Biotechnological synthesis of 1,3-propanediol using Clostridium ssp.

1,3-Propanediol (PD) is an important chemical product which can be used for synthesis reactions, in particular, as a monomer for polycondensations to produce polyesters, polyethers and polyurethanes. It is produced by two methods, chemical synthesis and microbial conversion. Recently, the increasing interest in microbial conversion was observed. Glycerol is used as a substrate in this process and it may be fermented to 1,3-PD by, among others, Citrobacter ssp., Klebsiella ssp., Lactobacillus ssp., Enterobacter ssp. and Clostridium ssp. strains. The process of microbiological bioconversion pathway of glycerol to 1,3-PD is well known for a long time but microorganisms taking part in this fermentation are pathogenic. Thus, natural producers of 1,3-PD that are non-pathogenic and efficient enough, are still sought. This review deals with the case of 1,3-PD production and microbial formation of 1,3-PD, especially by Clostridium ssp. Moreover, it presents genetic engineering methods used in increasing microorganisms’ efficiency in the glycerol to 1,3 PD fermentation.Key words: 1,3-Propanediol, Clostridium ssp., fermentation, glycerol

Rola egzopolisacharydów mikrobiologicznych w technologii żywności

Poznanie wszystkich czynników determinujących biosyntezę egzopolisacharydów drobnoustrojowych jest bardzo istotne. Wykorzystując bowiem odpowiednio skomponowane podłoże hodowlane, pod względem źródła węgla, energii, mikroelementów czy pH, możliwe jest otrzymanie materiału o funkcjonalnym charakterze. Wydzielane na zewnątrz komórki polisacharydy (głównie w formie śluzu) mają duże znaczenie w technologii żywności. Węglowodany pochodzenia mikrobiologicznego, takie jak: ksantan, kurdlan, pululan czy alginian, charakteryzują się wieloma cechami, których nie mają polimery roślinne. Dodatek tych związków do produktów spożywczych ma na celu utrzymanie pożądanej konsystencji, zwiększenie lepkości, zmniejszenie strat wody w czasie obróbki i przechowywania oraz produkcję żywności niskokalorycznej. Obecnie substancje te stosowane są również do produkcji wytrzymałych i jadalnych powłok, które zabezpieczają produkt przed zepsuciem. W niniejszej pracy przedstawiono także aspekt higieniczny syntezy egzopolisacharydów mikrobiologicznych, jako potencjalnego źródła skażenia gotowych wyrobów przeznaczonych do obrotu handlowego. Substancje te uczestniczą w procesach tworzenia się stabilnego mechanicznie biofilmu, co utrudnia utrzymanie czystości w zakładach produkcyjnych. Mikroorganizmy wytwarzają pozakomórkowo ściśle zdefiniowane pod względem struktury polisacharydy, które mogą być wskaźnikami występujących w danym środowisku zanieczyszczeń. Ta właściwość ma kluczowe znaczenie w poszukiwaniach efektywnych metod higienizacyjnych różnych powierzchni użytkowych.It is very important to identify all the agents determining the exo-polysaccharides synthesis. Using a culture medium that is adequately composed as regards carbon, energy, microelements, or pH, it is possible to obtain a desirable and functional biomaterial. Polysaccharides that are secreted outside the cell (usually in the form of mucus) are very important for the food technology. Microbiological carbohydrates such as: xanthan, curdlan, pullulan, and alginate show many specific characteristics, which other plant polymers do not have at all. The function of these compounds added to food products is to keep a desired consistency level, to increase viscosity, to reduce water losses during processing and storage, and to manufacture low calories food products. Presently, they are also applied to manufacture durable and edible covers protecting food products against spoiling. In this paper, there are presented some hygienic aspects of synthesis of microbiological exo-polysaccharides that constitute a potential risk of contaminating final food products to be marketed. These substances take part in the process of forming a mechanically stable biofilm that makes it difficult to keep a required cleanness level within the food manufacturing factories. Owing to the fact that micro-organisms extra-cellularly produce polysaccharides with exactly defined structures, and they can be indicators of contaminants probably occurring in a given environment. This property may be of essential importance if seeking effective methods for higienisation of various application surfaces

