Description of Gluconacetobacter sacchari sp. nov., a new species of acetic acid bacterium isolated from the leaf sheath of sugar cane and from the pink sugar-cane mealy bug

A new species of the genus Gluconacetobacter, for which the name Gluconacetobacter sacchari sp. nov. is proposed, was isolated from the leaf sheath of sugar cane and from the pink sugar-cane mealy bug, Saccharicoccus sacchari, found on sugar cane growing in Queensland and northern New South Wales, Australia, The nearest phylogenetic relatives in the alpha-subclass of the Proteobacteria are Gluconacetobacter liquefaciens and Gluconacetobacter diazotrophicus, which have 98.8-99.3% and 97.9-98.5% 16S rDNA sequence similarity, respectively, to members of Gluconacetobacter sacchari. On the basis of the phylogenetic positioning of the strains, DNA reassociation studies, phenotypic tests and the presence of the Q10 ubiquinone, this new species was assigned to the genus Gluconacetobacter. No single phenotypic characteristic is unique to the species, but the species can be differentiated phenotypically from closely related members of the acetic acid bacteria by growth in the presence of 0.01% malachite green, growth on 30% glucose, an inability to fix nitrogen and an inability to grow with the L-amino acids asparagine, glycine, glutamine, threonine and tryptophan when D-mannitol was supplied as the sole carbon and energy source. The type strain of this species is strain SRI 1794(T) (= DSM 12717(T)).

Can a N-2-fixing Gluconacetobacter diazotrophicus association with sugarcane be achieved?

Several published studies claim that high rates of N-2 fixation occur in sugarcane and sorghum, and have ascribed this result to infection by the bacterium Gluconacetobacter diazotrophicus, abetted by arbuscular mycorrhizal infection ( Glomus clarum). These results have not been confirmed within Australia. In this study, G. diazotrophicus was detected in stalks of field-grown sugarcane in Australia ( based on phenotypic tests, and a PCR test using species-specific primers developed to amplify a fragment of the G. diazotrophicus 16S rRNA gene). Isolates were nitrogenase positive ( acetylene reduction assay) in vitro. However, in glasshouse trials involving inoculation of sugarcane setts with G. diazotrophicus, co-inoculation with mycorrhizae, and plant growth under low N status, recovery of bacteria from maturing plants was variable. At 165 days from planting, no appreciable N-2-fixation, as assessed by dry weight increment, N budget, or N-15 ratio, of either an Australian or a Brazilian cultivar of sugarcane, or a sorghum cultivar, was achieved. We conclude that a N-2-fixing sugarcane - G. diazotrophicus association is not easily achievable, being primarily limited by a lack of infection.

Diversidade de Gluconacetobacter diazotrophicus isolada de plantas de cana-de-açúcar cultivadas no Brasil

O objetivo deste trabalho foi avaliar a diversidade da população de Gluconacetobacter diazotrophicus oriunda de cultivares de cana-de-açúcar (Saccharum spp.) de diferentes regiões e bancos de germoplasma. O estudo foi realizado com 123 isolados, obtidos de folhas, colmos e raízes de 80 espécies e híbridos de cana-de-açúcar, procedentes de diferentes países e mantidos em coleções de germoplasma nos Estados da Bahia e Rio de Janeiro. Foram utilizados cinco isolados obtidos de plantas de café (Coffea arabica), dois de abacaxi (Ananas comosus) e um de Pennisetum purpureum e mais 10 estirpes com padrões eletroforéticos distintos, após o uso de enzimas comuns do metabolismo microbiano (MLEE). O agrupamento obtido por meio da técnica de imunoadsorção com enzima acoplada (ELISA) sugere que as variações expressas pelos isolados não estão relacionadas com a espécie de planta, a variedade de cana-de-açúcar, a origem geográfica, a parte da planta de onde os isolados foram obtidos e o tempo de amostragem. Altas doses de nitrogênio levaram à diminuição da diversidade de G. diazotrophicus.

Isolamento de Gluconacetobacter spp. em diferentes tipos de solos

O objetivo deste trabalho foi o aprimoramento da técnica de imunocaptura para utilização em amostras de solo contendo altos teores de argila e sua aplicação no isolamento de estirpes de Gluconacetobacter diazotrophicus a partir de amostras de solo cultivado com cana-de-açúcar e café. A técnica de imunocaptura foi aplicada com sucesso no isolamento de bactérias de amostras de solo. A modificação do método de imunocaptura com Al2(SO4)3 permitiu a sua aplicação em amostras de solo argiloso pela floculação da argila em suspensão. Este método mostrou-se efetivo no isolamento de G. diazotrophicus inoculada em amostras de solo arenoso e argiloso aos cinco dias após a inoculação. A sensibilidade máxima do método em isolar células de G. diazotrophicus mediante cultura pura foi de 10³ células mL-1 . A modificação da técnica permitiu o isolamento de Gluconacetobacter spp. de amostras de solo colhidas a 50 cm das raízes de plantas de café, mas não de amostras de solo colhidas à mesma distância de plantas de cana-de-açúcar.

