution was investigated under different experimental conditions during bacterial growth and in the presence of metabolites by frequent monitoring of residual concentrations as a function of time, reagent concentration and cell density. The stages and mechanisms in the biodegradation process were monitored through UV-visible and FTIR spectroscopy. Surface chemistry of the bacterial cells as well as the biosorption tendency for various organics were also established through electrokinetic and adsorption density measurements. Both the cationic amines were found to be biosorbed followed by their degradation through bacterial metabolism. The presence of the organic reagents promoted bacterial growth through effective bacterial utilization of nitrogen and carbon from the organics. Under optimal conditions, complete degradation and bioremoval of all the organics could be achieved.

Hypoxia-Mediated Impairment of the Mitochondrial Respiratory Chain Inhibits the Bactericidal Activity of Macrophages

In infected tissues oxygen tensions are low. As innate immune cells have to operate under these conditions, we analyzed the ability of macrophages (M phi) to kill Escherichia coli or Staphylococcus aureus in a hypoxic microenvironment. Oxygen restriction did not promote intracellular bacterial growth but did impair the bactericidal activity of the host cells against both pathogens. This correlated with a decreased production of reactive oxygen intermediates (ROI) and reactive nitrogen intermediates. Experiments with phagocyte NADPH oxidase (PHOX) and inducible NO synthase (NOS2) double-deficient M phi revealed that in E. coli- or S. aureus-infected cells the reduced antibacterial activity during hypoxia was either entirely or partially independent of the diminished PHOX and NOS2 activity. Hypoxia impaired the mitochondrial activity of infected M phi. Inhibition of the mitochondrial respiratory chain activity during normoxia (using rotenone or antimycin A) completely or partially mimicked the defective antibacterial activity observed in hypoxic E. coli-or S. aureus-infected wild-type M phi, respectively. Accordingly, inhibition of the respiratory chain of S. aureus-infected, normoxic PHOX-/- NOS2(-/-) M phi further raised the bacterial burden of the cells, which reached the level measured in hypoxic PHOX-/- NOS2(-/-) M phi cultures. Our data demonstrate that the reduced killing of S. aureus or E. coli during hypoxia is not simply due to a lack of PHOX and NOS2 activity but partially or completely results from an impaired mitochondrial antibacterial effector function. Since pharmacological inhibition of the respiratory chain raised the generation of ROI but nevertheless phenocopied the effect of hypoxia, ROI can be excluded as the mechanism underlying the antimicrobial activity of mitochondria.

Moderate intensity static magnetic field has bactericidal effect on E. coli and S. epidermidis on sintered hydroxyapatite

The application of electromagnetic field in the context of bacteria associated infections on biomaterial surfaces has not been extensively explored. In this work, we applied a moderate intensity static magnetic field (100 mT) to understand the adhesion and growth behavior of both gram positive (S. epidermidis) and gram negative bacteria (E. coli) and also to investigate bactericidal/bacteriostatic property of the applied electromagnetic field. An in-house built magnetometer was used to apply static homogeneous magnetic field during a planned set of in vitro experiments. Both the sintered hydroxyapatite (HA) and the control samples seeded with bacteria were exposed to the magnetic field (100 mT) for different timescale during their log phase growth. Quantitative analysis of the SEM images confirms the effect of electromagnetic field on suppressing bacterial growth. Furthermore, cell integrity and inner membrane permeabilization assays were performed to understand the origin of such effect. The results of these assays were statistically analyzed to reveal the bactericidal effect of magnetic field, indicating cell membrane damage. Under the investigated culture conditions, the bactericidal effect was found to be less effective for S. Epidermidis than E. coli. (c) 2012 Wiley Periodicals, Inc. J Biomed Mater Res Part B: Appl Biomater 2012:100B:12061217, 2012.

