Biological Activity of Acinetobacter calcoaceticus IMV B-7241 Surfactants Synthesized in the Presence of Competitive Bacteria Bacillus subtilis BT-2
Currently, the effectiveness of technologies for microbial surfactants, which are characterized by a complex of practically valuable physicochemical and biological properties is lower than that of synthetic analogues. To reduce the cost of these products of microbial synthesis, industrial waste is u...
Збережено в:
| Дата: | 2023 |
|---|---|
| Автори: | , , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | English |
| Опубліковано: |
PH "Akademperiodyka" of the NAS of Ukraine
2023
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://ojs.microbiolj.org.ua/index.php/mj/article/view/13 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Microbiological Journal |
Репозитарії
Microbiological Journal| id |
oai:ojs2.ojs.microbiolj.org.ua:article-13 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Microbiological Journal |
| collection |
OJS |
| language |
English |
| topic |
microbial surfactants biological activity competitive microorganisms мікробні поверхнево-активні речовини біологічна активність конкурентні мікроорганізми |
| spellingShingle |
microbial surfactants biological activity competitive microorganisms мікробні поверхнево-активні речовини біологічна активність конкурентні мікроорганізми Pirog, T.P. Ivanov, M.S. Shevchuk, T.A. Пирог, Т.П. Іванов, М.С. Шевчук, Т.А. Biological Activity of Acinetobacter calcoaceticus IMV B-7241 Surfactants Synthesized in the Presence of Competitive Bacteria Bacillus subtilis BT-2 |
| topic_facet |
microbial surfactants biological activity competitive microorganisms мікробні поверхнево-активні речовини біологічна активність конкурентні мікроорганізми |
| format |
Article |
| author |
Pirog, T.P. Ivanov, M.S. Shevchuk, T.A. Пирог, Т.П. Іванов, М.С. Шевчук, Т.А. |
| author_facet |
Pirog, T.P. Ivanov, M.S. Shevchuk, T.A. Пирог, Т.П. Іванов, М.С. Шевчук, Т.А. |
| author_sort |
Pirog, T.P. |
| title |
Biological Activity of Acinetobacter calcoaceticus IMV B-7241 Surfactants Synthesized in the Presence of Competitive Bacteria Bacillus subtilis BT-2 |
| title_short |
Biological Activity of Acinetobacter calcoaceticus IMV B-7241 Surfactants Synthesized in the Presence of Competitive Bacteria Bacillus subtilis BT-2 |
| title_full |
Biological Activity of Acinetobacter calcoaceticus IMV B-7241 Surfactants Synthesized in the Presence of Competitive Bacteria Bacillus subtilis BT-2 |
| title_fullStr |
Biological Activity of Acinetobacter calcoaceticus IMV B-7241 Surfactants Synthesized in the Presence of Competitive Bacteria Bacillus subtilis BT-2 |
| title_full_unstemmed |
Biological Activity of Acinetobacter calcoaceticus IMV B-7241 Surfactants Synthesized in the Presence of Competitive Bacteria Bacillus subtilis BT-2 |
| title_sort |
biological activity of acinetobacter calcoaceticus imv b-7241 surfactants synthesized in the presence of competitive bacteria bacillus subtilis bt-2 |
| title_alt |
Біологічна активність поверхнево-активних речовин Acinetobacter calcoaceticus ІМВ В-7241, синтезованих за наявності конкурентних бактерій Bacillus subtilis БТ-2 |
| description |
Currently, the effectiveness of technologies for microbial surfactants, which are characterized by a complex of practically valuable physicochemical and biological properties is lower than that of synthetic analogues. To reduce the cost of these products of microbial synthesis, industrial waste is used as substrates for their biosynthesis. In previous studies, it has been established that surfactants synthesized by Acinetobacter calcoaceticus IMV B-7241 on crude glycerol have lower antimicrobial activity compared to that obtained on purified glycerol. The main approaches to the regulation of the biological activity of microbial surfactants are their post-fermentation chemical modification, as well as the improvement of producer strains by methods of metabolic and genetic engineering. In recent years, numerous studies have appeared on the co-cultivation of producers of antimicrobial compounds with competitive microorganisms (biological inductors), in response to the presence of which the antimicrobial activity of the final product increases. Aim. To study the effect of live and inactivated cells of Bacillus