Beneficial properties and safety of lactic acid bacteria isolated from the dairy production environment

Autor: Colombo, Monique
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2017
Předmět:
Zdroj: Repositório Institucional da UFVUniversidade Federal de ViçosaUFV.
Druh dokumentu: Doctoral Thesis
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Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior
Bactérias ácido lácticas (BAL) foram isoladas do ambiente de produção de leite e avaliadas quanto ao potencial benéfico. Testes preliminares e análise por PCR foram aplicados para selecionar e identificar através de sequenciamento de rRNA 16S 15 cepas de BAL: Lactobacillus (n = 11; Lb. casei MSI1, Lb. casei MSI5, Lb. casei MRUV1, Lb. casei MRUV6, Lb. acidophilus MVA3, Lb. nagelli MSIV4, Lb. harbinensis MSI3, Lb. harbinensis MSIV2, Lb. fermentum SIVGL1, Lb. plantarum MLE5 e Lb. plantarum MSI2), Pediococcus (n = 2; P. pentosaceus MLEV8 e P. acidilactici MSI7) e Weissella (n = 2; W. paramesenteroides MRUV3 e W. paramesenteroides MSAV5). Todas as linhagens selecionadas apresentaram resistência ao baixo pH e à presença de sais biliares. O teste API ZYM foi realizado para caracterizar a atividade enzimática entre as cepas e foi observada elevada atividade β-galactosidase em 13 delas. Todas as cepas apresentaram alta taxa de sobrevivência ao suco gástrico e as condições intestinais simulados, capacidade de auto-agregação e co- agregação com micro-organismos indicadores e alta hidrofobicidade da superfície celular. A maioria das cepas foi positiva para os genes de adesão map e EFTu. Os resultados de deconjugação de sais biliares mostraram forte desconjugação para todas as cepas. Todas as cepas mostraram bons resultados para assimilar lactose. Após esta etapa de caracterização do potencial benéfico, as 15 BAL foram avaliadas quanto ao potencial de virulência e de resistência antimicrobiana. A produção de fatores de virulência (hemólise, gelatinase, lipase, desoxirribonuclease e aminas biogênicas: lisina, tirosina, histidina e a ornitina) foi avaliada por métodos fenotípicos, a 25 °C e 37 °C, bem como a resistência a 17 antibióticos. Os isolados foram também submetidos à análise de PCR para identificar a presença de 49 genes associados a fatores de virulência. Nenhuma das cepas apresentou atividade hemolítica, produção de gelatinase, lipase, desoxirribonuclease e aminas biogênicas. Das 15 cepas selecionadas, para 12 tipos de antibióticos no método de difusão em disco, todas as amostras foram resistentes à oxacilina e sulfa/trimetoprim, 14 foram resistentes a gentamicina, 11 foram resistentes a clindamicina, nove cepas foram resistentes à vancomicina, oito cepas para rifampicina, cinco foram resistentes a eritromicina, quatro foram resistentes à tetraciclina, duas cepas foram resistentes à ampicilina, uma cepa foi resistente ao cloranfenicol e nenhuma apresentou resistência ao imipenem. Para um teste quantitativo do antibiograma, 5 antibióticos em fitas Etest® (bioMérieux) foram selecionados. Todas as 15 cepas foram resistentes à vancomicina, duas para rifampicina, uma para gentamicina e uma para o cloranfenicol. Em relação aos genes relacionados com virulência, 19 dos 49 genes testados estavam presentes em algumas cepas. Após a caracterização do potencial virulento das 15 BAL, estas foram avaliadas quanto ao potencial tecnológico para aplicação na indústria de laticínios. Todas as cepas apresentaram capacidade de acidificação, atingindo valores de pH entre 0.73 e 2.11 em 24 horas: Lb. casei MRUV6 apresentou maior capacidade de acidificação (pH 2.11 após 24 h). Dez cepas foram capazes de produzir diacetil a 37 °C, com exceção de Lb. casei MSI1, Lb. harbinensis MSI3, Lb. fermentum SIVGL1, Lb. plantarum MLE5 e W. paramesenteroides MRUV3. Todas as cepas foram capazes de produzir exopolissacarídeos, e apenas duas cepas apresentaram atividade proteolítica (Lb. casei MSI5 e W. paramesenteroides MSAV5). Com base nessa caracterização, Lb. casei MRUV6 foi selecionado para produzir o leite fermentado, armazenado a 4 °C e 10 °C e monitorado até 35 dias de vida útil. As amostras foram submetidas a métodos fenotípicos e moleculares para avaliar a presença de Lb. casei MRUV6 (plaqueamento convencional e RT-PCR, verificando a expressão de gapdh, um gene housekeeping) e verificar a expressão do gene bsh, relacionado à resistência à sais biliares (RT-PCR). A população de Lb. casei MRUV6 se apresentou estável durante todo o período de armazenamento a 4 °C e 10 °C a níveis em torno de 9.9 log UFC/g e também pelo monitoramento da expressão do controle endógeno GAPDH. No entanto, o gene bsh não foi expresso durante o período de armazenamento. O estudo demonstrou o potencial uso da cepa de Lb. casei MRUV6 isolada de um ambiente lácteo para a produção de um produto lácteo fermentado e sua estabilidade durante o armazenamento a 4 °C e 10 °C. Todos os isolados do estudo apresentaram características benéficas, segurança para utilização em alimentos e potencial tecnológico para utilização na indústria de laticínios. Além disso, os mesmos podem ainda ser submetidos a estudos adicionais para avaliações in vivo e realizar a caracterização como probióticos.
