Antimicrobial properties of Weissella cibaria strains isolated from Campos Das Vertentes, Minas Gerais, Brazil and its potential use as probiotics and bacteriocins producers
Data
2022-12-22
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Universidade Federal de Viçosa
Resumo
The genus Weissella is composed of bacteria belonging to the group known as lactic acid bacteria (LAB), are autochthonous to both dairy and non-dairy environments and many strains can produce various compounds of interest to the food industry. This work began with deep research regarding the use of Weissella strains for the food and pharmaceutical industry and the probiotic potential of this genus. A large number of scientific studies reported and support the use of Weissella strains in this field due to their health-promoting properties and technological features for the food industry. This work continues with the study of the biodiversity of Weissella strains isolated in the regions producing artisanal cheeses in Brazil. For this, the analysis of PFGE and Rep- PCR was carried out and it was observed that each study region represents a specific ecological niche. After, the antimicrobial potential of some representative strains was analyzed against the most common foodborne pathogens. Most of the isolates tested showed good inhibition of the pathogens. Also, the technological potential of thirteen strains was evaluated. Some strains showed positive results for most of the tests performed. After, three strains with good inhibitory activity were selected. The genomes ware sequenced and assembled. With the first strain, Weissella cibaria W25 has carried out a comprehensive and comparative genomic analysis with W. cibaria 110, known to pro-duce the weissellicin 110 bacteriocin, and four other non- bacteriocin-producing W. cibaria strains. The analyses showed that the strain W25 has its unique protein cluster genes which can be related to bacteriocins genes indicated by AntiSmash, confirming the possibility of producing two different bacteriocins. Based on these results the genome of the three selected strains was deeply analyzed. The presence of genes for secondary metabolites was investigated and they have a common region in the genome with a putative bacteriocin identified as Bacteriocin_IIc. This putative bacteriocin has no similarity with other bacteriocins from the genus Weissella so far described. Finally, the safety of using these three strains for humanand/or animal consumption and their capacity to be used as probiotics were analyzed. All three strains have no acquired antimicrobial resistance genes and no mobile elements in the genome. W. cibaria strains were resistant to vancomycin which is intrinsic to this genus, had no hemolytic activity, and no one of the known virulence factors was detected. They possess the defense system CRISPR-Cas. Besides they didn’t present any inflammation or cytotoxicity capacity. W. cibaria W21 demonstrates excellent results of adhesion to intestinal cells and exclusion of S. aureus MRSA SA1. However, none of the three strains survived completely through the simulated gastrointestinal tract, but some protective ways can be further studied. In conclusion, this work allowed us to understand the diversity and distribution of Weissella species in different regions producing artisanal cheeses in Brazil. It also showed that some of them have a favorable technological and safety potential for future uses in the food industry or as a probiotic culture. Keywords: Weissella. Technological properties. Antimicrobial activity. Bacteriocins.
O gênero Weissella é composto por bactérias pertencentes ao grupo conhecido como bactérias láticas, são autóctones tanto de ambientes lácteos quanto não lácteos e muitas cepas podem produzir vários compostos de interesse para a indústria alimentícia. Este trabalho começou com uma pesquisa profunda sobre o uso de cepas de Weissella para a indústria alimentícia e farmacêutica e o potencial probiótico deste gênero. Um grande número de estudos científicos relatou e apoia o uso de cepas de Weissella neste campo devido às suas propriedades de melhoria da saúde e potencial tecnológico para a indústria de alimentos. Este trabalho continua com o estudo da biodiversidade de cepas de Weissella isoladas de regiões produtoras de queijos artesanais no Brasil. Para isso, foram realizadas análises de PFGE e Rep-PCR e observou-se que cada região de estudo representa um nicho ecológico específico. Depois, o potencial antimicrobiano de algumas cepas representativas foi analisado contra os patógenos de origem alimentar mais comuns. A maioria dos isolados testados apresentou boa inibição dos patógenos. Também foi avaliado o potencial tecnológico de treze cepas. Algumas cepas apresentaram resultados positivos para a maioria dos testes realizados. Após, foram selecionadas três cepas com atividade antimicrobiana e seus genomas foram sequenciados e montados. Com a primeira cepa, Weissella cibaria W25 realizou-se uma análise genômica abrangente e comparativa com W. cibaria 110, conhecida por produzir a bacteriocina weissellicina 110, e quatro outras cepas de W. cibaria não produtoras de bacteriocina. As análises mostraram que a cepa W25 possui seus próprios genes de proteínas que podem ser relacionados às bacteriocinas identificadas pelo programa AntiSmash, confirmando a possibilidade de produzir duas bacteriocinas diferentes. Com base nesses resultados, os genomas das três estirpes selecionadas foram profundamente analisados. A presença de genes para metabólitos secundários foi investigada e eles têm uma região comum no genoma com uma bacteriocina putativa identificada comoBacteriocin_IIc. Esta bacteriocina putativa não tem semelhança com outras bacteriocinas do gênero Weissella até agora descritas. Por fim, analisou-se a segurança do uso das três estirpes para consumo humano e sua capacidade de serem usadas como probióticos. Todas as três cepas não possuem genes de resistência antimicrobiana adquiridos e nenhum elemento móvel no genoma. As estirpes selecionadas são resistentes à vancomicina, característica intrínseca a esse gênero, não apresentavam atividade hemolítica e nenhum dos fatores de virulência conhecidos foi detectado. Possuem o sistema de defesa CRISPR-Cas. Além disso, não apresentaram nenhuma capacidade inflamatória ou citotóxica. W. cibaria W21 demonstrou excelentes resultados de adesão às células intestinais e de exclusão de S. aureus MRSA SA1. No entanto, nenhuma das três estirpes sobreviveu completamente à simulação da passagem pelo trato gastrointestinal. Em conclusão, este trabalho permitiu compreender a diversidade e distribuição das espécies de Weissella em diferentes regiões produtoras de queijos artesanais no Brasil. Também mostrou que alguns estirpes têm potencial tecnológico e de segurança favorável para usos futuros na indústria de alimentos ou como cultura probiótica. Palavras-chave: Weissella. Propriedades tecnológicas. Atividade antimicrobiana. Bacteriocinas.
