Polyfázová taxonomie anaerobních bakterií

RNDr. Dagmar Matoulková, Ph.D.

Doctoral thesis

Polyphasic taxonomy of anaerobic bacteria

Abstract:

Hotové pivo, jeho meziprodukty a zařízení v pivovarských provozech představují prostředí, v němž nacházejí uplatnění jak pivovarské kvasinky, používané pro výrobu piva, tak i škodlivé mikroorganizmy (bakterie, plísně, tzv. divoké kvasinky), jejichž přítomnost a metabolická činnost je při výrobě piva nežádoucí. V souvislosti s modernizací plnících technologií, které vedou ke snížení obsahu kyslíku v pivu na minimální hodnoty, nabývají na významu striktně anaerobní bakterie (zejména rod Pectinatus), které vyžadují pro svůj růst prostředí s minimálním nebo nulovým obsahem rozpuštěného kyslíku. Ke zvyšování počtu případů kažení piva těmito mikroorganizmy přispívá také stoupající produkce piv, která jsou více náchylná k mikrobiálnímu kažení – piva nepasterovaná, nealkoholická, nízkoalkoholická a méně chmelená. Dizertační práce uchazečky je koncipována jako soubor čtyř prací (3 publikace, 1 přihláška vynálezu) zaměřených na problematiku identifikace striktně anaerobních bakterií rodu Pectinatus, které se vyskytují jako kontaminace při procesu výroby piva. Vyvinuli jsme modifikované MRS médium (MRS-T) vhodné pro snadnou, rychlou a specifickou detekci bakterií Pectinatus ve vzorcích odebraných z pivovarského provozu. Médium obsahuje komerčně dostupný MRS bujón, látky snižující oxidačně-redukční potenciál, tetrahydroizo-α-kyseliny a agar. V další části práce byla provedena rozsáhlá studie výskytu a druhového zastoupení bakterií Pectinatus v prostředí pivovarských stáčíren. Přítomnost bakterií Pectinatus byla monitorována v prostoru 11 stáčecích linek v 10 pivovarech. S použitím MRS-T média jsme odebrali 2405 vzorků z povrchů a bezprostředního okolí stáčecích zařízení. Rod Pectinatus byl detekován ve všech pivovarských provozech nezávisle na jejich velikosti, výstavu piva, typu piva, kapacitě plnící linky, typu konstrukce zařízení atd. Druh P. frisingensis byl detekován v devíti pivovarech, druh P. cerevisiiphilus pouze v jednom provozu. Plazmalogeny jsou běžnou složkou lipidů u živočichů včetně člověka, u prvoků a u anaerobních bakterií. Fosfolipidy bakterií Pectinatus byly analyzovány metodou LC/ESI-MS/MS. Pomocí kolonové separace HILIC byly chromatograficky odděleny diacylfosfolipidy a plazmalogeny. Metodou ESI-MS/MS bylo následně identifikováno více než 220 molekul ze čtyř tříd plazmalogenů.

Abstract:

Finished beer, its intermediate products and brewery machinery are environments that may host not only brewer’s yeast used for beer production but also unwanted microorganisms (bacteria, fungi, wild yeasts) whose presence and metabolic activity during beer production is highly undesirable. The current trend in the development of bottling technologies therefore accentuates lowering of oxygen tension in finished beer to a minimum. A prominent position among harmful bacteria has thus increasingly been taken by anaerobic bacteria (particularly the genus Pectinatus) that require for their growth an environment with minimum or zero level of dissolved oxygen. The increasing frequency of beer spoilage cases is also promoted by increasing production of beers that have a higher propensity to microbial spoilage – nonpasteurized, nonalcoholic, low-alcoholic and low hopped beers. PhD thesis is based on four papers (3 published articles, 1 invention) that aims at identification of strictly anaerobic beer-spoiling bacterium Pectinatus. We have developed a MRS-T medium highly suitable for easy, fast and specific detection of the bacterium Pectinatus in brewery plant samples. It contains readily commercially available MRS-broth, compounds lowering the redox potential, a mixture of tetrahydroiso-α-acids and agar. Performing an extensive study we investigated the incidence and species distribution of Pectinatus in brewery bottling halls. A total of 11 bottling lines in 10 different brewery plants were screened for the presence of Pectinatus. Using modified MRS T medium 2405 samples were collected from the surface of filling machines and their surroundings. Pectinatus was found in all of the breweries regardless of their size, output of beer, type of beer, bottling line capacity, bottling and crown-cork machine construction etc. Species P. frisingensis was detected in the filling area in nine breweries, P. cerevisiiphilus in only one brewery plant. Plasmalogens are common constituents of animal and human lipids. They also occur in protozoa and anaerobic bacteria. Liquid chromatography - electrospray tandem mass spectrometry was used to analyze phospholipids from Pectinatus. Analysis of total lipids by hydrophilic interaction liquid chromatography column succeeded in separating diacyl- and plasmalogen phospholipids. Plasmalogens were then analyzed by means of the ESI-MS/MS and more than 220 molecular species of four classes of plasmalogens were identified.

Keywords

polyfázová taxonomie, anaerobní bakterie, Pectinatus, kontaminace piva, plazmalogeny polyphasic taxonomy, anaerobic bacteria, beer contamination, plasmalogens

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 7. 11. 2012

Thesis defence

• Date of defence: 30. 11. 2012
• Supervisor: doc. RNDr. Ivo Sedláček, CSc.
• Reader: doc. Ing. Martin Krsek, CSc., prof. Ing. Gabriela Basařová, DrSc., doc. RNDr. Ivana Márová, CSc.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Biology (4-years) / Microbiology