Thermo-resistant enzyme-producing microorganisms isolated from composting / Microrganismos produtores de enzimas termo-resistentes isolados de compostagem

Organo-mineral fertilizers supplemented with biological additives are an alternative to chemical fertilizers. In this study, thermoresistant microorganisms from composting mass were isolated by two-step procedures. First, samples taken at different time points and temperatures (33 days at 52 ºC, 60 days at 63 ºC, and over 365 days at 26 ºC) were pre-incubated at 80 oC for 30 minutes. Second, the microbial selection by in vitro culture-based methods and heat shock at 60 oC and 100 oC for 2h and 4h. Forty-one isolates were able to grow at 60 °C for 4h; twenty-seven at 100 °C for 2h, and two at 100 °C for 4h. The molecular identification by partial sequencing of the 16S ribosomal gene using universal primers revealed that thirty-five isolates were from eight Bacillus species, one Brevibacillus borstelensis, three Streptomyces thermogriseus, and two fungi (Thermomyces lanuginosus and T. dupontii). Data from amylase, phytase, and cellulase activity assays and the enzymatic index (EI) showed that 38 of 41 thermo-resistant isolates produce at least one enzyme. For amylase activity, the highest EI value was observed in Bacillus licheniformis (isolate 21C2, EI= 4.11), followed by Brevibacillus borstelensis (isolate 6C2, EI= 3.66), Bacillus cereus (isolate 18C2, EI= 3.52), and Bacillus paralicheniformis (isolate 20C2, EI= 3.34). For phytase, the highest EI values were observed for Bacillus cereus (isolate 18C2, EI= 2.30) and Bacillus licheniformis (isolate 3C1, EI= 2.15). Concerning cellulose production, B. altitudinis (isolate 6C1) was the most efficient (EI= 6.40), followed by three Bacillus subtilis (isolates 9C1, 16C2, and 19C2) with EI values of 5.66, 5.84, and 5.88, respectively, and one B. pumilus (isolate 27C2, EI= 5.78). The selected microorganisms are potentially useful as a biological additive in organo-mineral fertilizers and other biotechnological processes.

Os fertilizantes organo-minerais suplementados com aditivos biológicos são uma alternativa aos adubos químicos. Neste estudo, microrganismos termoresistentes foram isolados de compostagem por procedimentos de duas etapas. Inicialmente, as amostras tomadas em diferentes períodos e temperaturas (33 dias a 52 ºC, 60 dias a 63 ºC e mais de 365 dias a 26 ºC) foram pré-incubadas a 80 oC por 30 minutos. Posteriormente, a seleção microbiana foi conduzida por métodos baseados em cultura in vitro e choque térmico a 60 oC e 100 oC por 2h e 4h. Quarenta e um isolados foram capazes de crescer a 60 °C por 4h; vinte e sete a 100 °C por 2h e dois a 100 °C por 4h. A identificação molecular por sequenciamento parcial do gene ribossomal 16S usando primers universais revelou que trinta e cinco isolados eram de oito espécies de Bacillus, um Brevibacillus borstelensis, três Streptomyces thermogriseus e dois fungos (Thermomyces lanuginosus e T. dupontii). Os dados dos ensaios de atividade de amilase, fitase e celulase e o índice enzimático (IE) mostraram que 38 dos 41 isolados termorresistentes produziram pelo menos uma enzima. Para a atividade da amilase, o maior valor de IE foi observado em Bacillus licheniformis (isolado 21C2, IE = 4,11), seguido por Brevibacillus borstelensis (isolado 6C2, IE = 3,66), Bacillus cereus (isolado 18C2, IE = 3,52) e Bacillus paralicheniformis (isolado 20C2, IE = 3,34). Para a fitase, os maiores valores de IE foram observados para B. cereus (isolado 18C2, IE = 2,30) e B. licheniformis (isolado 3C1, IE = 2,15). Em relação à produção de celulose, B. altitudinis (isolado 6C1) foi o mais eficiente (IE = 6,40), seguido por três Bacillus subtilis (isolados 9C1, 16C2 e 19C2) com valores de IE de 5,66, 5,84 e 5,88, respectivamente, e um B. pumilus (isolado 27C2, IE = 5,78). Pode-se inferir que os microrganismos selecionados são potencialmente úteis como aditivos biológicos em fertilizantes organo-minerais e outros processos biotecnológicos.

