A comparative study of the preventative effects exerted by two probiotics, Lactobacillus reuteri and Lactobacillus fermentum, in the trinitrobenzenesulfonic acid model of rat colitis

The intestinal anti-inflammatory effects of two probiotics isolated from breast milk, Lactobacillus reuteri and L. fermentum, were evaluated and compared in the trinitrobenzenesulfonic acid (TNBS) model of rat colitis. Colitis was induced in rats by intracolonic administration of 10 mg TNBS dissolved in 50% ethanol (0.25 ml). Either L. reuteri or L. fermentum was daily administered orally (5 x 10(8) colony-forming units suspended in 0.5 ml skimmed milk) to each group of rats (n 10) for 3 weeks, starting 2 weeks before colitis induction. Colonic damage was evaluated histologically and biochemically, and the colonic luminal contents were used for bacterial studies and for SCFA production. Both probiotics showed intestinal anti-inflammatory effects in this model of experimental colitis, as evidenced histologically and by a significant reduction of colonic myeloperoxidase activity (P<0.05). L. fermentum significantly counteracted the colonic glutathione depletion induced by the inflammatory process. In addition, both probiotics lowered colonic TNFalpha levels (P<0.01) and inducible NO synthase expression when compared with non-treated rats; however, the decrease in colonic cyclo-oxygenase-2 expression was only achieved with L.fermentum administration. Finally, the two probiotics induced the growth of Lactobacilli species in comparison with control colitic rats, but the production of SCFA in colonic contents was only increased when L. fermentum was given. In conclusion, L. fermentum can exert beneficial immunomodulatory properties in inflammatory bowel disease, being more effective than L. reuteri, a probiotic with reputed efficacy in promoting beneficial effects on human health.

An in vitro study of the probiotic potential of a bile-salt-hydrolyzing Lactobacillus fermentum strain, and determination of its cholesterol-lowering properties

This study evaluated the use of a bile-salt-hydrolyzing Lactobacillus fermentum strain as a probiotic with potential hypocholesterolemic properties. The effect of L. fermentum on representative microbial populations and overall metabolic activity of the human intestinal microbiota was investigated using a three-stage continuous culture system. Also, the use of galactooligosaccharides as a prebiotic to enhance growth and/or activity of the Lactobacillus strain was evaluated. Administration of L. fermentum resulted in a decrease in the overall bifidobacterial population (ca. 1 log unit). In the in vitro system, no significant changes were observed in the total bacterial, Lactobacillus, Bacteroides, and clostridial populations through L. fermentum supplementation. Acetate production decreased by 9 to 27%, while the propionate and butyrate concentrations increased considerably (50 to 90% and 52 to 157%, respectively). A general, although lesser, increase in the production of lactate was observed with the administration of the L. fermentum strain. Supplementation of the prebiotic to the culture medium did not cause statistically significant changes in either the numbers or the activity of the microbiota, although an increase in the butyrate production was seen (29 to 39%). Results from this in vitro study suggest that L.Fermentum KC5b is a candidate probiotic which may affect cholesterol metabolism. The short-chain fatty acid concentrations, specifically the molar proportion of propionate and/or bile salt deconjugation, are probably the major mechanism involved in the purported cholesterol-lowering properties of this strain.

In vitro immunomodulatory activity of Lactobacillus fermentum CECT5716 and Lactobacillus salivarius CECT5713: two probiotic strains isolated from human breast milk

Commensal bacteria, including some species of lactobacilli commonly present in human breast milk, appear to colonize the neonatal gut and contribute to protection against infant infections, suggesting that lactobacilli could potentially modulate immunity. In this study, we evaluated the potential of two Lactobacillus strains isolated from human milk to modulate the activation and cytokine profile of peripheral blood mononuclear cell (PBMC) subsets in vitro. Moreover, these effects were compared to the same probiotic species of non-milk origin. Lactobacillus salivarius CECT5713 and Lactobacillus fermentum CECT5716 at 105, 106 and 107 bacteria/mL were co-cultured with PBMC (106/mL) from 8 healthy donors for 24 h. Activation status (CD69 and CD25 expressions) of natural killer (NK) cells (CD56+), total T cells (CD3+), cytotoxic T cells (CD8+) and CD4+ T cells was determined by flow cytometry. Regulatory T cells (Treg) were also quantified by intracellular Foxp3 evaluation. Regarding innate immunity, NK cells were activated by addition of both Lactobacillus strains, and in particular, the CD8+ NK subset was preferentially induced to highly express CD69 (90%, p<0.05). With respect to acquired immunity, approximately 9% of CD8+ T cells became activated after co-cultivation with L. fermentum or L salivarius. Although CD4+ T cells demonstrated a weaker response, there was a preferential activation of Treg cells (CD4+CD25+Foxp3+) after exposure to both milk probiotic bacteria (p<0.05). Both strains significantly induced the production of a number of cytokines and chemokines, including TNFα, IL-1β, IL-8, MIP-1α, MIP-1β, and GM-CSF, but some strain-specific effects were apparent. This work demonstrates that L salivarius CECT5713 and L. fermentum CECT5716 enhanced both natural and acquired immune responses, as evidenced by the activation of NK and T cell subsets and the expansion of Treg cells, as well as the induction of a broad array of cytokines.