subtilis BT-2, as well as the corresponding supernatant, on the antimicrobial and anti-adhesive activity and the ability to destroy biofilms of A. calcoaceticus IМV B-7241 surfactants synthesized in a medium with glycerol of different degrees of purification. Methods. The A. calcoaceticus IMV B-7241 strain was grown in a liquid mineral medium with purified and crude glycerol, into which live and inactivated B. subtilis BT-2 cells as well as the supernatant after growing the B. subtilis BT-2 strain (2.5—10%, v/v) were added. Surfactants were extracted from the supernatant of the culture liquid with Folch’s mixture. Anti-adhesive activity and the degree of destruction of biofilms were determined by the spectrophotometric method, and antimicrobial activity — by the indicator of the minimum inhibitory concentration. The activity of enzymes of surface-active aminolipids biosynthesis (NADP+-dependent glutamate dehydrogenase) and glycolipids (phosphoenolpyruvate (PEP)-carboxylase, PEP-synthetase, PEP-carboxykinas, trehalose-phosphate synthase) was analyzed in cell-free extracts obtained after сells sonication. Results. It was established that the introduction of inactivated B. subtilis BT-2 cells and supernatant into the medium with both substrates did not affect the indicators of the surfactant synthesis, while in the presence of live cells of the B. subtilis BT-2 strain in the medium with purified glycerol, a decrease in the concentration of the final product by 1.5 times, and in the culture medium with crude glycerol — an increase by1.4 times were observed compared to the indicators with no inductor. The study of the antimicrobial activity of surfactants showed that the most effective of the used inductors (live, inactivated cells, supernatant) were live cells of B. subtilis BT-2. The introduction of B. subtilis BT-2 strain live cells into the culture medium with both substrates was accompanied by the formation of surfactants, the minimum inhibitory concentrations of which in relation to bacterial (Bacillus subtilis BT-2, Staphylococcus aureus BMS-1, Proteus vulgaris PA-12, Enterobacter cloacae С-8) and yeast (Candida albicans D-6, Candida tropicalis PE-2) test-cultures were 3—23 times lower than established for those synthesized on the medium with no inductor. Anti-adhesive activity of surfactants obtained on purified and crude glycerol in the presence of all types of inductors was higher compared to those synthesized in the culture medium without inductors (cells adhesion of bacterial and yeast test-cultures on polyvinyl chloride was 13—70 and 33—96%, respectively). Introduction of live and inactivated B. subtilis BT-2 cells or the supernatant into A. calcoaceticus IMV B-7241 cultivation medium was accompanied by the synthesis of surfactants, in the presence of which the disruption of bacterial biofilms was on average 10-20% higher compared to using surfactants synthesized without an inductor. In the presence of B. subtilis BT-2 in the medium, in the cells of the A. calcoaceticus IMV B-7241 strain, the activity of NADP+-dependent glutamate dehydrogenase (a key enzyme of aminolipids biosynthesis) increased by 1.5—2 times, while the activity of biosynthesis of glycolipids enzymes remained practically at the same level as without an inductor. Such data indicate that the higher biological activity of surfactants obtained by A. calcoaceticus IMV B-7241 in the presence of biological inductors might be due to an increase in the content of aminolipids in their composition. Conclusions. This research has established the possibility of regulating the antimicrobial and anti-adhesive activity as well as the ability to disrupt biofilms of A. calcoaceticus IМV B-7241 surfactants by introducing competitive bacteria B. subtilis BT-2 into the culture medium. It is important that under such cultivation conditions, the antimicrobial activity of surfactants synthesized on toxic crude glycerol significantly increases. |
| publisher |
PH "Akademperiodyka" of the NAS of Ukraine |
| publishDate |
2023 |
| url |
https://ojs.microbiolj.org.ua/index.php/mj/article/view/13 |
| work_keys_str_mv |