Contaminants removal by bentonite amended slow sand filter

Earlier studies have indicated that variability in size, surface texture and charge greatly influence the contaminant removal process in granular media. Based on surface characteristics of montmorillonite, it is anticipated that small addition of this clay would increase adhesion sites for bacterial growth and extracellular polymer production in the slow sand filter and thereby enhance its contaminant removal ability. Experiments were performed by permeating groundwater contaminated with pathogens (total coliform and E. Coli) and inorganic contaminants through the bentonite amended slow sand filter (BASSF). Surprisingly, the BASSF retained inorganic contaminants besides pathogens. Water-leach tests (pH of water leachate ranged from 2 to 9) with spent BASSF specimen indicated that the inorganic contaminants are irreversibly adsorbed to a large extent. It is considered that the combined effects of enhanced-organic matter mediated adhesion sites and increased hydraulic retention time enables the BASSF specimen to retain inorganic contaminants. It is envisaged that BASSF filters could find use in treating contaminated groundwater for potable needs at household and community level.

Microbially-induced pyrite removal from galena using Bacillus subtilis

Cells and metabolic products of Bacillus subtilis were used in microbially-induced flocculation and flotation to separate pyrite from galena. Enhanced selective affinity of bacterial cells towards pyrite was observed when compared to galena through adsorption studies. Both extracellular (EP) and intracellular (IP) bacterial proteins were isolated from B. subtilis before and after interaction with the minerals and their profiles established through SDS-PAGE. Protein fractions exhibited significant surface affinity towards galena when compared to pyrite. Presence of galena during bacterial growth promoted increased generation of extracellular proteins, while that of pyrite resulted in enhanced production of exopolysaccharides. Galena surfaces were rendered hydrophobic after bacterial interaction.

Synergistic effect of static magnetic field and HA-Fe3O4 magnetic composites on viability of S. aureus and E. coli bacteria

In addressing the issue of prosthetic infection, this work demonstrated the synergistic effect of the application of static magnetic field (SMF) and ferrimagnetic substrate properties on the bactericidal property in vitro. This aspect was studied using hydroxyapatite (HA)-xFe(3)O(4) (x=10, 20, and 40 wt.%) substrates, which have different saturation magnetization properties. During bacteria culture experiments, 100 mT SMF was applied to growth medium (with HA-xFe(3)O(4) substrate) in vitro for 30, 120, and 240 min. A combination of MTT assay, membrane rupture assays, live/dead assay, and fluorescence microscopic analysis showed that the bactericidal effect of SMF increases with the exposure duration as well as increasing Fe3O4 content in biomaterial substrates. Importantly, the synergistic bactericidal effect was found to be independent of bacterial cell type, as similar qualitative trend is measured with both gram negative Escherichia coli (E. coli) and gram positive Staphylococcus aureus (S. aureus) strains. The reduction in E. coli viability was 83% higher on HA-40 Wt % Fe3O4 composite after 4 h exposure to SMF as compared to nonexposed control. Interestingly, any statistically significant difference in ROS was not observed in bacterial growth medium after magnetic field exposure, indicating the absence of ROS enhancement due to magnetic field. Overall, this study illustrates significant role being played by magnetic substrate compositions towards bactericidal property than by magnetic field exposure alone. (c) 2013 Wiley Periodicals, Inc. J Biomed Mater Res Part B: Appl Biomater, 102B: 524-532, 2014.

Conditional silencing of topoisomerase I gene of Mycobacterium tuberculosis validates its essentiality for cell survival

Topoisomerases are an important class of enzymes for regulating the DNA transaction processes. Mycobacterium tuberculosis (Mtb) is one of the most formidable pathogens also posing serious challenges for therapeutic interventions. The organism contains only one type IA topoisomerase (Rv3646c), offering an opportunity to test its potential as a candidate drug target. To validate the essentiality of M.tuberculosis topoisomerase I (TopoI(Mt)) for bacterial growth and survival, we have generated a conditionally regulated strain of topoI in Mtb. The conditional knockdown mutant exhibited delayed growth on agar plate. In liquid culture, the growth was drastically impaired when TopoI expression was suppressed. Additionally, novobiocin and isoniazid showed enhanced inhibitory potential against the conditional mutant. Analysis of the nucleoid revealed its altered architecture upon TopoI depletion. These studies establish the essentiality of TopoI for the M.tuberculosis growth and open up new avenues for targeting the enzyme.