Development of antimicrobial synbiotics using potentially-probiotic faecal isolates of Lactobacillus fermentum and Bifidobacterium longum

The aims of the present study were to investigate in vitro the antimicrobial activity of Lactobacillus fermentum and Bifidobacterium longum, isolated from faeces of healthy elderly individuals, against enterohaemorrhagic Escherichia coli (E. coli O157:H7) and enteropathogenic E. coli (E. coli O86), to determine the capability of the selected strains to tolerate acid and bile in vitro, to select suitable carbohydrates in order to enhance the growth and maximise antimicrobial activity of the putative probiotic organisms and examine the adhesion properties of the synbiotics. Antimicrobial activity of the putative probiotics and synbiotics was investigated by a microtitre method using cell-free culture supernatants (CFCS). Results of the antimicrobial assay showed that both putative probiotic strains produced compounds at pH 5 that lead to higher lag phases of both E. coli O157:H7 and E. coli O86. When half the quantity of cell-free culture supernatants of both probiotic strains was used at pH 5, B. longum maintained the same antimicrobial effect against both strains of E. coli, whereas L. fermentum lead to a higher lag phase of E. coli O86 only. Neutralization of the culture supernatants with alkali reduced the antimicrobial effect with only cell-free supernatant of L. fermentum causing lower maximum growth rates of E. coli O157:H7 and E. coli O86. L. fermentum appeared to be acid tolerant whereas B. longum was more susceptible to acid and both isolates were bile tolerant. A short chain fructooligosaccharide (scFOS) and an isomalto-oligosaccharide (IMO) proved to be the most effective substrates, enhancing antimicrobial activity for L. fermentum and B. longum respectively. The adhesion of the synbiotic combinations showed that L. fermentum, exhibited higher percentage of adhesion when grown on glucose and as a synbiotic combination with scFOS whereas B. longum exhibited lowest percentage of adhesion when grown on both glucose and IMO.

Floculação de leveduras por Lactobacillus fermentum em processos industriais de fermentação alcoólica avaliada por técnica fotométrica

Na produção de álcool por fermentação com leveduras, a floculação manifesta-se como um mecanismo natural de agregação de células. Essa condição pode ser induzida por vários fatores, entre eles, a interação entre bactérias floculentas como Lactobacillus fermentum e as leveduras. Esse fato torna-se prejudicial para o processo, pois tanto nas unidades que se utilizam do sistema de recuperação de células por centrifugação, como nas que não o utilizam, ocorrem perdas excessivas de fermento, em conseqüência dos problemas operacionais decorrentes da floculação, comprometendo seriamente o desempenho industrial. No presente trabalho, avaliou-se a floculação em vinho proveniente de fermentação experimental, sob duas condições de pH de fermento tratado utilizadas como inóculo e temperaturas de fermentação, não se observando diferenças significativas entre elas. Com este estudo, pôde-se ainda avaliar a capacidade de dispersão dos flocos em três condições de pH no tratamento do fermento em fase industrial, mostrando diferenças altamente significativas entre elas. A maior capacidade de dispersão no tratamento do fermento é desejável para o controle da floculação industrial, permitindo a sua centrifugação, com conseqüente separação das bactérias contaminantes do fermento. Essas constatações tornaram-se possíveis pelo emprego da técnica usual de determinação da floculação por espectrofotometria, modificada pela desfloculação prévia das amostras de vinho e fermento, o que conferiu maior estabilidade nas leituras.

Effects of nutritional factors on growth of Lactobacillus fermentum mixed with Saccharomyces cerevisiae in alcoholic fermentation

The growth of Lactobacillus fermentum was studied in mixed culture with Saccharomyces cerevisiae during alcoholic fermentation of high test molasses (HTM). Yeast extract or a group of 17 amino acids caused a strong and fast decrease in yeast viability due to the strong increase of acidity produced by bacteria. Pure culture of Lactobacillus fermentum in dry sugar cane broth confirmed amino acids as the main nutrients needed to stimulate the growth of bacterial contaminant during alcoholic fermentation. The absence of L. fermentum growth was obtained when leucine: isoleucine or valine were not added to the medium. Phenylalanine, alanine, glutamic acid, cystine, proline, histidine, arginine, threonine, tryptophane, serine and methionine inhibited the bacterial growth at least in one of the cultures of L. fermentum tested.