Thermo-resistant enzyme-producing microorganisms isolated from composting

Abstract Organo-mineral fertilizers supplemented with biological additives are an alternative to chemical fertilizers. In this study, thermoresistant microorganisms from composting mass were isolated by two-step procedures. First, samples taken at different time points and temperatures (33 days at 52 ºC, 60 days at 63 ºC, and over 365 days at 26 ºC) were pre-incubated at 80 oC for 30 minutes. Second, the microbial selection by in vitro culture-based methods and heat shock at 60 oC and 100 oC for 2h and 4h. Forty-one isolates were able to grow at 60 °C for 4h; twenty-seven at 100 °C for 2h, and two at 100 °C for 4h. The molecular identification by partial sequencing of the 16S ribosomal gene using universal primers revealed that thirty-five isolates were from eight Bacillus species, one Brevibacillus borstelensis, three Streptomyces thermogriseus, and two fungi (Thermomyces lanuginosus and T. dupontii). Data from amylase, phytase, and cellulase activity assays and the enzymatic index (EI) showed that 38 of 41 thermo-resistant isolates produce at least one enzyme. For amylase activity, the highest EI value was observed in Bacillus licheniformis (isolate 21C2, EI= 4.11), followed by Brevibacillus borstelensis (isolate 6C2, EI= 3.66), Bacillus cereus (isolate 18C2, EI= 3.52), and Bacillus paralicheniformis (isolate 20C2, EI= 3.34). For phytase, the highest EI values were observed for Bacillus cereus (isolate 18C2, EI= 2.30) and Bacillus licheniformis (isolate 3C1, EI= 2.15). Concerning cellulose production, B. altitudinis (isolate 6C1) was the most efficient (EI= 6.40), followed by three Bacillus subtilis (isolates 9C1, 16C2, and 19C2) with EI values of 5.66, 5.84, and 5.88, respectively, and one B. pumilus (isolate 27C2, EI= 5.78). The selected microorganisms are potentially useful as a biological additive in organo-mineral fertilizers and other biotechnological processes.

Resumo Os fertilizantes organo-minerais suplementados com aditivos biológicos são uma alternativa aos adubos químicos. Neste estudo, microrganismos termoresistentes foram isolados de compostagem por procedimentos de duas etapas. Inicialmente, as amostras tomadas em diferentes períodos e temperaturas (33 dias a 52 ºC, 60 dias a 63 ºC e mais de 365 dias a 26 ºC) foram pré-incubadas a 80 oC por 30 minutos. Posteriormente, a seleção microbiana foi conduzida por métodos baseados em cultura in vitro e choque térmico a 60 oC e 100 oC por 2h e 4h. Quarenta e um isolados foram capazes de crescer a 60 °C por 4h; vinte e sete a 100 °C por 2h e dois a 100 °C por 4h. A identificação molecular por sequenciamento parcial do gene ribossomal 16S usando primers universais revelou que trinta e cinco isolados eram de oito espécies de Bacillus, um Brevibacillus borstelensis, três Streptomyces thermogriseus e dois fungos (Thermomyces lanuginosus e T. dupontii). Os dados dos ensaios de atividade de amilase, fitase e celulase e o índice enzimático (IE) mostraram que 38 dos 41 isolados termorresistentes produziram pelo menos uma enzima. Para a atividade da amilase, o maior valor de IE foi observado em Bacillus licheniformis (isolado 21C2, IE = 4,11), seguido por Brevibacillus borstelensis (isolado 6C2, IE = 3,66), Bacillus cereus (isolado 18C2, IE = 3,52) e Bacillus paralicheniformis (isolado 20C2, IE = 3,34). Para a fitase, os maiores valores de IE foram observados para B. cereus (isolado 18C2, IE = 2,30) e B. licheniformis (isolado 3C1, IE = 2,15). Em relação à produção de celulose, B. altitudinis (isolado 6C1) foi o mais eficiente (IE = 6,40), seguido por três Bacillus subtilis (isolados 9C1, 16C2 e 19C2) com valores de IE de 5,66, 5,84 e 5,88, respectivamente, e um B. pumilus (isolado 27C2, IE = 5,78). Pode-se inferir que os microrganismos selecionados são potencialmente úteis como aditivos biológicos em fertilizantes organo-minerais e outros processos biotecnológicos.

Biocontrol potential of actinobacteria against Pantoea ananatis, the causal agent of maize white spot disease / Potencial de biocontrole de actinobactérias contra Pantoea ananatis, agente causal da doença mancha branca do milho

Pantoea ananatis is the causal agent of maize white spot, a foliar disease responsible for significant maize yield reduction worldwide, especially in Brazil. In general, the maize foliar diseases control involves the adoption of resistant genotypes and pesticides application. However, the use of agrochemicals can significantly cause increase production costs, damage to human health and negative environmental impacts. In this sense, the use of biological control agents has been considered among the most promising eco-friendly technologies for sustainable agriculture. Actinobacteria, particularly of Streptomyces genus, has been widely recognized as agroindustrially important microorganism due to its potential in producing diverse range of secondary metabolites, including antibiotics and enzymes. Thus, the aim of this work is to characterize and to evaluate the potential of soil actinobacteria for P. ananatis control. We observed that 59 actinobacteria strains (85%) exhibited proteolytic or chitinolytic activity. Only the strains Streptomyces pseudovenezuelae ACSL 470, that also exhibited high proteolytic activity, S. novaecaesareae ACSL 432 and S. laculatispora ACP 35 demonstrated high or moderate antagonist activity in vitro against P. ananatis. Temporal analysis of metabolites produced by these strains growth in different liquid media indicated greater antibacterial activity at 72 h. In this condition, chromatographic and mass spectrometry analysis revealed that S. pseudovenezuelae ACSL 470 strain produced neomycin, an aminoglycoside antibiotic that displayed high bactericidal activity in vitro against P. ananatis. This is the first report of actinobacteria acting as potential microbial antagonists for P. ananatis control. Further studies are needed to determine the control efficacy of maize white spot disease by Streptomyces strains or their metabolites in greenhouse and field conditions.