Cytotoxicity of Ultrasmall Gold Nanoparticles on Planktonic and Biofilm Encapsulated Gram-Positive Staphylococci

The emergence of multidrug resistant bacteria, especially biofilm-associated Staphylococci, urgently requires novel antimicrobial agents. The antibacterial activity of ultrasmall gold nanoparticles (AuNPs) is tested against two gram positive: S. aureus and S. epidermidis and two gram negative: Escherichia coli and Pseudomonas aeruginosa strains. Ultrasmall AuNPs with core diameters of 0.8 and 1.4 nm and a triphenylphosphine-monosulfonate shell (Au0.8MS and Au1.4MS) both have minimum inhibitory concentration (MIC) and minimum bactericidal concentration of 25 x 10(-6)m Au]. Disc agar diffusion test demonstrates greater bactericidal activity of the Au0.8MS nanoparticles over Au1.4MS. In contrast, thiol-stabilized AuNPs with a diameter of 1.9 nm (AuroVist) cause no significant toxicity in any of the bacterial strains. Ultrasmall AuNPs cause a near 5 log bacterial growth reduction in the first 5 h of exposure, and incomplete recovery after 21 h. Bacteria show marked membrane blebbing and lysis in biofilm-associated bacteria treated with ultrasmall AuNP. Importantly, a twofold MIC dosage of Au0.8MS and Au1.4MS each cause around 80%-90% reduction in the viability of Staphylococci enveloped in biofilms. Altogether, this study demonstrates potential therapeutic activity of ultrasmall AuNPs as an effective treatment option against staphylococcal infections.

Citotoxicidade e genotoxicidade do Listerine em culturas de Escherichia coli e plamídios

A utilização de testes de biocompatibilidade de materiais odontológicos é necessária para avaliar a segurança dos mesmos. Listerine é um enxaguatório comercial usado para a prevenção e tratamento da gengivite. O objetivo do estudo foi avaliar os efeitos citotóxico e genotóxico do Listerine em culturas de Escherichia coli e plasmídios. Na avaliação da citotoxicidade, culturas de E. coli AB1157 e BW9091 foram incubadas com Listerine (10, 50 e 100%) e o crescimento acompanhado pela densidade óptica (DO) em 600nm por 7 horas(h). Para avaliar a sobrevivência, culturas de E. coli AB1157, em fase exponencial, foram centrifugadas, ressuspensas em solução salina (NaCl 0,9%) e incubadas (1h, 37C) com Listerine (10, 50, 100%, 1h, 37 C). Alíquotas foram semeadas em placas de Petri contendo meio nutritivo nos tempos 0, 30 e 60 minutos e armazenadas em estufa bacteriológica (18h, 37 C). As unidades formadoras de colônias contadas e as frações de sobrevivência (FS) calculadas. Como controles, culturas tratadas salina ou etanol (21,6%). Para genotoxicidade, plasmídios pBSK foram incubados com Listerine (10, 50 e 100%) e com etanol (2,16%, 10,8% e 21,6%), associados ou não ao SnCl2(200g/mL, 30 minutos, temperatura ambiente), realizada eletroforese em gel de agarose (0,8%, 8V/cm), observados por transiluminação UV e obtido o percentual da forma superespiralada (%SE). Os resultados indicam que o enxaguatório Listerine foi capaz de inibir o crescimento bacteriano de culturas de E. coli na maior concentração utilizada. O enxaguatório, na maior concentração, diminuiu a sobrevivência das culturas bacterianas testadas. Listerine não modificou o perfil eletroforético do plasmídios, indicando ausência de efeito genotóxico e também foi capaz de proteger os plamídios da ação do SnCl2. Além disso, o etanol, na mesma concentração presente no Listerine, não alterou o perfil eletroforético dos plasmídios, sendo capaz de protegê-lo da ação do SnCl2. Os resultados indicaram que o Listerine apresentou efeito citotóxico em culturas de E. coli e ausência de potencial genotóxico em plamídios, sendo capaz de protegê-los, bem como o etanol, dos efeitos genotóxicos do SnCl2.