Efeito da radiação de microondas sobre Lactobacillus fermentum; linhagens: CCT4143; CCT4144; CCT4145; CCT4146 e FT038B

Pós-graduação em Ciências Biológicas (Microbiologia Aplicada) - IBRC

Chemical inhibition of the contaminant Lactobacillus fermentum from distilleries producing fuel bioethanol

The purpose of this study was to determine the Minimum Inhibitory Concentration (MIC) of pure or mixed chemicals for Saccharomyces cerevisiae and Lactobacillus fermentum in the samples isolated from distilleries with serious bacterial contamination problems. The biocides, which showed the best results were: 3,4,4' trichlorocarbanilide (TCC), tested at pH 4.0 (MIC = 3.12 mg/l), TCC with benzethonium chloride (CBe) at pH 6.0 (MIC = 3.12 mg/l) and TCC mixed with benzalkonium chloride (CBa) at pH 6.0 (MIC = 1.53 mg /l). If CBa was used in sugar cane milling in 1:1 ratio with TCC, a 8 times reduction of CBa was possible. This formulation also should be tested in fermentation steps since it was more difficult for the bacterium to develop resistance to biocide. There was no inhibition of S. cerevisiae and there were only antibiotics as an option to bacterial control of fuel ethanol fermentation by S. cerevisiae.

Avaliação da contaminação conjunta de Dekkera bruxellensis e Lactobacillus fermentum sobre a fermentação alcoólica: efeito do substrato e formas de controle

As contaminações por leveduras selvagens e por bactérias no processo de produção de etanol combustível no Brasil causam prejuízos ao rendimento fermentativo e aumento de custos pelo uso de biocidas. No entanto, poucos estudos tem focado no efeito das contaminações conjuntas de leveduras selvagens e bactérias e as possíveis interações entre os micro-organismos, especialmente em função dos diferentes substratos de fermentação e das formas de controle. Este trabalho teve por objetivos verificar o efeito do substrato (caldo de cana e melaço) sobre o desenvolvimento das contaminações pela levedura da espécie Dekkera bruxellensis e pela bactéria Lactobacillus fermentum, em co-culturas com Saccharomyces cerevisiae (linhagem industrial PE-2) e possíveis formas de controle do crescimento dos contaminantes (pelo uso de metabissulfito de potássio e adição de etanol ao tratamento ácido) sem afetar a levedura do processo. Os testes foram realizados em condições de crescimento (substrato com 4 °Brix, culturas agitadas) e fermentação com reciclo celular (substrato com 16 °Brix, culturas estáticas). Houve interação entre as leveduras e a bactéria quando crescidas em caldo de cana 4 °Brix. A levedura industrial não foi afetada pela presença dos micro-organismos contaminantes, no entanto, para D. bruxellensis a presença de L. fermentum interferiu positivamente no crescimento, com aumento no número de UFC, e consequentemente inibição do crescimento da bactéria. Em melaço, houve um estímulo ao crescimento de L. fermentum quando em co-cultura com S. cerevisiae. Houve influência das contaminações sobre os parâmetros avaliados no experimento (pH, açúcar redutor total, etanol, glicerol e crescimento das células) e a contaminação conjunta de L. fermentum e D. bruxellensis potencializou o efeito das contaminações pelos micro-organismos isoladamente, tanto em caldo quanto em melaço. A adição de 13% de etanol à solução de ácido sulfúrico pH 2,0 no tratamento celular resultou em uma diminuição significativa no número de UFC de D. bruxellensis (entre 90-99%). A levedura PE-2 foi pouco afetada pelo tratamento proposto. A bactéria L. fermentum teve seu crescimento afetado em todas as combinações testadas. Como os experimentos foram feitos em co-culturas, verificouse que pode haver influência de um micro-organismo sobre a viabilidade do outro, dependendo da reação ao tratamento ácido-etanol. O metabissulfito de potássio (MBP), no intervalo entre 200-400 mg/L, foi eficaz para controlar o crescimento de D. bruxellensis dependendo do meio de cultura e linhagem. Quando adicionado (250 mg/L) à solução ácida (pH 2,0) no tratamento celular, um efeito significativo foi observado nas culturas mistas, pois ocorreu a inativação do SO2 pela S. cerevisiae e uma provável proteção das células de D. bruxellensis, não sendo essa levedura prejudicada pelo MBP. A resposta fisiológica de S. cerevisiae na presença de MBP pode explicar a diminuição significativa na produção de etanol. Quando o MBP foi adicionado ao meio de fermentação, resultou no controle da D. bruxellensis mas não em sua morte, com efeito menos intensivo sobre a eficiência fermentativa. Em cocultura com a adição de MBP, a eficiência fermentativa foi significativamente menor do que na ausência de MBP.

