Characterization of the bacteriocin cerein 8a produced by a strain of Bacillus cereus

Bacillus cereus 8A, isolado de solo da região sul do Brasil, produz uma bacteriocina, cereína 8A, que apresenta potencial para utilização como bioconservante no controle de microrganismos patogênicos e deteriorantes de alimentos. Neste trabalho foram realizados estudos de caracterização e otimização no processo de obtenção da cereína semi-purificada. Na primeira etapa do trabalho foi estudada a cinética de inativação térmica para a cereína 8A. Amostras da bacteriocina foram tratadas em diferentes combinações de tempo/temperatura no intervalo de 0-30min. e 70-82°C e os parâmetros termodinâmicos e cinéticos para a inativação da cereína 8A foram calculados. Os resultados revelaram que a inativação segue uma reação de primeira ordem com valores de k entre 0.059 e 0.235 min-1. A diminuição e o aumento dos valores de D e k, respectivamente, com o aumento da temperatura, indicaram uma rápida inativação de bacteriocina a temperaturas mais elevadas. Os resultados sugerem que a cereína 8A é uma bacteriocina relativamente termoestável com um valor de z de 21.98ºC e energia de ativação de 105.7 kJ mol-1. Em um segundo momento, a capacidade dos quelantes EDTA e lactato de sódio em diferentes concentrações e da cereína 8A (3200 UA/ml-1) em inibir e inativar a Salmonella Enteritidis foram analisadas. Os resultados indicaram que todos os tratamentos testados, EDTA, lactato de sódio e cereína 8A, sozinhos e em combinação, causaram uma redução significativa nos valores de OD600 em culturas de S. Enteritidis. A combinação de cerein 8A acrescido EDTA 100 mol l-1 resultou em um tratamento mais eficaz para reduzir o número de células viáveis de S. enteritidis. A microscopia de eletrônica de transmissão revelou paredes de células danificadas e perda de materiais protoplasmáticos nas células tratadas. As células de S. enteritidis tratadas com 8A cereína sozinha mostraram pequenos poros e o tratamento não afetou a maioria das células. Quando o agente quelante EDTA foi adicionado, as células mostraram-se mais danificadas. As lesões na parede celular tornaram-se mais intensas com a combinação de cereína 8A acrescida de EDTA, inclusive demonstrando uma notável perda do material intracelular, como observado nos resultados dos tratamentos com EDTA 50 e 100 mmol l-1 mais cereína 8A. A última etapa deste estudo investigou o particionamento da cereína 8A em dois sistemas de extração líquido-líquido, um com Triton X-114 e outro PEG com sais inorgânicos, que são considerados promissores para fins de bioseparação e depuração. Os resultados indicaram que cereína 8A particiona preferencialmente na fase rica em micela no sistema com Triton X-114 na concentração de 4 % e sua atividade antimicrobiana foi preservado. Em ATPS, os melhores resultados foram relativos ao coeficiente de partição obtidos com PEG e sulfato de amônio, quando o cloreto de sódio foi adicionado, o valor do Kb aumentou significativamente e mostrou o melhor rendimento de recuperação quando comparado com o sistema micelar. A purificação convencional resulta em um fator de purificação superior, mas em uma recuperação menor em comparação com métodos de particionamento. Estes resultados representam um importante passo no sentido de desenvolver um método de separação para cereína 8A e de um modo mais geral, para outras biomoléculas de interesse.The bacteriocin cerein 8A, produced by a strain of B. cereus 8A, isolated from soil of south of Brazil with potential application against food spoilage and pathogenic bacteria.At the first phase of the study, the kinetics of thermal inactivation was studied for the bacteriocin cerein 8A. Samples of cerein 8A were treated at different time-temperature combinations in the range of 0-30 min and 70-82°C and the thermodynamic and kinetic parameters for bacteriocin inactivation were calculated. Results showed that inactivation followed a first-order reaction with k-values between 0.059 and 0.235 min-1. D- and k-values decreased and increased, respectively, with increasing temperature, indicating a faster bacteriocin inactivation at higher temperatures. Results suggest that cerein 8A is a relatively thermostable bacteriocin with a z-value of 21.98 °C and Ea of 105.7 kJ mol-1. In a second time, the ability of chelators EDTA and sodium lactate on different concentrations and cerein 8A (3200 UA/ml-1) to inhibit and inactivate Salmonella Enteritidis was investigated. The results indicated that all treatments tested, namely EDTA, sodium lactate and cerein 8A, alone and in combination, caused a significant reduction in the OD600 values of S. Enteritidis cultures. The addition of bacteriocin plus EDTA resulted in higher inhibition in comparison with the bacteriocin alone; the greater the concentration of EDTA, the greater the inhibitory effect. Transmission electron microscopy showed damaged cell walls and loss of protoplasmic material in treated cells. The cells of S. Enteritidis treated with cerein 8A alone showed small pores and the treatment does not affect the majority of cells. When the chelating agent EDTA was added the cells appeared more damaged. The injuries in cell wall become more marked with the combination of EDTA plus cerein 8A, including noticeable discharge of intracellular material, as shown for treatments with 50 and 100 mmol l- 1EDTA plus cerein 8A. The last step of this study investigated the partitioning of cerein 8A in two liquid–liquid extraction systems that are considered promising for bioseparation and purification purposes. In aqueous two phase micellar systems Triton X-114 was chosen as the as phase-forming surfactant. Aqueous two-phase systems were prepared of PEG and inorganic salts and the addition of sodium chloride was investigated in this system. Results indicated that cerein 8A partitions preferentially to the micelle rich-phase in the system with 4% Triton X-114 concentration and its antimicrobial activity was preserved. In ATPS, the best results concerning to the partition coefficients (Kb) were obtained with PEG + ammonium sulphate, when sodium chloride was added the value of Kb increase significantly and showed the best recovery yield when compared with micellar systems. The conventional purification results a higher purification fold, but a minor recovery in comparison with partitioning methods. The successful implementation of this peptide partitioning, from a suspension containing other compounds, represents an important step towards developing a separation method for cerein 8A, and more generally, for other biomolecules of interest