Lactic acid bacteria isolated from dairy environment were evaluated for beneficial potential. Preliminary screening and PCR analysis were applied to select and identified through 16s rRNA sequencing 15 LAB strains: Lactobacillus (n = 11; Lb. casei MSI1, Lb. casei MSI5, Lb. casei MRUV1, Lb. casei MRUV6, Lb. acidophilus MVA3, Lb. nagelli MSIV4, Lb. harbinensis MSI3, Lb. harbinensis MSIV2, Lb. fermentum SIVGL1, Lb. plantarum MLE5 and Lb. plantarum MSI2), Pediococcus (n = 2; P. pentosaceus MLEV8 and P. acidilactici MSI7) and Weissella (n = 2; W. paramesenteroides MRUV3 and W. paramesenteroides MSAV5). All selected strains showed resistance to acidic pH and to presence of bile salt. API ZYM test characterized enzymatic activity of the strains and high β-galactosidase activity was observed in 13 strains. All strains presented high values for survival rate to simulated gastric and intestinal conditions, ability to auto and co-aggregate with indicators microorganisms and high cell surface hydrophobicity. Most of the strains were positive for map and EFTu beneficial genes. Strong bile salts deconjugation was applied for all strains and all strains showed good results for assimilating lactose. After this first part of the study, the 15 BAL were evaluated for potential virulence and antimicrobial resistance. The production of virulence factors (hemolysis, gelatinase, lipase, deoxyribonuclease and biogenic amines: lysine, tyrosine, histidine and ornithine) was assessed by phenotypic methods at 25 °C and 37 °C, as well as the resistance to 17 antimicrobials. The isolates were also subjected to PCR to identify the presence of 49 genes associated with virulence factors. None of the strains presented hemolytic activity or the production of gelatinase, lipase, deoxyribonuclease and tested biogenic amines. Of the 15 selected cultures, for 12 types of antibiotics in the disc diffusion method, all strains were resistant for oxacillin and sulfa/trimethoprim, 14 were resistant to gentamicin, 11 were resistant to clindamycin, nine strains were resistant to vancomycin, eight strains to rifampicin, five were resistant to erythromycin, four were resistant to tetracycline, two strains were resistant to ampicillin, one strain was resistant to chloramphenicol and none was resistant for imipenem. For a quantitative test of the antibiogram, five antibiotics were selected in Etest ® strips (bioMérieux). All 15 strains were resistant to vancomycin, two for rifampicin, one for gentamicin and one for chloramphenicol. Regarding the virulence related genes, 19 genes from 49 tested were present in some strains. Results showed that five cultures showed the presence of the int gene, four cultures showed the presence of the ant(4')-Ia gene, three cultures were positive for vanC2, cpd and tdc, two cultures for vanA, tet(K), tet(S), ermA, bcrR, mur-2ed, asa1 and ccf, and one culture was positive for vanC1, ermB, aph(3')-IIIa, aac(6’)-le-aph(2”)-Ia, bcrB and hyl. After characterizing the virulent potential of the 15 BAL, these strains were evaluated for the technological potential for application in the dairy industry. All strains presented acidification capacity, reaching pH values between 0.73 and 2.11 in 24 hours: Lb. casei MRUV6 presented the highest acidification ability (pH 2.11 after 24 h). Ten strains were able to produce diacetyl at 37 °C, except by Lb. casei MSI1, Lb. harbinensis MSI3, Lb. fermentum SIVGL1, Lb. plantarum MLE5 and W. paramesenteroides MRUV3. All strains were able to produce exopolysaccharides, and only two strains presented proteolytic activity (Lb. casei MSI5 and W. paramesenteroides MSAV5). Based on this characterization, Lb. casei MRUV6 was selected for producing fermented milk, stored at 4 °C and 10 °C and monitored until 35 days of shelf life. Samples were subjected to phenotypical and molecular methods to quantify the presence of Lb. casei MRUV6 (conventional plating and RT-PCR, by checking the expression of gapdh, a housekeeping gene) and to verify the expression of bsh gene, related to resistance to bile salts (RT-PCR). Lb. casei MRUV6 population was stable during storage period at 4 and 10 °C at levels around 9.9 log CFU/g, and by monitoring the expression of gapdh gene. However, bsh gene was not expressed during storage period. The study demonstrated the potential use of the beneficial strain Lb. casei MRUV6 isolated from a dairy environment for the production of a fermented milk product, and its stability during storage at 4 and 10 °C. All isolates from the study presented beneficial characteristics, safety for use in food and technological potential for use in the dairy industry. In addition, they may further be subjected to further studies for in vivo evaluations and characterization as probiotics.
Databáze: Networked Digital Library of Theses & Dissertations
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