Uso de diferentes fontes de carbono por estirpes de Gluconacetobacter diazotrophicus isoladas de cana-de-açúcar

O objetivo deste trabalho foi quantificar a população de Gluconactobacter diazotrophicus presente em plântulas de 34 variedades de cana-de-açúcar, e caracterizar os isolados quanto à capacidade de utilizar diversas fontes de carbono e formar pigmento róseo em presença de luz. A população de G. diazotrophicus foi quantificada pela técnica do número mais provável e isolada em meios de cultura semi-seletivos. A população de G. diazotrophicus foi maior no sistema radicular do que na parte aérea, e maior nas variedades brasileiras de cana-de-açúcar. Os isolados utilizaram poucas fontes de carbono, e aqueles obtidos do sistema radicular utilizaram maior número de fontes, em comparação aos da parte aérea. Apenas a estirpe padrão Ppe-4 e quatro outros isolados formam pigmento róseo em presença de luz. A baixa variação observada pode estar relacionada com o habitat ou com a adaptação dessa população às condições específicas do interior das plantas e, por isso, a estrutura genética da população dessas bactérias é limitada e conservada.

Análise comparativa dos genes de reparo do DNA em Gluconacetobacter diazotrophicus e Gluconobacter oxydans

Gluconacetobacter diazotrophicus é uma alfa-proteobactéria Gram-negativa, tolerante a meios ácidos, fixadora de nitrogênio atmosférico e foi a primeira bactéria diazotrófica endofítica isolada da cana-de-açúcar. Por sua vez, Gluconobacter oxydans, também alfa-proteobactéria Gram-negativa, possui a capacidade de oxidar incompletamente alcoóis e carboidratos. Ambas de interesse biotecnológico e industrial, essas bactérias tiveram seus genomas seqüenciados completamente em 2007. Desta forma, foi de interesse desse trabalho analisar e comparar os genes de reparo do DNA devido sua importância na manutenção da integridade genômica. Sendo assim, as vias de reparo presentes nos dois organismos foram identificadas, utilizando como base uma terceira alfa-proteobactéria, a Caulobacter crescentus, cujos genes de reparo foram descritos por um trabalho anterior e também os genes bem estabelecidos para o reparo do DNA em Escherichia coli. Para esse estudo, um banco de dados contendo ortólogos para os genes de reparo de DNA encontrados nos organismos foi criado e análises comparativas por similaridade usando o pacote Blast e o software Clustal foram feitas. Este estudo demonstrou que as principais vias de reparo ao DNA reparos por excisão, reparo direto, reparo recombinacional e reparo pelo sistema SOS estão presentes nos organismos analisados, demonstrando, na maioria das vezes, boa similaridade com E. coli. Interessantemente, foram encontradas duplicações gênicas nos quais uma das cópias estava presente no cromossomo e a outra, no plasmídeo, como no caso de UvrD, DnaE e Ssb, possivelmente caracterizando eventos de transferência lateral. Por fim, uma grande novidade foi a identificação de ortólogos para RecB em G. diazotrophicus e G. oxydans e de ortólogos duplicados de RecD em G. diazotrophicus. Até o momento, não havia sido relatada a presença de membros da via de iniciação RecBCD do reparo recombinacional em alfaproteobactérias

Desenvolvimento de métodos de cultivo de Gluconacetobacter xylinus para obtenção de compósitos à base de celulose bacteriana e colágeno tipo I adicionado in situ

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Bacterial cellulose production by Gluconacetobacter xylinus by employing alternative culture media

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Design, development, and use of molecular primers and probes for the detection of Gluconacetobacter species in the pink sugarcane mealybug

Molecular tools for the species-specific detection of Gluconacetobacter sacchari, Gluconacetobacter diazotrophicus, and Gluconacetobacter liquefaciens from the pink sugarcane mealybug (PSMB) Saccharicoccus sacchari Cockerell (Homiptera: Pseudococcidae) were developed and used in polymerase chain reactions (PCR) and in fluorescence in situ hybridizations (FISH) to better understand the microbial diversity and the numerical significance of the acetic acid bacteria in the PSMB microenvironment. The presence of these species in the PSMB occurred over a wide range of sites, but not in all sites in sugarcane-growing areas of Queensland, Australia, and was variable over time. Molecular probes for use in FISH were also designed for the three acetic acid bacterial species, and shown to be specific only for the target species. Use of these probes in FISH of squashed whole mealybugs indicated that these acetic acid bacteria species represent only a small proportion of the microbial population of the PSMB. Despite the detection of Glac. sacchari, Glac. diazotrophicus, and Glac. liquefaciens by PCR from different mealybugs isolated at various times and from various sugarcane-growing areas in Queensland, Australia, these bacteria do not appear to be significant commensals in the PSMB environment.