AT pirogtp biologicalactivityofacinetobactercalcoaceticusimvb7241surfactantssynthesizedinthepresenceofcompetitivebacteriabacillussubtilisbt2 AT ivanovms biologicalactivityofacinetobactercalcoaceticusimvb7241surfactantssynthesizedinthepresenceofcompetitivebacteriabacillussubtilisbt2 AT shevchukta biologicalactivityofacinetobactercalcoaceticusimvb7241surfactantssynthesizedinthepresenceofcompetitivebacteriabacillussubtilisbt2 AT pirogtp biologicalactivityofacinetobactercalcoaceticusimvb7241surfactantssynthesizedinthepresenceofcompetitivebacteriabacillussubtilisbt2 AT ívanovms biologicalactivityofacinetobactercalcoaceticusimvb7241surfactantssynthesizedinthepresenceofcompetitivebacteriabacillussubtilisbt2 AT ševčukta biologicalactivityofacinetobactercalcoaceticusimvb7241surfactantssynthesizedinthepresenceofcompetitivebacteriabacillussubtilisbt2 AT pirogtp bíologíčnaaktivnístʹpoverhnevoaktivnihrečovinacinetobactercalcoaceticusímvv7241sintezovanihzanaâvnostíkonkurentnihbakteríjbacillussubtilisbt2 AT ivanovms bíologíčnaaktivnístʹpoverhnevoaktivnihrečovinacinetobactercalcoaceticusímvv7241sintezovanihzanaâvnostíkonkurentnihbakteríjbacillussubtilisbt2 AT shevchukta bíologíčnaaktivnístʹpoverhnevoaktivnihrečovinacinetobactercalcoaceticusímvv7241sintezovanihzanaâvnostíkonkurentnihbakteríjbacillussubtilisbt2 AT pirogtp bíologíčnaaktivnístʹpoverhnevoaktivnihrečovinacinetobactercalcoaceticusímvv7241sintezovanihzanaâvnostíkonkurentnihbakteríjbacillussubtilisbt2 AT ívanovms bíologíčnaaktivnístʹpoverhnevoaktivnihrečovinacinetobactercalcoaceticusímvv7241sintezovanihzanaâvnostíkonkurentnihbakteríjbacillussubtilisbt2 AT ševčukta bíologíčnaaktivnístʹpoverhnevoaktivnihrečovinacinetobactercalcoaceticusímvv7241sintezovanihzanaâvnostíkonkurentnihbakteríjbacillussubtilisbt2 |
| first_indexed |
2024-09-01T17:43:23Z |
| last_indexed |
2024-09-01T17:43:23Z |
| _version_ |
1809016531122651136 |
| spelling |
oai:ojs2.ojs.microbiolj.org.ua:article-132023-08-22T16:27:00Z Biological Activity of Acinetobacter calcoaceticus IMV B-7241 Surfactants Synthesized in the Presence of Competitive Bacteria Bacillus subtilis BT-2 Біологічна активність поверхнево-активних речовин Acinetobacter calcoaceticus ІМВ В-7241, синтезованих за наявності конкурентних бактерій Bacillus subtilis БТ-2 Pirog, T.P. Ivanov, M.S. Shevchuk, T.A. Пирог, Т.П. Іванов, М.С. Шевчук, Т.А. microbial surfactants biological activity competitive microorganisms мікробні поверхнево-активні речовини біологічна активність конкурентні мікроорганізми Currently, the effectiveness of technologies for microbial surfactants, which are characterized by a complex of practically valuable physicochemical and biological properties is lower than that of synthetic analogues. To reduce the cost of these products of microbial synthesis, industrial waste is used as substrates for their biosynthesis. In previous studies, it has been established that surfactants synthesized by Acinetobacter calcoaceticus IMV B-7241 on crude glycerol have lower antimicrobial activity compared to that obtained on purified glycerol. The main approaches to the regulation of the biological activity of microbial surfactants are their post-fermentation chemical modification, as well as the improvement of producer strains by methods of metabolic and genetic engineering. In recent years, numerous studies have appeared on the co-cultivation of producers of antimicrobial compounds with competitive microorganisms (biological inductors), in response to the presence of which the antimicrobial activity of the final product increases. Aim. To study the effect of live and inactivated cells of Bacillus subtilis BT-2, as well as the corresponding supernatant, on the antimicrobial and anti-adhesive activity and the ability to destroy biofilms of A. calcoaceticus IМV B-7241 surfactants synthesized in a medium with glycerol of different degrees of purification. Methods. The A. calcoaceticus IMV B-7241 strain was grown in a liquid mineral medium with purified and crude glycerol, into which live and inactivated B. subtilis BT-2 cells as well as the supernatant after growing the B. subtilis BT-2 strain (2.5—10%, v/v) were added. Surfactants were extracted from the supernatant of the culture liquid with Folch’s mixture. Anti-adhesive activity and the degree of destruction of biofilms were determined by the spectrophotometric method, and antimicrobial activity — by the indicator of the minimum inhibitory concentration. The activity of enzymes of surface-active aminolipids biosynthesis (NADP+-dependent glutamate dehydrogenase) and glycolipids (phosphoenolpyruvate (PEP)-carboxylase, PEP-synthetase, PEP-carboxykinas, trehalose-phosphate synthase) was analyzed in cell-free extracts obtained after сells sonication. Results. It was established that the introduction of inactivated B. subtilis BT-2 cells and supernatant into the medium with both substrates did not affect the indicators of the surfactant synthesis, while in the presence of live cells of the B. subtilis BT-2 strain in the medium with purified glycerol, a decrease in the concentration of the final product by 1.5 times, and in the culture medium with crude glycerol — an increase by1.4 times were observed compared to the indicators with no inductor. The study of the antimicrobial activity of surfactants showed that the most effective of the used inductors (live, inactivated cells, supernatant) were live cells of B. subtilis BT-2. The introduction of B. subtilis BT-2 strain live cells into the culture medium with both substrates was accompanied by the formation of surfactants, the minimum inhibitory concentrations of which in relation to bacterial (Bacillus subtilis BT-2, Staphylococcus aureus BMS-1, Proteus vulgaris PA-12, Enterobacter cloacae С-8) and yeast (Candida albicans D-6, Candida tropicalis PE-2) test-cultures were 3—23 times lower than established for those synthesized on the medium with no inductor. Anti-adhesive activity of surfactants obtained on purified and crude glycerol in the presence of all types of inductors was higher compared to those synthesized in the culture medium without inductors (cells adhesion of bacterial and yeast test-cultures on polyvinyl chloride was 13—70 and 33—96%, respectively). Introduction of live and inactivated B. subtilis BT-2 cells or the supernatant into A. calcoaceticus IMV B-7241 cultivation medium was accompanied by the synthesis of surfactants, in the presence of which the disruption of bacterial biofilms was on average 10-20% higher compared to using surfactants synthesized without an inductor. In the presence of B. subtilis BT-2 in the medium, in the cells of the A. calcoaceticus IMV B-7241 strain, the activity of NADP+-dependent glutamate dehydrogenase (a key enzyme of aminolipids biosynthesis) increased by 1.5—2 times, while the activity of biosynthesis of glycolipids enzymes remained practically at the same level as without an inductor. Such data indicate that the higher biological activity of surfactants obtained by A. calcoaceticus IMV B-7241 in the presence of biological inductors might be due to an increase in the content of aminolipids in their composition. Conclusions. This research has established the possibility of regulating the antimicrobial and anti-adhesive activity as well as the ability to disrupt biofilms of A. calcoaceticus IМV B-7241 surfactants by introducing competitive bacteria B. subtilis BT-2 into the culture medium. It is important that under such cultivation conditions, the antimicrobial activity of surfactants synthesized on toxic crude glycerol significantly increases. На теперішній час ефективність технологій мікробних поверхнево-активних речовин, які характеризуються комплексом цінних фізико-хімічних та біологічних властивостей, є нижчою, ніж синтетичних аналогів. Для зниження собівартості цих продуктів мікробного синтезу використовують промислові відходи як субстрати для їх біосинтезу. У попередніх дослідженнях встановлено, що поверхнево-активним речовинам, синтезованим Acinetobacter calcoaceticus ІMВ B-7241 на відходах виробництва біодизелю, притаманна нижча антимікробна активність порівняно з утвореними на очищеному гліцерині. Основними підходами до регуляції біологічної активності мікробних поверхнево-активних речовин є їхня постферментаційна хімічна модифікація, а також вдосконалення штамів-продуцентів методами метаболічної та генетичної інженерії. Останніми роками з’являється все більше публікацій про спільне культивування продуцентів антимікробних сполук з конкурентними мікроорганізмами (біологічними індукторами), у відповідь на наявність яких відбувається підвищення антимікробної активності цільового продукту. Мета. Дослідити вплив живих та інактивованих клітин Bacillus subtilis БТ-2, а також відповідного супернатанту на антимікробну, антиадгезивну активності та здатність до руйнування