Effect of starvation stress on morphological changes and production of adhesive exopolysaccharide (EPS) by Proteus vulgaris

• Autorzy: Myszka K. , Czaczyk K.

Warianty tytułu

PL

Wpływ stresu głodowego na zmiany morfologiczne i biosyntezę adhezyjnych egzopolisacharydów (EPS) przez Proteus vulgaris

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Background. Proteus vulgaris attach to available surfaces in industrial environments, can develop into extensive biofilm. Such bacterial layer is a potential source of contamination of foods that may lead to spoilage or transmission foodbome pathogens. The purpose of these investigations was to evaluate the influence of limited nutrients availability in the medium on the morphological changes and biosynthesis of bacterial surface-associated EPS by P. vulgaris. The relationship between the dimension of cells, EPS production and P. vulgaris biofilm development process on stainless Steel surfaces (type 316L) was also examined. Material and methods. P. vulgaris ATCC 6380 was used in this study. The cultures were incubated at 37°C on the Enterobacteriaceae enrichment broth according to Mossel [1962]. During the investigations the medium with optimal and 10 times diluted optimal of nutrient availability were used. For cells dimension analysis a Carl-Zeiss Axiovert 200 inverted microscope and a scanning electron microscope (LEO 435VP) was applied. Isolation of exopolysaccharides was based on the procedure employed by Forde and Fitzgerald [1999], To determine the level of P. vulgaris adhesion to the surface of stainless Steel, the method described by Le Thi et al. [2001] was used. Results. In all experimental variants the area of P. vulgaris cells was changed upon longterm starvation. Altering of physical dimension of bacteria was effected by the decreasing value of the cell length. The change of P. vulgaris morphology promoted the beginning stages of biofilm formation process on the surface of stainless Steel. Under starvation conditions P. vulgaris produced more EPS. It was observed with an increase of incubation period. These extracellular molecules initiated more advanced stages of P. vulgaris biofilm formation on examined surfaces. Conclusion. The data support the notion that cellular factors influencing P. vulgaris adhesion process to abiotic materials should be examined under conditions in which marine bacteria are widely distributed. Analysis of both physical dimension of cells and EPS secretion by marine bacteria under starvation conditions will help to eradicate the attached bacteria.

PL

Wstęp. W warunkach przemysłowych adhezja Proteus vulgaris do powierzchni stałych rozpoczyna proces tworzenia się biofilmów. Powstawanie błon bakteryjnych stwarza ryzyko zanieczyszczenia żywności drobnoustrojami, powodującymi zepsucie organoleptyczne produktu, oraz mikroorganizmami chorobotwórczymi. Celem badań była ocena wpływu ograniczonej dostępności składników odżywczych w środowisku wzrostu na zmiany morfologiczne i biosyntezę EPS, związanych z powierzchnią komórki P. vulgaris. Oceniono również zależność pomiędzy morfologią komórek, biosyntezą EPS i tworzeniem się biofilmów P. vulgaris na powierzchni stali nierdzewnej (typ 316L). Materiał i metody. W pracy wykorzystano gatunek P. vulgaris ATCC 6380. Hodowlę drobnoustrojów prowadzono w temperaturze 37°C na podłożu namnażająco-wybiórczym, zaproponowanym przez Mossel [1962]. W doświadczeniach zastosowano podłoża o optymalnej i 10-krotnie zredukowanej dostępności składników odżywczych. W badaniach nad właściwościami morfologicznymi komórek wykorzystano mikroskop odwrócony (Carl-Zeiss, Axiovert 200) oraz skaningowy mikroskop elektronowy (LEO 435VP). Do izolacji egzopolisacharydów bakteryjnych zastosowano metodę, którą opracowali Forde i Fitzgerald [1999]. Dynamikę procesu adhezji P. vulgaris do powierzchni stali nierdzewnej oceniano na podstawie metody, którą zaproponowali Le Thi i in. [2001]. Wyniki. We wszystkich wariantach doświadczenia zaobserwowano zmianę powierzchni komórek P. vulgaris pod wpływem stresu głodowego. Zmiana wymiarów komórek wynikała ze zmniejszania się długości drobnoustrojów. Zmiany morfologiczne P. vulgaris promowały początkowe etapy tworzenia biofilmów na powierzchni stali nierdzewnej. W warunkach głodowych zaobserwowano intensyfikację biosyntezy EPS przez P. vulgaris. Było to szczególnie widoczne w końcowych etapach procesu hodowlanego. Biosynteza zewnątrzkomórkowych polisacharydów inicjowała tworzenie się dojrzałych matryc biofilmu na testowanych powierzchniach stałych. Podsumowanie. Wyniki przeprowadzonych doświadczeń wskazują, że czynniki wpływające ze strony komórek P. vulgaris na proces adhezji drobnoustrojów do powierzchni abiotycznych powinny być badane w warunkach, w których bakterie wodne występują naturalnie. Badania nad zmianami morfologicznymi oraz biosyntezą EPS przez bakterie wodne w warunkach głodowych mogą usprawnić procedury eliminacji błon biologicznych z powierzchni stałych.