Investigation into the ability of Gluconacetobacter sacchari to live as an endophyte in sugarcane

The relatively low numbers and sporadic pattern of incidence of the acetic acid bacterium Gluconacetobacter sacchari with the pink sugarcane mealybug (PSMB) Saccharicoccus sacchari Cockerell (Homoptera: Pseudococcidae) over time and from different sugarcane-growing regions do not indicate that Glac. sacchari is a significant commensal of the PSMB, as has been previously proposed. This study was conducted to investigate the hypothesis that Glac. sacchari is, like its closest relative Glac. diazotrophicus, an endophyte of sugarcane (Saccharum officinarium L.). In this study, both Glac. sacchari and Glac. diazotrophicus were isolated from internal sugarcane tissue, although the detection of both species was sporadic in all sugarcane-growing regions of Queensland tested. To confirm the ability of Glac. sacchari to live endophytically, an experiment was conducted in which the roots of micropropagated sugarcane plantlets were inoculated with Glac. sacchari, and the plantlets were subsequently examined for the presence of the bacterium in the stem cells. Pure cultures of Glac. sacchari were grown from homogenized surface sterilized sugarcane stems inoculated with Glac. sacchari. Electron microscopy was used to provide further conclusive evidence that Glac. sacchari lives as an endophyte in sugarcane. Scanning electron microscopy of (SEM) sugarcane plantlet stems revealed rod-shaped cells of Glac. sacchari within a transverse section of the plantlet stem cells. The numbers of bacterial cells inside the plant cell indicated a successful infection and colonization of the plant tissue. Using transmission electron microscopy, (TEM) bacterial cells were more difficult to find, due to their spatial separation. In our study, bacteria were mostly found singularly, or in groups of up to four cells inside intercellular spaces, although bacterial cells were occasionally found inside other cells.

Bacterial cellulose as a novel substrate for retinal pigment epithelium cells transplantation in age-related macular degeneration

Tese de Doutoramento em Engenharia Química e Biológica.

Bacterial cellulose-lactoferrin as an antimicrobial edible packaging

Bacterial cellulose (BC) films from two distinct sources (obtained by static culture with Gluconacetobacter xylinus ATCC 53582 (BC1) and from a commercial source (BC2)) were modified by bovine lactoferrin (bLF) adsorption. The functionalized films (BC+bLF) were assessed as edible antimicrobial packaging, for use in direct contact with highly perishable foods, specifically fresh sausage as a model of meat products. BC+bLF films and sausage casings were characterized regarding their water vapour permeability (WVP), mechanical properties, and bactericidal efficiency against two food pathogens, Escherichia coli and Staphylococcus aureus. Considering their edibility, an in vitro gastrointestinal tract model was used to study the changes occurring in the BC films during passage through the gastrointestinal tract. Moreover, the cytotoxicity of the BC films against 3T3 mouse embryo fibroblasts was evaluated. BC1 and BC2 showed equivalent density, WVP and maximum tensile strength. The percentage of bactericidal efficiency of BC1 and BC2 with adsorbed bLF (BC1+bLF and BC2+bLF, respectively) in the standalone films and in inoculated fresh sausages, was similar against E. coli (mean reduction 69 % in the films per se versus 94 % in the sausages) and S. aureus (mean reduction 97 % in the films per se versus 36 % in the case sausages). Moreover, the BC1+bLF and BC2+bLF films significantly hindered the specific growth rate of both bacteria. Finally, no relevant cytotoxicity against 3T3 fibroblasts was found for the films before and after the simulated digestion. BC films with adsorbed bLF may constitute an approach in the development of bio-based edible antimicrobial packaging systems.