Efeito do substrato e das condições de tratamento do fermento sobre a fermentação etanólica contaminada com leveduras Saccharomyces cerevisiae selvagens e Lactobacillus fermentum

Pouco se sabe sobre o efeito do substrato e a interação entre as leveduras selvagens e bactérias do gênero Lactobacillus na fermentação alcoólica, pois os estudos tem se concentrado na avaliação dos efeitos da contaminação por um ou outro contaminante separadamente. Diante disso, este trabalho teve como objetivos estudar o efeito do substrato e das condições de tratamento do fermento sobre as fermentações contaminadas com ambos os micro-organismos, leveduras S. cerevisiae selvagens (três linhagens apresentando colônias rugosas e células dispostas em pseudohifas) e Lactobacillus fermentum, tendo a linhagem industrial de S. cerevisiae PE-2 como levedura do processo. Foram realizadas fermentações em batelada em mosto de caldo e de melaço, sem reciclo e com reciclo celular, utilizando tanto a cultura pura da linhagem PE-2 quanto as culturas mistas com as linhagens rugosas e ou L. fermentum. Foram avaliadas modificações no tratamento ácido do fermento, visando o controle do crescimento dos contaminantes sem afetar a levedura do processo. Em seguida, foram conduzidas fermentações contaminadas e não contaminadas submetidas ao tratamento ácido combinado com adição de etanol, tanto em caldo quanto em melaço, utilizando-se PE-2, uma das linhagens rugosas e L. fermentum. A atividade da invertase extracelular foi também avaliada em ambos os substratos para os micro-organismos estudados, em condições de crescimento. Concluiu-se que o tipo de substrato de fermentação, caldo de cana ou melaço, influenciou o desempenho da linhagem industrial PE-2 assim como afetou o desenvolvimento das contaminações com as leveduras rugosas S. cerevisiae na presença ou ausência da bactéria L. fermentum, em fermentações sem reciclo celular. O efeito da contaminação foi mais evidente quando se utilizou caldo de cana do que melaço como substrato, no caso da contaminação com leveduras rugosas, e o inverso no caso da contaminação com L. fermentum. O efeito da contaminação sobre a eficiência fermentativa foi maior na presença da levedura rugosa do que com a bactéria, e a contaminação dupla (tanto com a levedura rugosa quanto com a bactéria) não teve efeito maior sobre a eficiência fermentativa do que a contaminação simples, por um ou por outro micro-organismo isoladamente, especialmente na fermentação em batelada com reciclo celular, independentemente do substrato. Nas fermentações com reciclo de células, o efeito do substrato foi menos evidente. O controle do crescimento das linhagens rugosas pode ser realizado modificando o tratamento ácido normalmente realizado na indústria, seja pela adição de etanol à solução ácida ou pelo abaixamento do pH, dependendo da linhagem rugosa. O tratamento combinado baixo pH (2,0) + 13% etanol afetou a fisiologia da linhagem industrial, trazendo prejuízos à fermentação com reciclo celular, com pequeno controle sobre o crescimento da levedura rugosa e causando morte celular à L. fermentum. A diferença na atividade invertásica entre as linhagens rugosas e industrial de S. cerevisiae pode ser a responsável pela fermentação lenta apresentada pelas linhagens rugosas quando presentes na fermentação, sendo não significativa a influência do substrato sobre a atividade dessa enzima.

