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Method Article
Este protocolo proporciona una descripción completa y exhaustiva del proceso detallado para el aislamiento, la purificación y la identificación del Bacillus licheniformis productor de bacitracina a partir de heces de cerdos sanos.
El Bacillus licheniformis y la bacitracina tienen un enorme mercado de aplicación y valor en los campos de la medicina, la química, la acuicultura, la agricultura y los productos secundarios. Por lo tanto, la selección de B. licheniformis con alta producción de bacitracina es de gran importancia. En este protocolo experimental, se aislaron, purificaron e identificaron bacilos con un alto rendimiento de bacitracina a partir de las heces frescas de cerdos sanos. También se probó el efecto inhibidor del metabolito secundario bacitracina sobre Micrococcus luteus . Para la detección cualitativa y cuantitativa de bacitracina se utilizó cromatografía en capa fina y cromatografía líquida de alta resolución. Las características fisiológicas y bioquímicas de B. licheniformis se determinaron mediante kits relevantes. Las relaciones filogenéticas de B. licheniformis se determinaron y construyeron mediante la detección de secuencias génicas. Este protocolo describe e introduce el proceso estándar de aislamiento, purificación e identificación de B. licheniformis a partir de heces frescas de animales desde múltiples perspectivas, proporcionando un método para la utilización a gran escala de B. licheniformis y bacitracina en fábricas.
Bacillus licheniformis es una especie de Bacillus de la familia Firmicutes, que se distribuye ampliamente en diversos ambientes como el agua, el suelo y los intestinos de los animales1. B. licheniformis tiene una estructura corta y robusta en forma de bastón y se mueve individualmente2. La colonia es casi redonda y opaca, con una protuberancia central y bordes limpios de color blanco grisáceo3. Tiene una gran capacidad de crecimiento y reproducción y puede absorber y utilizar nutrientes de diversas fuentes de carbono, como monosacáridos, polisacáridos, cetosa y ácidos orgánicos4. En la etapa posterior de crecimiento y desarrollo, B. licheniformis puede existir en forma de esporas latentes y producir sustancias antibacterianas como bacitracina, liquenisina y surfactina. También puede resistir la deficiencia nutricional y el entorno externo extremo5. No hay una preferencia obvia por los codones, y el eficiente sistema de secreción determina la secreción de proteínas heterólogas de B. licheniformis, que es el doble que la de Bacillus subtilis6. A menudo se utiliza para producir preparaciones enzimáticas como la proteasa, la amilasa y la celulasa7. Debido a su falta de toxinas endógenas, está certificada como cepa segura para los alimentos y está incluida en el QPS de la EFSA8. Por lo tanto, existen varios usos potenciales, incluida la producción de compuestos bioactivos, que tienen una amplia gama de aplicaciones en las industrias acuícola, agrícola, alimentaria, biomédica y farmacéutica. Además, B. licheniformis es un componente importante de la flora intestinal animal, que puede promover que los animales mejoren el rendimiento de la producción, mejoren el equilibrio de la flora intestinal y prevengan enfermedades. En 2004 se analizó el genoma completo de B. licheniformis ATCC14580 y se ha ido comprendiendo gradualmente la información de fondo sobre la traducción de la transcripción, el plegamiento de proteínas y el mecanismo de secreción9. Esta información genética hace que sea propicio para la modificación genética a nivel molecular, contribuyendo a facilitar la producción a gran escala de B. licheniformis.
La bacitracina es un antibiótico péptido dodeccíclico producido por la péptido sintetasa no ribosómica por metabolismo secundario en B. subtilis y B. licheniformis. La bacitracina es una mezcla compuesta por varios componentes como la bacitracina A, B y C, donde uno o dos aminoácidos difieren entre cada componente; entre estos, la bacitracina A tiene la actividad biológica más fuerte10. La bacitacina puede inhibir bacterias grampositivas como Staphylococcus y Micrococcus luteus y algunas bacterias gramnegativas al inhibir la formación de la pared celular e interactuar con las proteínas de unión a la membrana11. Mientras tanto, la bacitracina es segura y estable, no es fácil producir resistencia a los medicamentos y puede ser compatible con otros medicamentos antibacterianos12. Por lo tanto, la bacitracina se utiliza en la práctica médica y veterinaria. Además, debido a su rápida tasa de eliminación y baja tasa de absorción, también se puede utilizar como aditivo para la alimentación animal13.
