Microbiologia Agrícola
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Item Análise genômica de Serratia liquefaciens isolada de leite e inibição da proteólise e lipólise por nisina(Universidade Federal de Viçosa, 2023-05-12) Ribeiro, Leandro Cardoso; Vanetti, Maria Cristina Dantas; http://lattes.cnpq.br/6601616143350350Serratia é um gênero de bactérias Gram-negativas que pode ser encontrado em diversos ambientes como solo, água, plantas, animais e humanos. Algumas espécies são relatadas como contaminantes de alimentos, sendo associadas à deterioração de produtos alimentícios, resultando em prejuízos econômicos e ambientais devido ao desperdício. A espécie S. liquefaciens é frequentemente mencionada como deterioradora de alimentos refrigerados, como frutos do mar, queijos e leite cru. É considerada um problema para a indústria de alimentos devido à síntese de enzimas extracelulares termorresistentes, como proteases e lipases, que permanecem ativas mesmo após o processamento térmico. Estudos prévios mostraram o efeito inibidor da bacteriocina nisina sobre a atividade de proteases e lipases de S. liquefaciens. Nisina é um peptídeo catiônico com amplo espectro de ação contra bactérias Gram-positivas, e seu uso como conservante de alimentos é permitido desde 1950. Este trabalho objetivou investigar as características moleculares de S. liquefaciens L211 isolada de leite, por meio de análises genômicas utilizando ferramentas de bioinformática e avaliar o efeito da nisina nas atividades proteolítica e lipolítica da bactéria em questão. Para isso, foi realizado o sequenciamento do genoma de S. liquefaciens L211 utilizando a plataforma MinION. Em seguida a montagem e anotação do genoma foram realizadas, destacando as características funcionais dos genes da bactéria. Foram realizadas análises comparativas do genoma do isolado L211 com outros genomas S. liquefaciens, completos e anotados, disponíveis no banco de dados do NCBI. Análises fenotípicas evidenciaram que o S. liquefaciens L211 possui a capacidade de se locomover, utilizando os motilidades do tipo swarming, swimming e twitching. Além disso, foi constatada a capacidade de síntese de sideróforos, proteases e poliuretanase com atividade de lipase no isolado. As atividades proteolítica e lipolítica de S. liquefaciens L211 foram avaliadas e quantificadas em leite desnatado reconstituído à 10% (p/v) com e sem a adição de nisina (400 UA/mL) para verificar o efeito inibitório de nisina sobre a atividade enzimática. Posteriormente, foi avaliado se a inibição da atividade enzimática por nisina é decorrente da diminuição da expressão dos genes ser1, ser2 e lipA relacionados com a síntese das proteases e lipase de S. liquefaciens. As análises do genoma de S. liquefaciens L211 revelaram que a espécie apresenta características genéticas preservadas, ao passo que as variações entre os indivíduos da espécie S. liquefaciens possibilitam sua adaptação a diferentes ambientes. Além disso, também foi observado que S. liquefaciens possui genes que codificam enzimas associadas à deterioração de alimentos. Foi demonstrado que, apesar de não ter atividade bactericida contra S. liquefaciens, a concentração 400 UA/mL de nisina inibe a atividade proteolítica e lipolítica. Não foram encontradas referências na literatura que relatem a inibição das atividades enzimáticas por nisina em S. liquefaciens. Nisina inibiu a transcrição de genes de proteases e lipase de S. liquefaciens L211 e o mecanismo de regulação envolvido ainda precisa ser elucidado. Este trabalho destaca a versatilidade do repertório genético de S. liquefaciens, a relevância da bactéria como deterioradora de alimentos e revela o potencial inibitório de nisina sobre a atividade enzimática. Palavras-chave: Tese. Pós-graduação. Leite. Microbiologia. Serratia liquefaciens. Bactérias Gram-negativas. Nisina. Proteólise. Lipólise. Genômica.Item The known unknowns: understanding slow-growing bacteria and their plant interaction through reverse ecology approaches(Universidade Federal de Viçosa, 2023-07-18) Gonçalves, Osiel Silva; Santana, Mateus Ferreira; http://lattes.cnpq.br/5810415406152941The cultivation of bacteria that exhibit slow growth rates has posed a longstanding challenge in microbiology, resulting