Biologická aktivita bakterií skupiny Bacillus cereus

Bc. Bc. Marta Jelínková

Master's thesis

Biological activity of Bacillus cereus group

Abstract:

Bakterie skupiny B. cereus jsou známé hlavně pro své patogenní působení v potravinách. Tato skupina ale zahrnuje několik rozličných druhů s různou biologickou aktivitou, která ovlivňuje mikroorganizmy, rostliny i živočichy. Ať už je to B. anthracis, který způsobuje smrtelně vážná onemocnění, nebo B. mycoides, který je spojován s podporou růstu rostlin, či B. thuringiensis, který je komerčně využíván pro svou insekticidní aktivitu. Cílem diplomové práce bylo testování antimikrobiální aktivity, patogenního potenciálu a potenciálu pro inhibici quorum sensing bakterií skupiny B. cereus izolovaných z potravin a krmiv. Antimikrobiální aktivita byla testována pomocí jamkové agarové difuzní metody proti třem indikátorovým kmenům: B. cereus, Listeria monocytogenes a Clostridium perfringens. Testování patogenního profilu a potenciálu pro inhibici quorum sensig probíhalo sledováním přítomnosti jednotlivých toxinových genů a genů pro inhibici quorum sensing. K tomuto účelu byla použita metoda PCR. Pomocí agarové kultivační metody byla také provedena zkouška licitinázové a hemolytické aktivity.Antimikrobiálně aktivních nebylo mnoho kmenů, nejčastěji však byly aktivní proti samotnému B. cereus. Hemolytická i lecitinázová aktivita byla potvrzena u všech kmenů. Pomocí metody PCR byla prokázána 100% přítomnost genů pro nehemolytický enterotoxin, cereolyzin O, hemolyzin III, fosfolipázu C, fosfolipázu fosfatidilcholin preferující a sfingomyelinázu. To ale nemusí nutně znamenat, že se tyto geny ve skutečnosti projeví. Exprese genů je závislá hlavně na prostředí a vnějších podmínkách. Sledována byla také přítomnost ostatních, méně prevalenčních, toxinových genů, mezi které patří Immune inhibitor A a cereulid. Geny pro tyto toxiny nenesl žádný z testovaných kmenů. Stejně tak nebyla pozorována přítomnost genů pro hemolyzin BL. Schopnost inhibovat quorum sensing neměl téměř žádný z testovaných kmenů.Patogenní působení bakterií skupiny B. cereus je v souvislosti s potravinami často zmiňovaným problémem. Jejich potenciál ale tkví v antimikrobiální aktivitě proti jiným patogenním bakteriím, která by se dala využít ve farmaceutickém i potravinářském průmyslu. Produkovány jsou jak bakteriociny, tak antibiotika. Antimikrobiální aktivita je nejvyšší proti blízce příbuzným druhům, ale může působit i proti jiným podobným grampozitivním patogenním bakteriím vyskytujících se v potravinách. Další výhodnou vlastností těchto bakterií je také schopnost narušit buněčnou komunikaci, a to díky působení AHL-laktonázy. Tento mechanizmus může zabránit působení konkurenčních, často patogenních, bakterií v hostiteli a znemožnit tak vznik infekce. V budoucnu by méně patogenní druhy, jako je např. B. mycoides, mohly částečně nahradit komerční antibiotika.

Abstract:

Bacteria of Bacillus cereus group are mainly associated with food poisoning. However, this group includes several different species with various biological aktivity that affects microogranisms, plants and animals. Whether it is B. anthracis which causes fatal diseases or B. mycoides which is associated with promoting plant growth or B. thuringiensis which is commercially used as an insecticide.The aim of the diploma thesis was to test the antimicrobial activity, pathogenic potential and potential for quorum sensing inhibition of B. cereus bacteria isolated from food a feed. Antimicrobial activity was tested by using the agar diffusion method against three indicator strains B. cereus, Listeria monocytogenes and Clostridium perfringens. By monitoring the presence of certain toxin genes and genes for quorum sensing inhibition the pathogenic profile and potential for quorum sensing inhibition was determined. For this purpose, the PRC method was used. An assay for lecithinase and hemolytic activity was also performed using an agar plate method.Most of the strains were not antimicrobial active, most often activity was recognized against B. cereus itself. Hemolytic and lecithinase activity was confirmed in all strains. Using the PRC method, 100 % presence of genes for non-hemolytic enterotoxin, cereolysin O, hemolysin III, phospholipase C, phosphatidilcholin prefferred phospholipase and sphingomyelinase was confirmed. However, this does not necessarily mean, that these genes will manifest. Gene expression depends mainly on the environment and external conditions. The presence of other less prevalent toxin genes was also monitored, including cereulide and Immune inhibitor A. None of the tested strains carried the genes for these toxins. Likewise, no genes for hemolysin BL were observed. Almost none of the tested strains had the ability to inhibit quorum sensing.The pathogenic activity of B. cereus is frequently mentioned problem associated with food. Nevertheless, they have great potential for their antimicrobial activity against other pathogens, which could be used in the pharmaceutical and food industries. Bacteriocins and also antibiotics are produced by these bacteria. Their antimicrobial activity is highest against closely related species but may also act against other similar gram-positive pathogenic bacteria occurring food. Another advantageous property of these bacteria is also the ability to disrupt cell communication due to the action of AHL-lactonase. This mechanism can prevent other competitive and pathogenic bacteria from acting in the host and prevent the formation of infection. In the future, less pathogenic species such as B. mycoides could partially replace commercial antibiotics.

Keywords

Bacillus cereus, emetický toxin, enterotoxiny, hemolyziny, antimikrobiální aktivita, bakteriocin

Keywords

Bacillus cereus, emetic toxin, enterotoxins, hemolysins, antimicrobial activity, bakteriocin

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 21. 7. 2020

Thesis defence

• Supervisor: Ing. Hana Salmonová, Ph.D.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Master programme / field:
Nutrition and Foodstuffs / Nutrition and Foodstuffs