The kinetics of bacterial biofilm formation on some technical materials depending on the availability of nutrients

Celem badań było określenie wpływu dostępności składników odżywczych w środowisku wzrostu na adhezję mikroorganizmów do powierzchni użytkowanych w przemyśle spożywczym. W badaniach wykorzystano drobnoustroje, których naturalnym miejscem występowania jest woda (środowisko o ograniczonym dostępie składników odżywczych). Hodowle Pseudomonas aeruginosa, Escherichia coli, Proteus vulgaris, Enterobacter cloacae i Enterococcus faecalis prowadzono na pożywkach o optymalnej oraz zredukowanej dostępności składników odżywczych. Stopień adhezji komórek bakteryjnych do powierzchni teflonu, szkła oraz stali nierdzewnej (typ 304L i 316L) oceniano techniką mikroskopii fluorescencyjnej wg 9-stopniowej skali. Przeprowadzone badania wskazują na bezpośredni wpływ dostępności składników odżywczych oraz rodzaju badanego drobnoustroju na efektywność tworzenia się biofilmu bakteryjnego. W większości wariantów doświadczeń redukcja zawartości substratów metabolicznych w pożywce indukowała proces adhezji testowanych szczepów drobnoustrojów do powierzchni abiotycznych. Spośród przebadanych powierzchni użytkowych, najbardziej efektywną kolonizację obserwowano w przypadku stali nierdzewnej 304L.The objective of the research was to determine the effect of availability of nutritious components in a growth environment on the microorganisms adhesion level to surfaces applied in food industry. There were investigated microorganisms whose natural habitat was water (i.e. an environment with a limited availability of nutrients). The following bacterial cultures were grown in special media showing an optimal and a reduced availability of nutrients: Pseudomonas aeruginosa, Escherichia coli, Proteus vulgaris, Enterobacter cloacae, and Enterococcus faecalis. The levels of bacterial cells adhering to surfaces of teflon, glass, and stainless steel (type 304L and 316L) were assessed according to a 9-degree scale under the application of fluorescent microscopy technique. The experiments performed indicate the direct influence of both the availability of nutrients and the type of a particular species of microorganisms investigated on the efficiency of the bacterial biofilm formation. In the majority of experiments, the reduction in the content of metabolic substrates in the culture medium induced the species examined to adhere to abiotic surfaces. Among the functional surfaces investigated, the stainless steel (type 304L) appeared to be the most efficiently colonized by the microorganisms examined

Limited availability of nutrients in environment as inducer of increase in the resistance of micro-organisms against antimicrobial factors