in a significant number of unculturable bacterial species. This phenomenon, known as the "great plate count anomaly", represents one of the oldest unresolved topics in the field. Recent advancements in cultivation techniques have shown promise in overcoming this challenge. In addition, the study of slow-growing bacteria and their interactions with plants has gained significant attention due to their ecological importance and potential applications in agriculture. Genomics techniques have provided valuable insights into the genetic characteristics underlying microbe-plant interactions. In this context, by examining the in-cultivation techniques, genomics, and computational modeling, we seek to shed light on the slow-growing bacteria and uncover their contributions to ecosystem functioning and plant interaction. Our initial understanding was obtained through the study of 92 slow-growing bacteria isolated from the Brazilian Cerrado soil during a four week-long isolation period. These bacteria can thrive in low-water conditions, promote plant growth, and belong to a novel species group. Genome analysis of five strains revealed their potential in biogeochemical cycles, plant growth promotion, and biosynthesis of secondary metabolites. Next, we conducted greenhouse experiments to assess the efficacy of these bacteria in soybean cultivation, employing a carefully designed bacterial consortium based on our comprehensive understanding of microbial-microbe and plant-microbe interactions. The results showed promising outcomes for improving soybean productivity. In the third chapter of this thesis, we employed in-silico modeling to design a synthetic microbial community aimed at enhancing the yield of important crop plants. By selecting six hub species with essential plant growth-promoting traits from the dominant plant species found in the Campos rupestres, we aimed to optimize the plant-microbe interactions and maximize crop productivity. Lastly, our analysis of 758 metagenome- assembled genomes shed light on the global distribution of the Acidobacteriota phylum and its interactions with plants and biogeochemical processes. This exploration revealed distinct ecological roles for individual taxonomic groups within this phylum, providing valuable insights for future research. Overall, our thesis contributes to a better understanding of slow-growing bacteria, their ecological significance, and their potential applications in agriculture, offering insights into ecosystem functioning and plant interactions. Keywords: Agriculture. Slow-growing bacteria. Ecosystems. Genomics. Microbe-plant interactions. MicrobiologyItem Characterization of prophage-like elements in plant pathogenic Xanthomonas species(Universidade Federal de Viçosa, 2022-03-04) Ferreira, Nataly Figueiredo; Alfenas-Zerbini, Poliane; http://lattes.cnpq.br/0465447261980949Bacteriophages are viruses that infect prokaryotes that are present in diverse environments. Prophages are bacteriophages with genome into the host genome and have been considered part of bacteria mobilome. For instance, bacteriophages may encode proteins that increase bacteria toxicity and virulence, confer genetic variability, and facilitate horizontal gene transfer, improving bacterial fitness. The Xanthomonas genus harbors many phytopathogenic bacteria that impair many crops worldwide. However, there is a scarcity of studies that describes bacteriophage distribution and diversity within this genus. Given this, our study aims to identify and characterize the presence of prophage-like elements in three species belonging to the Xanthomonas genus: X. axonopodis, X. campestris and X. citri. We found prophage-like sequences in 98% of the analyzed genomes, whereby more than one prophage-like was detected within the same bacterial genome, event denominated as polilysogen. The prophages-like from Xanthomonas spp. belonged to four viral families (Myoviridae, Siphoviridae, Podoviridae, Inoviridae), three families belonging to the Caudovirales order and one belonging to the Tubulavirales order (Inoviridae). Furthermore, many prophages-like harbored genes of putative bacterial origin, indicating horizontal gene transfer between the virus and host, such as genes encoding virulence