Effect of immersion and inoculation in ovo of Lactobacillus spp. in embryonated chicken eggs in the prevention of Salmonella enteritidis after hatch

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

Potential beneficial properties of bacteriocin-producing lactic acid bacteria isolated from smoked salmon

Aims: To evaluate the probiotic properties of strains isolated from smoked salmon and previously identified as bacteriocin producers. Methods and Results: Strains Lactobacillus curvatus ET06, ET30 and ET31, Lactobacillus fermentum ET35, Lactobacillus delbrueckii ET32, Pediococcus acidilactici ET34 and Enterococcus faecium ET05, ET12 and ET88 survived conditions simulating the gastrointestinal tract (GIT) and produced bacteriocins active against several strains of Listeria monocytogenes, but presented very low activity against other lactic acid bacteria (LAB). Cell-free supernatants containing bacteriocins, added to 3-h-old cultures of L. monocytogenes 603, suppressed growth over 12 h. Auto-aggregation was strain-specific, and values ranged from 7 center dot 2% for ET35 to 12 center dot 1% for ET05. Various degrees of co-aggregation with L. monocytogenes 603, Lactobacillus sakei ATCC 15521 and Enterococcus faecalis ATCC 19443 were observed. Adherence of the bacteriocinogenic strains to Caco-2 cells was within the range reported for Lactobacillus rhamnosus GG, a well-known probiotic. The highest levels of hydrophobicity were recorded for Lact. curvatus (61 center dot 9-64 center dot 6%), Lact. fermentum (78 center dot 9%), Lact. delbrueckii (43 center dot 7%) and Ped. acidilactici (51 center dot 3%), which are higher than the one recorded for Lact. rhamnosus GG (53 center dot 3%). These strains were highly sensitive to several antibiotics and affected by several drugs from different generic groups in a strain-dependent manner. Conclusions: Smoked salmon is a rich source of probiotic LAB. All strains survived conditions simulating the GIT and produced bacteriocins active against various pathogens. Adherence to Caco-2 cells was within the range reported for Lact. rhamnosus GG, a well-known probiotic. In addition, the high hydrophobicity readings recorded define the strains as good probiotics. Significance and Impact of the Study: Smoked salmon contains a number of different probiotic LAB and could be marketed as having a potential beneficial effect.

Quantificação da floculação de Saccharomyces cerevisiae por bactérias contaminantes da fermentação alcoólica

O assentamento de células de leveduras no fundo das dornas e perdas de células nas centrífugas podem ser causadas por bactérias floculantes, contaminantes naturais da fermentação alcoólica industrial. Estes problemas levam a queda no rendimento e produtividade do etanol. O presente trabalho visa a caracterização da floculação de Saccharomyces cerevisiae por Lactobacillus fermentum CCT 1396. As células de leveduras e bactérias foram misturadas e a floculação das células quantificadas por espectrofotometria. Concentrações de bactérias numa faixa de 0,4 a 3,8g/L (biomassa seca) foram testadas a fim de determinar a ótima concentração de bactérias necessária para provocar a floculação das leveduras. O efeito de pH na floculação das células de leveduras e bactérias foi determinado. 1,38g/L de bactéria foi necessário para a floculação, de 65,4g/L de células de levedura com tempo de contato entre as células (sob agitação) de 15 minutos e repouso de 20 minutos. No pH 3,0 pouco efeito na floculação celular foi detectado e as células continuaram floculadas, mas na faixa de pH 2,0 -- 2,5 a floculação foi próxima de zero. Esta técnica pode ser utilizada para o controle da floculação de leveduras de indústrias de produção de álcool, para determinar a origem desta floculação, já que trata-se de uma técnica fácil, econômica e rápida.

Viabilidade celular de Saccharomyces cerevisiae cultivada em associação com bactérias contaminantes da fermentação alcoólica

O objetivo deste trabalho foi estudar a influência de bactérias dos gêneros Bacillus e Lactobacillus, bem como de seus produtos metabólicos, na redução da viabilidade celular de leveduras Saccharomyces cerevisiae. As bactérias Bacillus subtilis, Bacillus coagulans, Bacillus stearothermophilus, Lactobacillus fermentum e Lactobacillus plantarum foram cultivadas em associação com a levedura S. cerevisiae (cepa Y-904) por 72 horas a 32 °C, sob agitação. A viabilidade celular, a taxa de brotamento e a população de células de S. cerevisiae e a acidez total, a acidez volátil e o pH dos meios de cultivos foram determinados às 0, 24, 48 e 72 horas do cultivo misto. As culturas de bactérias foram tratadas através do calor, de agente antimicrobiano e de irradiação. Os resultados mostraram que apenas os meios de cultivo mais acidificados, contaminados com as bactérias ativas L. fermentum e B. subtilis, provocaram redução na viabilidade celular de S. cerevisiae. Excetuando a bactéria B. subtilis tratada com radiação gama, as demais bactérias tratadas pelos diferentes processos (calor, irradiação e antimicrobiano) não causaram diminuição da viabilidade celular e da população de S. cerevisiae, indicando que a presença isolada dos metabólitos celulares dessas bactérias não foi suficiente para reduzir a porcentagem de células vivas de S. cerevisiae.