W dostępnej literaturze pojawiają się doniesienia świadczące o tym, że ograniczona dostępność składników pokarmowych w środowisku wzrostu drobnoustrojów indukuje ich oporność na czynniki antymikrobiologiczne. Celem przeprowadzonych doświadczeń była weryfikacja tej hipotezy badawczej. Określono wpływ ograniczonej dostępności składników pokarmowych w medium hodowlanym, na oporność drobnoustrojów Enterococcus faecalis, Proteus vulgaris i Pseudomonas aeruginosa na działanie wybranych środków dezynfekcyjnych: formaldehydu, nadtlenku wodoru oraz IV-rzędowych soli amoniowych. Wyznaczenie minimalnych stężeń hamujących wzrost drobnoustrojów w 90 % (wskaźnik MIC₉₀%, ang. minimal inhibitory concentration) i minimalnych stężeń bójczych (wskaźnik MBC, ang. minimal bactericidal concentration) badanych środków dezynfekcyjnych wykonano metodą zawiesinową. Analizę zmian profilu białek ogólnych drobnoustrojów przeprowadzono metodą elektroforezy jednokierunkowej w warunkach denaturujących (SDS-PAGE). Na podstawie przeprowadzonych badań nie stwierdzono wpływu ograniczonej dostępności składników pokarmowych w pożywce oraz czasu trwania hodowli na wzrost oporności drobnoustrojów poddanych działaniu wybranych środków dezynfekcyjnych. Najskuteczniejsze działanie bójcze wobec Enterococcus faecalis wykazały IV-rzędowe sole amoniowe, a w przypadku komórek Proteus vulgaris i Pseudomonas aeruginosa ekspozycja na formaldehyd. Stwierdzono także, że hodowla komórek Pseudomonas aeruginosa, prowadzona na podłożu o ograniczonej dostępności składników pokarmowych, indukowała zmiany profilu białek ogólnych tych drobnoustrojów.In the reference literature available, there are reports that the limited availability of nutrients in the culture medium of micro-organisms induces their resistance against antimicrobial factors. The objective of the conducted experiments was to verify this research hypothesis. The effect was determined of the limited availability of nutrients in a culture medium on the resistance of Enterococcus faecalis, Proteus vulgaris, and Pseudomonas aeruginosa against the action of three selected disinfection agents: formaldehyde, hydrogen peroxide, and quaternary ammonium salts. A suspension method was applied to determine MIC₉₀% (minimal inhibitory concentration), i.e. minimal concentration levels inhibiting the growth of micro-organisms in 90% disinfection agents studied, and MBC (minimal bactericidal concentration), i.e. minimal, bactericidal concentration levels. The analysis of changes in the profile of total proteins of micro-organisms was performed using a single-direction electrophoresis method under denaturing conditions (known as SDS-PAGE method, i.e. sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis). Based on the experiments accomplished it was found that neither the limited availability of nutrients in the culture medium nor the time of incubation had any impact on the increase in the resistance of microorganisms treated by the three selected disinfectants. The quaternary ammonium salts proved to have the most effective bactericidal activity against Enterococcus faecalis, whereas in the case of Proteus vulgaris and Pseudomonas aeruginosa cells - the formaldehyde agent. It was also found that the incubation of Pseudomonas aeruginosa cells grown in a medium with a limited availability of nutrients induced changes in the profile of general proteins of this micro-organism

Vitamin B12 - structure, biosynthesis, functions, and methods of determination

W niniejszej pracy przedstawiono aktualną wiedzę dotyczącą witaminy B₁₂ (kobalaminy), struktury i szlaków metabolicznych jej powstawania, znaczenia dla zdrowia człowieka oraz metod jej wykrywania. Przedstawiono także wyniki badań nad biotechnologiczną produkcją witaminy B₁₂. Witamina B₁₂ jest istotnym kofaktorem w metabolizmie węglowodanów, tłuszczów, aminokwasów oraz kwasów nukleinowych w organizmie człowieka. Zapobiega także występowaniu anemii złośliwej. Biosynteza kobalaminy jest domeną wyłącznie organizmów prokariotycznych. Wiele gatunków bakterii jest zdolnych do produkcji witaminy B₁₂, ale tylko dwa mają istotne znaczenie: Propionibacteriumm freudenreichii i Pseudomonas denitrificans.In the paper, the currently available studies are presented, which deal with the vitamin B₁₂ (cobalamin), its structure, the biochemical pathways of its biosynthesis, its importance for human health, as well as with the methods of determining it. In addition, research results into the biotechnological production of vitamin B₁₂ are reported. The vitamin B₁₂ is an important co-factor for the metabolism of carbohydrates, lipids, amino acid, and nucleic acids in the human body. It is also an anti- pernicious anaemia factor. The cobalamin biosynthesis is almost exclusively restricted to the prokaryotic organisms. Many bacterial species are able to synthesize vitamin B₁₂, but only appear significantly important: Propionibacterium freudenreichii and Pseudomonas denitrificans