O gênero Weissella é composto por bactérias pertencentes ao grupo conhecido como bactérias láticas, são autóctones tanto de ambientes lácteos quanto não lácteos e muitas cepas podem produzir vários compostos de interesse para a indústria alimentícia. Este trabalho começou com uma pesquisa profunda sobre o uso de cepas de Weissella para a indústria alimentícia e farmacêutica e o potencial probiótico deste gênero. Um grande número de estudos científicos relatou e apoia o uso de cepas de Weissella neste campo devido às suas propriedades de melhoria da saúde e potencial tecnológico para a indústria de alimentos. Este trabalho continua com o estudo da biodiversidade de cepas de Weissella isoladas de regiões produtoras de queijos artesanais no Brasil. Para isso, foram realizadas análises de PFGE e Rep-PCR e observou-se que cada região de estudo representa um nicho ecológico específico. Depois, o potencial antimicrobiano de algumas cepas representativas foi analisado contra os patógenos de origem alimentar mais comuns. A maioria dos isolados testados apresentou boa inibição dos patógenos. Também foi avaliado o potencial tecnológico de treze cepas. Algumas cepas apresentaram resultados positivos para a maioria dos testes realizados. Após, foram selecionadas três cepas com atividade antimicrobiana e seus genomas foram sequenciados e montados. Com a primeira cepa, Weissella cibaria W25 realizou-se uma análise genômica abrangente e comparativa com W. cibaria 110, conhecida por produzir a bacteriocina weissellicina 110, e quatro outras cepas de W. cibaria não produtoras de bacteriocina. As análises mostraram que a cepa W25 possui seus próprios genes de proteínas que podem ser relacionados às bacteriocinas identificadas pelo programa AntiSmash, confirmando a possibilidade de produzir duas bacteriocinas diferentes. Com base nesses resultados, os genomas das três estirpes selecionadas foram profundamente analisados. A presença de genes para metabólitos secundários foi investigada e eles têm uma região comum no genoma com uma bacteriocina putativa identificada comoBacteriocin_IIc. Esta bacteriocina putativa não tem semelhança com outras bacteriocinas do gênero Weissella até agora descritas. Por fim, analisou-se a segurança do uso das três estirpes para consumo humano e sua capacidade de serem usadas como probióticos. Todas as três cepas não possuem genes de resistência antimicrobiana adquiridos e nenhum elemento móvel no genoma. As estirpes selecionadas são resistentes à vancomicina, característica intrínseca a esse gênero, não apresentavam atividade hemolítica e nenhum dos fatores de virulência conhecidos foi detectado. Possuem o sistema de defesa CRISPR-Cas. Além disso, não apresentaram nenhuma capacidade inflamatória ou citotóxica. W. cibaria W21 demonstrou excelentes resultados de adesão às células intestinais e de exclusão de S. aureus MRSA SA1. No entanto, nenhuma das três estirpes sobreviveu completamente à simulação da passagem pelo trato gastrointestinal. Em conclusão, este trabalho permitiu compreender a diversidade e distribuição das espécies de Weissella em diferentes regiões produtoras de queijos artesanais no Brasil. Também mostrou que alguns estirpes têm potencial tecnológico e de segurança favorável para usos futuros na indústria de alimentos ou como cultura probiótica. Palavras-chave: Weissella. Propriedades tecnológicas. Atividade antimicrobiana. Bacteriocinas.
Descrição
Palavras-chave
Queijo - Microbiologia, Queijo-de-Minas - Campo das Vertentes (MG : Mesorregião), Bactéria do ácido latico, Tecnologia de alimentos, Probióticos
Citação
TEIXEIRA, Camila Gonçalves. Antimicrobial properties of Weissella cibaria strains isolated from Campos Das Vertentes, Minas Gerais, Brazil and its potential use as probiotics and bacteriocins producers. 2022. 150 f. Tese (Doutorado em Ciência e Tecnologia de Alimentos) - Universidade Federal de Viçosa, Viçosa. 2022.