B. licheniformis puede colonizar el intestino y mejorar el microambiente gastrointestinal. La capacidad de adhesión y reproducción y las funciones fisiológicas relacionadas de Bacillus de diferentes fuentes en el tracto gastrointestinal de diferentes animales son diferentes. La B. licheniformis derivada de cerdos es más propicia para la colonización en los intestinos de cerdos y otros animales. Existe una estrecha relación entre la abundancia relativa de probióticos intestinales y el estado de salud del huésped14. La suplementación dietética con la mezcla de B. licheniformis en lechones destetados mejora el ecosistema intestinal al cambiar la composición de la microbiota y la actividad metabólica, y también afecta a la mucosa intestinal15. Las heces de los animales pueden reflejar el tipo y la cantidad de la flora intestinal animal. Este protocolo describe el aislamiento y purificación de Bacillus spp. productora de bacitracina a partir de heces sanas de cerdo. Las heces se derivan de cerdas Taihu que no se alimentan con piensos compuestos y tienen un excelente rendimiento de producción en las granjas porcinas. Los aislados se identificaron como B. licheniformis con base en sus características morfológicas, propiedades fisicoquímicas e identificación bioquímica.
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Todos los procedimientos experimentales fueron documentados y aprobados por el Comité de Ética de la Universidad Tecnológica de Nanjing. Las heces se derivaron de cerdas Taihu de aproximadamente 2 años de edad (ver Tabla de Materiales), que fueron criadas en granjas porcinas profesionales y estándar.
1. Preparación de los medios
2. Aislamiento y purificación de Bacillus a partir de heces frescas de cerdos sanos
3. Cribado de la inhibición de la actividad de M. luteus
4. Identificación de la bacitracina por cromatografía en capa fina
5. Detección de bacitracina por HPLC
6. Identificación morfológica
7. Identificación fisiológica y bioquímica
8. Determinación de la secuencia génica de la cepa
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En este experimento, se aislaron 48 cepas de Bacillus de heces frescas de cerdos sanos, numeradas de 1001 a 1048. Entre ellas, 15 cepas tuvieron actividad antibacteriana contra M. luteus. De las 15 cepas, los títulos de bacitracina se midieron mediante cromatografía líquida de alta resolución, como se muestra en la Tabla 1. Entre ellos, B. licheniformis Nº 1026 presentó el título más alto de bacitracina, 456,35 ± 21,75 U/mL, por lo que...
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B. licheniformis crece rápidamente con condiciones de cultivo simples y consumo rápido de azúcar, y la tecnología de fermentación madura es útil para ahorrar costos de producción industrial13. La amplia aplicación de B. licheniformis y sus secreciones, la bacitracina, ha determinado su prometedor valor de mercado. En la agricultura, B. licheniformis se emplea como biofertilizante para mejorar el crecimiento de las plantas y la ab...
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Los autores no tienen nada que revelar.
Este estudio contó con el apoyo del Programa Nacional de Investigación y Desarrollo Clave de China (No. 2022YFC2104800) y el Proyecto Six Talent Peaks en la provincia de Jiangsu (No. 2019-NY-058).
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Name | Company | Catalog Number | Comments |
2 × Phanta Flash Master Mix | Nanjing Vazyme Biotechnology Co., Ltd., Nanjing,China | P252-01 | |
2kb DNA Marker | Beijing Trans Biotechnology Co., Ltd., Beijing, China | BM121-01 | |
Acetonitrile | Shanghai Aladdin Biochemical Technology Co.,Ltd., Shanghai, China | A104443 | |
Agar powder | Shanghai Macklin Biochemical Technology Co., Ltd., Shanghai, China | A800730 | |
Agarose | Shanghai Aladdin Biochemical Technology Co.,Ltd., Shanghai, China | A104062 | |
Ammonium sulfate ((NH4)2SO4) | Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd., Shanghai, China | 10002917 | |
Autoclave sterilizer | Zealway Instrument Inc., Xiamen, China | GI36DWS | |