Análise da viabilidade celular de um monobiofilme de Streptococcus mutans após exposição a colutórios bucais presentes no mercado brasileiro

Este estudo tem como propósito analisar a eficácia de diferentes formulações de antissépticos bucais presentes no mercado brasileiro sobre um monobiofilme de Streptococcus mutans (ATCC 25175). O experimento foi realizado expondo as amostras às formulações por 1 minuto. Os biofilmes foram desenvolvidos semeando as cepas em tubos de ensaio contendo meio de cultura TSB acrescido de 1% de sacarose por 7 dias, com trocas de meio a cada 48 horas. A amostra foi dividida em grupos: monobiofilme tratado com solução contendo clorexidina (controle positivo); monobiofilme tratado com solução contendo óleos essenciais; monobiofilme tratado com solução contendo triclosan; biofilme tratado com solução contendo triclosan acrescido de cloreto de zinco; monobiofilme tratado com solução contendo cloreto de cetilpiridínio; monobiofilme tratado com solução salina fisiológica estéril (controle negativo). Para a análise do efeito pós antibiotico, as cepas foram removidas e plaqueadas imediatamente após a exposição e após 2 horas de crescimento em meio TSB. A média do crescimento bacteriano foi convertida em unidades formadoras de colônia (UFC) para análise. Para analizar a capacidade de recolonização as cepas foram inoculadas em TSB acrescido de sacarose por 48hs. os valores submetidos à análise estatística pelo teste t-student e ANOVA com modificação de Tukey e Dunnett. Os resultados nos permitem concluir que: todos os grupos tratados com antissépticos apresentaram redução das concentrações de microrganismos viáveis em relação ao controle negativo, nos dois tempos analizados. As formulações contendo triclosan e óleos essenciais não apresentaram diferença nem relação ao controle positivo e nem entre eles mesmos, também nos dois tempos. As formulações de antissépticos, contendo clorexidina, óleos essenciais, triclosan podem alterar a capacidade de recolonização do monobiofilme, neste modelo.

Infiltração microbiana por Enterococcus faecalis em canais retrobturados com MTA, iRoot SP e Endo CPM Sealer

O objetivo deste trabalho consistiu na análise da infiltração apical em dentes retrobturados por três materiais: MTA, iROOT SP e Endo CPM Sealer. Para tal, foram utilizados 51 dentes humanos extraídos, incisivos centrais superiores, que foram instrumentados manualmente com limas tipo K, pela técnica Crown-down, obturados com compactação lateral e, após serem apicectomizados a 3mm aquém do ápice foram submetidos à retrobturação, com os três materiais propostos. As amostras foram divididas, randomicamente, em três grupos: GI MTA, GII iROOT SP e GIII Endo CPM Sealer, cada grupo com 15 amostras. Os dentes foram inseridos em tubos de eppendorfs, e feitos a impermeabilização do remanescente radicular utilizando duas camadas de cianocrilato, epóxi, e outra camada de esmalte. Em cada eppendorf foi adicionado caldo TSB estéril e uma suspensão de Enterococcos faecalis e adaptado ao frasco de vidro com meio de cultura enterococcosel. A infiltração bacteriana foi verificada pela turvação do meio de cultura. Após a análise no período de 60 dias, podemos concluir que durante esse tempo ocorreram infiltrações no Grupo I, 43,75 % das amostras apresentaram turvamento do meio de cultura demonstrando persistência da infecção. Já no Grupo II, 31,25 % das amostras tiveram crescimento bacteriano. Por fim no Grupo III, 25,00 % houve a infiltração. Grupos controle positivo e negativo para crescimento bacteriano foram realizados (n=3, cada). Os cimentos testados comportaram-se de maneira semelhante frente à infiltração bacteriana durante o período testado.