• Wydawca: -
• Czasopismo: Acta Scientiarum Polonorum. Technologia Alimentaria
• Rocznik: 2011
• Tom: 10
• Numer: 3
• Opis fizyczny: p.303-312,fig.ref.

Twórcy

autor

Myszka K.

• Department of Biotechnology and Microbiology, Poznan University of Life Sciences, Wojska Polskiego 48, 60-627 Poznan, Poland

autor

Czaczyk K.

Bibliografia

• Allison D.A., Sutherland I.W., 1987. The role of exopolysaccharide in adhesion of freshwater bacteria. J. Gen. Microbiol. 133, 1319-1327.
• Arnold J.W., Bailey G., 2000. Surface fmishes on stainless Steel reduce bacterial attachment and early biofilm formation: scanning electron and atomic force microscopy study. Poultry Sci. 79, 1839-1845.
• Bower C.K., McGuire J., Deaschel M.A., 1996. The adhesion and detachment of bacteria and spores on food-contact surfaces. Trends Food Sci. Technol. 7, 152-157.
• Chaiyanan S., Grim C., Maugel T., Huq A., Colwell R.R., 2007. Ultrastructure of coccoid viable but non-culturable Yibrio cholerne. Environ. Microbiol. 9, 393-402.
• Chen X., Stewart P.S., 2002. Role of electrostatic interactions in cohesion of bacterial biofilms. Appl. Microbiol. Biotechnol. 59, 718-722.
• Dunne W.M., 2002. Bacterial adhesion: seen any good biofilms lately? Clin. Microbiol. Rev. 15, 155-166.
• Forde A., Fitzgerald G.F., 1999. Annalysis of exopolysaccharide (EPS) production mediated by the bacteriphage adsorption blocking plasmid, pCI658, isolated from Lactococcus lactis ssp. Cremon s H02. Int. Dairy J. 9, 465-472.
• Fuster-Valls N., Hemández-Herrero M., Marin-De-Mateo M., Rodriguez-Jerez J.J., 2008. Effect of different environmental conditions on the bacterial survival on stainless Steel surfaces. Food Control. 19, 308-314.
• Gram L., Ravn L., Rasch M., Bruhn J.B., Christensen A.B., Givskov M., 2002. Food spoilage - interactions between food spoilage bacteria. Int. J. Food Microbiol. 78, 79-97.
• Haznedaroglu B.Z., Bolster C.H., Walker S.L., 2008. The role of starvation on Escherichia coli adhesion and transport in saturated porous. Water Res. 42, 1547-1554.
• Hood S.K., Zottola E.A., 1997. Adherence to stainless Steel by foodbome microorganisms during growth in model food systems. Int. J. Food Microbiol. 37, 145-153.
• Jefferson K.K., 2004. What drives bacteria to produce a biofilm? FEMS Microbiol. Lett. 236, 163-173.
• Kiliç N.K., Dönmez G., 2008. Environmental conditions affecting exopolysaccharide production by Pseudomonas aeruginosa, Micrococcus sp., and Ochrobacterium sp. J. Hazard Mater. 154, 1019-1024.
• Kumar G.C., Anand S.K., 1998. Significance of microbial biofilms in food industry: a review. Int. J. Food Microbiol. 42, 9-27.
• Le Thi T.T., Prigent-Combaret C., Dorel C., Lejeune P., 2001. First stages of biofilm formation: characterization and quantification of bacterial functions involved in colonization process. Met. Enzymol. 336, 152-159.
• Mossel D.A.A., 1962. Use of a modified MacConkey agar medium for the selective growth and enumeration of all Enterobacteriaceae. J. Bacteriol. 84, 381-386.
• Parkar S.G., Flint S.H., Palmer J.S., Brooks J.D., 2001. Factors influencing attachment of thermophilic bacilli to stainless Steel. J. Appl. Microbiol. 11, 675-685.
• Różalski A., Sidorczyk Z., Kotełko K., 1997. Potential virulence factors of Proteus bacilli. Microbiol. Mol. Biol. Rev. 61, 65-89.
• Shau-Yan C., Wann-Neng J., Yi-Shin C., Hin-Chung W., 2009. Morphological changes of Yibrio parahaemolyticus under cold and starvation stresses. Int. J. Food Microbiol. 129, 157-165.
• Siegele D.A., KolterR., 1992. Life after log. J. Bacteriol. 174, 345-348.
• Sutherland I.W., 2001. The biofilm matrix - an immobilized but dynamic microbial environment. Trends Microbiol. 9, 222-227.
• Young K.D., 2006. The selective value of bacterial shape. Microbiol. Mol. Biol. Rev. 70, 660-703.
• Wai S.N., Mizunoe Y., Yoshida S., 1999. How Yibrio cholerae survive during starvation. FEMS Microbiol. Lett 180, 123-131.

Uwagi

PL

Rekord w opracowaniu.