Bacillus biochemical identification strip | Qingdao Haibo Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, China | HBIG14 | |
Bacitracin | Shanghai Yuanye Bio-Technology Co., Ltd., Shanghai, China | B65740 | |
Bacteria DNA Extraction Kit | Tiangen Biochemical Technology Co., Ltd., Beijing, China | DP209 | |
Breathable sealing film | Beijing Leiborun Biotechnology Co., Ltd. | BS-QM-01A | |
Butanol | Shanghai Aladdin Biochemical Technology Co., Ltd., Shanghai, China | B433378 | |
C18 (5 μm, 4.6 × 250 mm) HPLC column | Rizhao Kepuno New Material Co., Ltd., Rizhao, China | C1805-462510 | |
Calcium carbonate (CaCO3) | Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd., Shanghai, China | 10005717 | |
Centrifuge | New Brunswick Scientific Co., Inc., UK | 5452 | |
Chromatographic tank | Nanjing Tenghui Experimental Technology Co., Ltd., Nanjing, China | P-1 | |
Conical bottle | Sichuan Shubo Co., Ltd., Chengdu, China | 18012 | |
Constant temperature incubator | Taist Instrument Co., Ltd., Tianjin, China | GH4500 | |
Dipotassium phosphate (K2HPO4) | Xilong Chemical Co., Ltd., Guangdong, China | XL0015 | |
EDTA-2Na | Shanghai Aladdin Biochemical Technology Co.,Ltd., Shanghai, China | E397526 | |
Electronic balance | Mettler Toledo International Co., Ltd. | FA2104 | |
Ethyl alcohol | Shanghai Aladdin Biochemical Technology Co.,Ltd., Shanghai, China | E130059 | |
Gel Midi Purification Kit | Tiangen Biochemical Technology Co., Ltd., Beijing, China | DP302 | |
Glass rod | Chengdu Yibang Kexi Instrument Co., Ltd. | 1294 | |
Glucose | Shanghai Macklin Biochemical Technology Co., Ltd., Shanghai, China | D823520 | |
Gram 's staining solution kit | Qingdao Haibo Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, China | HB8278 | |
High performance liquid chromatograph | Agilent Technologies, Inc., California, America | 1260 | |
Horizontal electrophoresis apparatus | Beijing Liuyi Biotechnology Co., Ltd., Beijing, China | DYCP-31DN BIOMATE | |
Inoculation ring | Shanghai Muchen Biotechnology Co., Ltd., Shanghai, China | 3171026 | |
Magnetic stirrer | Wiggens GmbH Co., Ltd., Germany | WH220 PLUS | |
Methyl alcohol | Shanghai Aladdin Biochemical Technology Co.,Ltd., Shanghai, China | M116115 | |
Microcentrifuge tube | Shanghai Muchen Biotechnology Co., Ltd., Shanghai, China | 1351171 | |
Micrococcus luteus | Bena Culture Collection, Suzhou, China | BNCC102589 | |
Microporous filter membrane | Nantong Suri Experimental Equipment Co., Ltd. | PES0.22 | |
Ninhydrin | Shanghai Aladdin Biochemical Technology Co., Ltd., Shanghai, China | N105629 | |
Optical microscope | Optical Instrument Factory, Shanghai, China | DYS-108 | |
Pig feces | Nanjing Quanfu Pig Farm, Nanjing, China | ||
Polymerase chain reaction (PCR) Amplifier | Suzhou Dongsheng Xingye Scientific Instrument Co., Ltd., Suzhou, China | ETC811 | |
Professional sequencing company | General Biology (Anhui) Co., Ltd., Anhui, China | ||
Pyridine | Shanghai Aladdin Biochemical Technology Co., Ltd., Shanghai, China | P111516 | |
Shaker | Taicang Qiangle Experimental Equipment Co., Ltd.,Taicang, China | HYL-C | |
Silica gel GF254 thin layer plate | Yantai Huayang New Material Co., Ltd., Yantai, China | HPT-HSGF5025023 | |
Sodium chloride (NaCl) | Shanghai Macklin Biochemical Technology Co., Ltd., Shanghai, China | S805275 | |
Sodium citrate | Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd., Shanghai, China | C39197100001 | |
Soluble starch | Shanghai Macklin Biochemical Technology Co., Ltd., Shanghai, China | S817547 | |
Thermostat water bath | Shanghai Heheng Instrument Equipment Co., Ltd., Shanghai, China | DK-8D | |
Tryptone | Shanghai Aladdin Biochemical Technology Co., Ltd., Shanghai, China | T139519 | |
Ultra GelRed | Nanjing Vazyme Biotechnology Co., Ltd., Nanjing,China | GR501-01 | |
Ultra pure water instrument | Merck KGaA Co., Ltd., Germany | Milli Direct-Q8 | |
Ultrasonic cleaner | Jiangsu Huaguan Electric Appliance Group Co., Ltd., Jiangsu, China | SB-100DT | |
Vernier caliper | Sanfeng Company, Japan | N20P | |
Yeast extract powder | Vicbio Biotechnology Co., Ltd., Beijing, China | LP0021 |
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