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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.64.2016.tde-01042016-091529
Document
Author
Full name
Marina de Toledo Ferraz Dellias
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Piracicaba, 2015
Supervisor
Committee
Mui, Tsai Siu (President)
Caldas, Danielle Gregorio Gomes
Cruz, Sandra Helena da
Lopes, Mario Lucio
Martinis, Elaine Cristina Pereira de
Title in Portuguese
Comunidade bacteriana dos biofilmes da fermentação alcoólica: estrutura, composição, suscetibilidade aos antimicrobianos e formação de biofilme em culturas puras
Keywords in Portuguese
Bactérias ácido-lácticas (LAB)
Bioetanol
Contaminação bacteriana
Gene 16S rRNA
Lactobacillus
Sensibilidade aos antimicrobianos
TSA
Abstract in Portuguese
A produção de etanol nas destilarias brasileiras é baseada na atividade fermentativa da levedura Saccharomyces cerevisiae que utiliza o caldo da cana-de-açúcar e/ou o melaço como substrato. Bactérias contaminantes da fermentação alcoólica competem com as leveduras pelos açúcares, afetando o rendimento do sistema produtivo e, consequentemente, causando perdas econômicas significativas às usinas. Biofilmes formados nos tanques de fermentação alcoólica agem como reservatórios de bactérias, contribuindo para contaminações persistentes e de difícil controle. Os biofilmes proporcionam aos seus habitantes certo grau de proteção contra diversas ameaças do meio, incluindo a ação dos antibióticos. Desta forma, o conhecimento da comunidade bacteriana dos biofilmes é fundamental para as medidas que visam o controle das contaminações na produção do bioetanol. No primeiro estudo, a composição e dinâmica da comunidade bacteriana foram determinadas pela análise de sequências do gene 16S rRNA de biofilmes com diferentes períodos de crescimento, correspondentes aos estágios iniciais de estabelecimento destes biofilmes dentro dos tanques de fermentação alcóolica Os resultados mostraram que estas comunidades foram compostas predominantemente pelas bactérias ácido-lácticas (LAB), com destaque para o gênero Lactobacillus. A visualização da estrutura dos biofilmes por microscopia eletrônica de varredura evidenciou que estes são formados por bactérias e leveduras (biofilmes mistos). No segundo estudo, a suscetibilidade aos antimicrobianos (monensina, virginiamicina e beta-ácido derivado do lúpulo) e a capacidade de formação de biofilmes em culturas puras foram avaliadas para isolados de Lactobacillus spp. provenientes de biofilmes (células sésseis) e de vinho bruto (células planctônicas) coletados dos tanques de fermentação. A partir dos resultados foi possível observar que as diferenças na suscetibilidade aos antimicrobianos e na habilidade de formar biofilmes foram estirpe-dependentes e que, em alguns casos, o perfil apresentado para algumas espécies mostrou-se relacionado à fonte de isolamento. Este foi o primeiro estudo sobre biofilmes contaminantes da fermentação alcoólica, em escala industrial, para a produção de etanol a partir da cana-de-açúcar
Title in English
Bacterial community of biofilms from alcoholic fermentation: structure, composition, susceptibility to antimicrobials and biofilm formation in pure cultures
Keywords in English
16S rRNA gene
Antimicrobial sensitivity
AST
Bacterial contamination
Bioethanol
Lactic acid bacteria (LAB)
Lactobacillus
Abstract in English
Bioethanol production in Brazilian distilleries is based on fermentative activity of the yeast Saccharomyces cerevisiae which uses sugarcane juice and/or molasses as a substrate. Bacterial contaminants of alcoholic fermentation compete with yeasts for sugars, affecting ethanol yield and consequently causing relevant economic losses to the fuel ethanol industry. Biofilms formed into fermentors act as bacterial reservoirs, contributing to persistent contaminations that are difficult to control. Biofilms provide a certain degree of protection for their inhabitants against some environmental threats, including antibiotics. Thus, understanding bacterial community within biofilms is essential for actions to control contaminations in bioethanol production. In the first study, composition and dynamic of bacterial community were determined by 16S rRNA gene sequences analysis of biofilms with different growth periods, corresponding to initial stages of biofilm establishment in fermentation tanks. Results showed that these communities were dominated by lactic acid bacteria (LAB), mainly of the genus Lactobacillus. Visualization of biofilm structure by scanning electron microscopy revealed a mixed-species biofilm composed by bacteria and yeasts. In the second study, susceptibility to antimicrobials (monensina, virginiamicina and beta-acids from hops) and capacity to form biofilm in pure culture were evaluated for Lactobacillus spp. isolated from biofilms (sessile cells) and wine (planktonic cells) collected from fermentors. The results showed that differences in the susceptibility to antimicrobials and the ability to form biofilms were strain-specific and, in certain cases, the response of some species was related to the isolation source. This was the first investigation of contaminant biofilms from sugarcane-based alcoholic fermentation on an industrial scale
 
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Publishing Date
2016-05-04
 
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