біоплівок поверхнево-активних речовин A. calcoaceticus ІMВ B-7241, синтезованих на гліцерині різного ступеня очищення. Методи. Штам A. calcoaceticus ІМВ В-7241 вирощували у середовищах з очищеним гліцерином та відходами виробництва біодизелю, в які вносили живі та інактивовані клітини B. subtilis БТ-2, а також супернатант після вирощування штаму B. subtilis БТ-2 (2,5—10%, об’ємна частка). Поверхнево-активні речовини екстрагували з супернатанту культуральної рідини сумішшю Фолча. Антиадгезивну активність та ступінь деструкції біоплівок визначали спектрофотометричним методом, антимікробну активність — за показником мінімальної інгібуючої концентрації. Активність ферментів біосинтезу поверхнево-активних аміноліпідів (НАДФ+- залежна глутаматдегідрогеназа) та гліколіпідів (фосфоенолпіруват(ФЕП)-карбоксилаза, ФЕП-синтетаза, ФЕП-карбоксикіназа, трегалозофосфатсинтаза) аналізували у безклітинних екстрактах, одержаних після руйнування клітин ультразвуком. Результати. Встановлено, що внесення у середовище з обома субстратами інактивованих клітин B. subtilis БТ-2 і супернатанту не впливало на показники синтезу поверхнево-активних речовин, у той час як за наявності живих клітин штаму B. subtilis БТ-2 у середовищі з очищеним гліцерином спостерігали зниження концентрації цільового продукту в 1,5 рази, а у середовищі з відходами виробництва біодизелю — підвищення в 1,4 рази порівняно з показниками без індуктора. Дослідження антимікробної активності поверхнево-активних речовин показало, що найефективнішими з використовуваних індукторів (живі, інактивовані клітини, супернатант) виявилися живі клітини B. subtilis БТ-2. Внесення живих клітин штаму B. subtilis БТ-2 у середовище з обома субстратами супроводжувалося утворенням поверхнево-активних речовин, мінімальні інгібуючі концентрації яких щодо бактеріальних (Bacillus subtilis БТ-2, Staphylococcus aureus БМС-1, Proteus vulgaris ПА-12, Enterobacter cloacae С-8) і дріжджових (Candida albicans Д-6, Candida tropicalis PE-2) тест-культур були в 3—23 рази нижчими, ніж встановлені для синтезованих на середовищі без цього індуктора. Антиадгезивна активність поверхнево-активних речовин, одержаних на очищеному гліцерині і відходах виробництва біодизелю за наявності усіх типів індукторів була вищою, ніж синтезованих у середовищі без індукторів (адгезія клітин бактеріальних і дріжджових тест-культур на полівінілхлориді становила відповідно 13—70 і 33—96 %). Внесення в середовище культивування A. calcoaceticus ІMВ B-7241 як живих, так і інактивованих клітин B. subtilis БТ-2, а також і супернатанту супроводжувалося синтезом поверхнево-активних речовин, під впливом яких деструкція бактеріальних біоплівок була в середньому на 10—20 % вищою порівняно з показниками за дії препаратів, синтезованих без індуктора. За наявності B. subtilis БТ-2 у середовищі в клітинах штаму A. calcoaceticus ІМВ В-7241 в 1,5—2 рази підвищувалася активність НАДФ+-залежної глутаматдегідрогенази (ключовий фермент біосинтезу аміноліпідів), у той час як активність ферментів біосинтезу гліколіпідів залишалася практично на тому ж рівні, як і без індуктора. Такі дані свідчать про те, що вища біологічна активність поверхнево-активних речовин, утворених A. calcoaceticus ІMВ B-7241 за наявності біологічних індукторів може бути зумовлена підвищенням вмісту аміноліпідів в їхньому складі. Висновки. Встановлено можливість регуляції антимікробної та антиадгезивної активності, а також здатності до руйнування біоплівок поверхнево-активних речовин A. calcoaceticus ІMВ B-7241 внесенням у середовище культивування продуцента клітин конкурентних бактерій B. subtilis БТ-2. Важливо, що за таких умов культивування суттєво підвищуються антимікробна активність поверхнево-активних речовин, синтезованих на токсичних промислових відходах виробництва біодизелю. PH "Akademperiodyka" of the NAS of Ukraine 2023-08-16 Article Article application/pdf https://ojs.microbiolj.org.ua/index.php/mj/article/view/13 10.15407/microbiolj85.04.021 Mikrobiolohichnyi Zhurnal; Vol. 85 No. 4 (2023): Mikrobiolohichnyi Zhurnal; 21-33 Мікробіологічний журнал; Том 85 № 4 (2023): Мікробіологічний журнал; 21-33 2616-9258 1028-0987 10.15407/microbiolj85.04 en https://ojs.microbiolj.org.ua/index.php/mj/article/view/13/24 Copyright (c) 2023 Mikrobiolohichnyi Zhurnal https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0 |