Papel de metaloproteases de Estreptococos do grupo B na interação,viabilidade celular e indução de apoptose e necrose em células endoteliais e epiteliais humanas

Estreptococos do grupo B (EGB) é a principal causa de sepse e meningite neonatal e tem sido recentemente reconhecido como patógeno responsável por infecções invasivas em adultos imunocomprometidos (idosos ou portadores de doenças crônicas). Os EGB produzem inúmeras enzimas extracelulares, várias das quais interagem com o sistema imune do hospedeiro e são importantes durante a interação EGB-hospedeiro, bem como para o desenvolvimento da doença. Estudos anteriores mostraram que metaloproteases estão envolvidas em várias vias metabólicas em diferentes tipos celulares. Por esta razão, nós decidimos investigar o possível envolvimento de metaloproteases de EGB durante a interação celular e apoptose/necrose induzida pelo micro-organismo em células endoteliais da veia umbilical humana (HUVEC) e da linhagem de epitélio respiratório (A549). Tratamento de EGB com inibidores de metaloproteases (EDTA, EGTA e FEN) não induziu alterações no crescimento bacteriano, mas promoveu alterações na expressão de proteínas de superfície, capacidade adesiva e perfil de sobrevivência intracelular do patógeno. O EGB e o sobrenadante do crescimento bacteriano (meio condicionado; MC) promoveram a morte das células HUVEC e A549. Contudo, o tratamento com inibidores de metaloproteases restauraram a viabilidade celular induzida pelos EGB e o MC, sugerindo que metaloproteases bacteriana estão envolvidas no rompimento da barreira celular, promovendo a disseminação bacteriana. Este trabalho descreve pela primeira vez apoptose e necrose induzidas pelo EGB e MC em HUVEC e células A549 após 24h de incubação, respectivamente. Nós também observamos redução da pró-caspase-3 após infecção das HUVEC com EGB e MC, sugerindo ativação da caspase-3. Além disso, o aumento da expressão da proteína pró-apoptótica Bax e diminuição dos níveis da proteína anti-apoptótica Bcl-2 em HUVEC, demonstram o envolvimento do mecanismo apoptótico mitocondrial (via intrínseca). A melhor compreensão das bases moleculares da patogênese do EGB contribui para identificar novas moléculas bacterianas e hospedeiras que podem representar novos alvos terapêuticos ou imunoprofiláticos contra a doença causada por esse patógeno neonatal.

Influência do limite e do calibre apical após a instrumentação mecanizada com instrumentos reciprocantes na extrusão bacteriana apical

O objetivo deste estudo foi avaliar ex vivo a extrusão bacteriana apical após instrumentação com um sistema de instrumento único reciprocante e verificar a influência de diferentes limites e diâmetros apicais nesta. Sessenta e quatro raízes de pré-molares foram utilizadas. Os dentes foram acessados e seus canais radiculares foram contaminados com uma suspensão de Enterococcus faecalis e incubados por 30 dias possibilitando crescimento bacteriano em biofilme. Os dentes contaminados foram divididos em quatro grupos com 15 espécimes cada. O calibre dos instrumentos utilizados e comprimento de trabalho de cada grupo foram respectivamente R25 à 0mm do forame, R25 aquém 1mm, R40 a 0mm e R40 aquém 1mm. Foram feitos grupos controle de crescimento bacteriano positivo e negativo. As bactérias extruídas apicalmente durante a instrumentação foram coletadas em frascos de vidro contendo 0,9% de NaCl. As amostras microbiológicas foram retiradas destes frascos e incubadas em meio BHI ágar, durante 24 horas. O crescimento bacteriano foi contado e os resultados foram expressos em unidades formadoras de colônia (UFC). Os dados foram analisados pelo teste estatístico de Kruskal-Wallis. Não houve diferença estatisticamente significante no número de UFC entre os quatro grupos (p>0,05). A partir da análise dos resultados e dentro das limitações deste estudo foi possível concluir que independente do comprimento de trabalho e da ampliação foraminal haverá similar quantidade de extrusão bacteriana.