Materials nanocomposits a partir de whiskers de cel•lulosa i matriu polimèrica de cautxú

De acuerdo con los objetivos generales del proyecto y plan de trabajo previsto, para esta anualidad, se obtuvieron fibras y microfibras de celulosa a partir de dos fuentes: celulosa vegetal de pino y eucalipto y celulosa bacterial. Las microfibrillas han sido utilizadas como material de refuerzo para la fabricación de materiales compuestos a partir de caucho natural, policaprolactona y polivinil alcohol. Las muestras se fabricaron mediante la técnica de "casting" en medio acuoso y temperatura ambiente. Las muestras fueron caracterizados en sus propiedades mecánicas, físicas y térmicas. Se observó que, en general, la adición de las microfibrillas de celulosa en las matrices poliméricas provoca una mejora sustancial en las propiedades mecánicas del material en comparación con el polímero sin reforzar. Los resultados pueden resumirse de la siguiente manera: 1.Fabricación de materiales compuestos a base de caucho natural y fibras de celulosa. Se obtuvieron fibras y nanofibras de celulosa que fueron modificadas químicamente y usadas como refuerzo en matriz de caucho. Los resultados mostraron mejora de propiedades mecánicas del material, principalmente en los materiales compuestos reforzados con nanofibras. 2. Obtención de whiskers de celulosa y su utilización como material de refuerzo en una matriz de policaprolactona. Se obtuvieron whiskers de celulosa a partir de pasta blanqueada. La adición en una matriz de policaprolactona produjo materiales compuestos con propiedades mecánicas superiores a la matriz, con buena dispersión de los whiskers. 3. Obtención de fibras de celulosa bacterial y nanofibras de celulosa, aislamiento y utilización sobre una matriz de polivinil alcohol. Se obtuvo celulosa bacterial a partir de la bacteria Gluconacetobacter xylinum. Además se fabricaron nanofibras de celulosa a partir eucalipto blanqueado. La celulosa bacterial como material de refuerzo no produjo importantes mejoras en las propiedades mecánicas de la matriz; en cambio se observaron mejoras destacables con la nanofibra como refuerzo.

Desenvolvimento Inicial de Duas Variedades de Cana-de-açúcar Inoculadas com Bactérias Diazotróficas

RESUMO A cana-de-açúcar é uma cultura de grande destaque na economia, em razão da produção de açúcar, etanol e energia. Tecnologias que possam contribuir para o aumento da produtividade e qualidade da cultura com mínimos danos ao meio ambiente são necessárias. Objetivou-se avaliar a produção de ácido indol acético de cinco estirpes de bactérias diazotróficas e o efeito da inoculação delas na brotação de duas variedades de cana-de-açúcar, RB867515 e IACSP95-5000. A produção de auxina foi determinada pelo teste colorimétrico, usando o reagente de Salkowski. Para avaliar a germinação, foi conduzido um experimento em casa de vegetação, utilizando-se delineamento experimental em blocos ao acaso com quatro repetições e sete tratamentos: controle não inoculado; inoculação mista com as cinco estirpes e inoculação individual com Gluconacetobacter diazotrophicus (Gd) estirpe BR11281T(PAL-5T), Herbaspirillum seropedicae (Hs - BR11335 = HRC54), Herbaspirillum rubrisubalbicans (Hr - BR11504 = HCC103), Burkholderia tropica (Bt - BR11366T = PPe 8 T) e Azospirillum amazonense (Aa - BR11145 = CBAMc). As bactérias mais eficientes na produção de auxina foram Hs e Hr, declinando 48 h após o crescimento. Hr, Aa e Bt aumentaram o índice de velocidade de germinação e o número de brotações nas duas variedades. Na var. RB867515, a velocidade de germinação ainda foi positivamente influenciada pela inoculação mista, sendo o mesmo observado pela inoculação de Gd na var. IACSP95-5000.

Relação entre distribuição de nitrogênio e colonização por bactérias diazotróficas em cana-de-açúcar

O objetivo deste trabalho foi avaliar a relação entre a distribuição de nitrogênio na planta e a colonização por Gluconacetobacter diazotrophicus e Herbaspirillum spp. Foi implantado um experimento em parcelas subdivididas, tendo como tratamentos quatro genótipos: SP70-1143, SP79-2312 (híbridos), Krakatau (Saccharum spontaneum L.) e Chunnee (Saccharum barberi Jesw.); e quatro épocas de coleta: 90, 180, 360 e 540 dias após o plantio, com quatro repetições. Os parâmetros estudados foram: porcentual de nitrogênio, nitrato, N amino livre e o número mais provável de população das bactérias Gluconacetobacter diazotrophicus e Herbaspirillum spp. Os valores mais elevados de nitrogênio foram observados aos 90 dias após o plantio, nas folhas e colmo apical; as maiores concentrações N amino ocorreram nas raízes, colmo basal e folhas da variedade SP79-2312 e no colmo apical do genótipo Chunnee. O maior acúmulo de nitrato foi observado nos colmos basais e intermediários, sobretudo na variedade SP79-2312. O N protéico mostrou ser o maior componente do nitrogênio porcentual, com a mesma tendência nas diferentes partes da planta. O maior valor na população de G. diazotrophicus ocorreu nas raízes de SP70-1143, SP79-2312 e Krakatau, e nos quatro genótipos de Herbaspirillum spp.