factors. Taken together, these results indicated that prophages-like are widespread in Xanthomonas spp., influencing the genome diversity and fitness of these bacteria. Keywords: Bacteriophage. PHASTER. Genome plasticity. Bacteria fitness.Item Respostas fisiológicas e moleculares de Lactobacillus delbrueckii UFV H2b20 aos estresses ácido e por sais biliares(Universidade Federal de Viçosa, 2011-03-29) Ferreira, Alessandra Barbosa; Moraes, Célia Alencar de; http://lattes.cnpq.br/7149975150225344O presente trabalho teve por objetivo estudar as respostas fisiológicas e morfológicas de células de Lactobacillus delbrueckii UFV H2b20 aos estresses ácido e por sais biliares, alem de identificar e realizar análises filogenética e de expressão de genes possivelmente relacionados a esses estresses. Lactobacillus delbrueckii UFV H2b20 não cresce em caldo MRS pH 3,5 entretanto, células mantidas neste meio por quatro horas toleram o estresse ácido, como demonstrado por curvas de sobrevivência. A maior tolerância da bactéria aos sais biliares mistos e a menor ao ácido glicodeoxicólico são características de L. delbrueckii UFV H2b20 submetida a estes estresses, em estudo in vitro. A análise da morfologia das células por Microscopia de Força Atômica (MFA) mostrou que os estresses ácido e por sais biliares provocaram alterações na morfologia da célula - a superficie da parede se apresentou rugosa com acentuada redução na dimensão correspondente à altura, em todas as condições de estresse testadas. Em conjunto, os resultados demonstram caracteristicas de respostas fisiológicas de L. delbrueckii UFV H2b20 aos estresses ácido e por sais biliares desejáveis e necessárias em bactéria probiótica, ou seja, resistir e sobreviver em condições similares às prevalecentes no trato gastrointestinal (TGI) de humanos. Os genes clpP, clpE, clpL e cle de L. delbrueckii UFV H2b20, cujos produtos pertencem ao complexo proteolítico Clp apresentaram alta identidade de sequência, variando de 96 a 97 % com as de Lactobacillus delbreuckii subsp. bulgaricus ATCC 11842. As árvores filogenéticas reconstruídas por Inferência Bayesiana mostraram os genes clpP, clpL e clpE agrupados com os de L. delbreuckii subsp. bulgaricus ATCC 11842. As exposições das células aos meios MRS pH 3,5, MRS contendo O,l % de sais biliares mistos e a MRS contendo O,l % de ácido glicodeoxicólico por 30 e 60 minutos aumentaram a expressão dos quatro genes, enquanto a exposição a ácido taurodeoxicólico aumentou apenas a do gene clpL. Considerando o envolvimento dos genes clpP, clpL, clpE e cle nas respostas aos estresses ácido e por sais biliares infere-se que a atividade do complexo proteolítico Clp pode representar mecanismo de reparo e/ou degradação de proteínas danificadas pelas condições de estresse analisadas neste estudo. Os genes codificadores de ornitina descarboxilase e de permease de aminoácido identificados em L. delbrueckii UFV H2b20 agruparam na reconstrução filogenética com os de L. delbreuckii subsp. bulgaricus ATCC 11842, sendo de 96 a 98 % a identidade das sequências. O aumento da expressão do gene que codifica a ornitina descarboxilase após a exposição das células por 30 e 60 minutos em MRS pH 3,5, meio rico, mostra o envolvimento deste gene na resposta ao estresse ácidoem L. delbrueckii UFV H2b20 e evidencia que a proteína codificada por esse gene é a envolvida na regulação do pH intracelular. Sugere- se a descarboxilação de aminoácidos como mecanismo de adaptação à condição de acidez do meio. Com o estudo da expressão dos genes spx, dps e pax, todos envolvidos no estresse oxidativo em L. delbrueckii H2b20, caracterizou-se base molecular envolvida no fenômeno de proteção cruzada in vitro ao constatar-se a sobreposição e a inespecificidade de genes aos estresses investigados. Particularmente, o aumento da expressão do gene dps após exposição das células aos meios MRS pH 3,5 e MRS contendo 0,1 % de ácido glicodeoxicólico foi interpretado como mecanismo de proteção do DNA a acidez interna das células. No presente estudo, bases fisiológicas e moleculares que possibilitam a probiose por L. delbrueckii UFV H2b20 ficam esclarecidas no que tange à existência de mecanismos para sobrevivência e persistência em condições presentes no TGI de humanos.