Estudo do crescimento bacteriano e da aplicação de procedimentos de limpeza e desinfecção no aço inoxidável 304L

Técnicas de limpeza química ou mecânica são comumente empregadas para evitar a formação de biofilmes e problemas associados com a colonização de superfícies por micro-organismos. Neste trabalho, amostras de aço inox 304L foram submetidas a ensaios acelerados de crescimento de biofilme, o qual foi posteriormente removido por tratamentos de limpeza e desinfecção (choque térmico com água a 70C por 1h, limpeza com ácido fosfórico 20 % v/v por 30min e desinfecção com peróxido de hidrogênio 0,17 % v/v por 1h). Com o objetivo de verificar a influência destes tratamentos na remoção do biofilme, este foi caracterizado (por quantificação microbiana e análises de espectroscopia de impedância eletroquímica - EIE), antes e após a aplicação dos tratamentos. Dois casos foram estudados. No primeiro caso, simularam-se condições presentes em tubulações de ambientes hospitalares e sistemas de distribuição de água quente. O micro-organismo utilizado foi a bactéria Serratia marcences. O processo de formação de biofilme e posterior limpeza e desinfecção foi realizado de modo contínuo durante 15 semanas. Os resultados de quantificação microbiana e de EIE mostraram que desde a primeira semana de exposição e ao longo dos ensaios, formou-se um biofilme aderente à superfície do aço e que o emprego dos tratamentos de limpeza e desinfecção não foi eficaz na remoção do biofilme. Em um segundo caso, simularam-se condições presentes em tubulações da indústria de água mineral, empregando-se a bactéria Pseudomonas aeruginosa. Neste caso, as técnicas de limpeza e desinfecção foram aplicadas individualmente e em conjunto. A aplicação de choque térmico, assim como da limpeza ácida, sobre um biofilme com 72 h de formação foi capaz de eliminar as bactérias viáveis, presentes na superfície do aço. Entretanto, a desinfecção com peróxido de hidrogênio não foi capaz de eliminá-las. Nas duas condições, porém, as análises de EIE do sistema aço/biofilme mostraram que o mesmo não foi completamente removido da superfície do metal. Correlacionando os dois casos, pode-se inferir que a superfície do aço inox 304L é rapidamente colonizada pelas duas espécies microbianas e que as técnicas de limpeza e desinfecção são capazes de reduzir e até eliminar as células viáveis, embora não removam completamente o biofilme da superfície. Por outro lado, é importante ressaltar que fatores como a arquitetura, espessura e porosidade do biofilme, e propriedades intrínsecas da superfície, são fatores que afetam os valores de impedância medidos, sendo necessário considerá-los na análise, tanto da formação do biofilme, quanto dos efeitos dos procedimentos de limpeza e desinfecção

Avaliação da extrusão bacteriana apical após instrumentação mecanizada com sistemas reciprocantes de instrumento único comparados a um sistema rotatório multi-instrumento

O objetivo deste estudo foi avaliar ex vivo a extrusão bacteriana apical após instrumentação mecanizada com sistemas reciprocantes de instrumento único e movimento reciprocante (WaveOne and Reciproc) comparados a um sistema multi-instrumentos (BioRaCe). Quarenta e cinco incisivos inferiores humanos unirradiculares, ovais e de anatomia semelhante foram utilizados. Os dentes foram acessados e seus canais radiculares foram contaminados com uma suspensão de Enterococcus faecalis e incubados por 30 dias possibilitando crescimento bacteriano em biofilme. Os dentes contaminados foram divididos em três grupos com 15 espécimes cada (RE - Reciproc, WO -WaveOne e BR - BioRaCe). Foram utilizados oito dentes para grupos controle de crescimento bacteriano positivo e negativo. As bactérias extruídas apicalmente durante a instrumentação foram coletadas em frascos de vidro contendo 0,9% de NaCl. As amostras microbiológicas foram retiradas dos frascos e incubadas em meio BHI ágar, durante 24 horas. O crescimento bacteriano foi contado e os resultados foram expressos em unidades formadoras de colônia (UFC). Os dados foram analisados pelos testes estatísticos de Wilcoxon e Kruskal-Wallis. Não houve diferença estatisticamente significante no número de UFC entre os dois sistemas reciprocantes (p>0,05). Em contrapartida, o sistema de instrumentos rotatórios mostrou uma quantidade de UFC significativamente maior do que os dois outros grupos (p <0,05). A partir da análise dos resultados e dentro das limitações deste estudo foi possível concluir que todos os sistemas de instrumentação testados extruem bactérias apicalmente. No entanto, ambos os sistemas de instrumento único e movimento reciprocante extruem menos bactérias apicalmente do que o sistema rotatório multi-instrumentos de referência.