Pantoea ananatis é o agente causal da mancha branca do milho, doença foliar responsável pela redução significativa da produtividade do milho em todo o mundo, especialmente no Brasil. Em geral, o controle de doenças foliares do milho envolve a adoção de genótipos resistentes e a aplicação de agrotóxicos. No entanto, o uso de agroquímicos pode causar aumento significativo dos custos de produção, danos à saúde humana e impactos ambientais negativos. Nesse sentido, o uso de agentes de controle biológico tem sido considerado uma das tecnologias ecologicamente corretas mais promissoras para a agricultura sustentável. Actinobactérias, particularmente do gênero Streptomyces, têm sido amplamente reconhecidas como microrganismos de importância agroindustrial devido ao seu potencial de produção de diversos metabólitos secundários, incluindo antibióticos e enzimas. Assim, o objetivo deste trabalho é caracterizar e avaliar o potencial de actinobactérias do solo para o controle de P. ananatis. Observamos que 59 cepas de actinobactérias (85%) apresentaram atividade proteolítica ou quitinolítica. Apenas as cepas Streptomyces pseudovenezuelae ACSL 470, que também exibiu alta atividade proteolítica, S. novaecaesareae ACSL 432 e S. laculatispora ACP 35 demonstraram alta ou moderada atividade antagonista in vitro contra P. ananatis. A análise temporal do crescimento dos metabólitos produzidos por essas cepas em diferentes meios líquidos indicou maior atividade antibacteriana em 72 h. Nesta condição, análises cromatográficas e de espectrometria de massa revelaram que a cepa S. pseudovenezuelae ACSL 470 produziu neomicina, um antibiótico aminoglicosídeo que apresentou alta atividade bactericida in vitro contra P. ananatis. Este é o primeiro relato de actinobactérias atuando como potenciais antagonistas microbianos para o controle de P. ananatis. Mais estudos são necessários para determinar a eficácia do controle da doença da mancha branca do milho por cepas de Streptomyces ou seus metabólitos em condições de casa de vegetação e campo.

Thermo-resistant enzyme-producing microorganisms isolated from composting / Microrganismos produtores de enzimas termo-resistentes isolados de compostagem

Organo-mineral fertilizers supplemented with biological additives are an alternative to chemical fertilizers. In this study, thermoresistant microorganisms from composting mass were isolated by two-step procedures. First, samples taken at different time points and temperatures (33 days at 52 ºC, 60 days at 63 ºC, and over 365 days at 26 ºC) were pre-incubated at 80 oC for 30 minutes. Second, the microbial selection by in vitro culture-based methods and heat shock at 60 oC and 100 oC for 2h and 4h. Forty-one isolates were able to grow at 60 °C for 4h; twenty-seven at 100 °C for 2h, and two at 100 °C for 4h. The molecular identification by partial sequencing of the 16S ribosomal gene using universal primers revealed that thirty-five isolates were from eight Bacillus species, one Brevibacillus borstelensis, three Streptomyces thermogriseus, and two fungi (Thermomyces lanuginosus and T. dupontii). Data from amylase, phytase, and cellulase activity assays and the enzymatic index (EI) showed that 38 of 41 thermo-resistant isolates produce at least one enzyme. For amylase activity, the highest EI value was observed in Bacillus licheniformis (isolate 21C2, EI= 4.11), followed by Brevibacillus borstelensis (isolate 6C2, EI= 3.66), Bacillus cereus (isolate 18C2, EI= 3.52), and Bacillus paralicheniformis (isolate 20C2, EI= 3.34). For phytase, the highest EI values were observed for Bacillus cereus (isolate 18C2, EI= 2.30) and Bacillus licheniformis (isolate 3C1, EI= 2.15). Concerning cellulose production, B. altitudinis (isolate 6C1) was the most efficient (EI= 6.40), followed by three Bacillus subtilis (isolates 9C1, 16C2, and 19C2) with EI values of 5.66, 5.84, and 5.88, respectively, and one B. pumilus (isolate 27C2, EI= 5.78). The selected microorganisms are potentially useful as a biological additive in organo-mineral fertilizers and other biotechnological processes.(AU)

Os fertilizantes organo-minerais suplementados com aditivos biológicos são uma alternativa aos adubos químicos. Neste estudo, microrganismos termoresistentes foram isolados de compostagem por procedimentos de duas etapas. Inicialmente, as amostras tomadas em diferentes períodos e temperaturas (33 dias a 52 ºC, 60 dias a 63 ºC e mais de 365 dias a 26 ºC) foram pré-incubadas a 80 oC por 30 minutos. Posteriormente, a seleção microbiana foi conduzida por métodos baseados em cultura in vitro e choque térmico a 60 oC e 100 oC por 2h e 4h. Quarenta e um isolados foram capazes de crescer a 60 °C por 4h; vinte e sete a 100 °C por 2h e dois a 100 °C por 4h. A identificação molecular por sequenciamento parcial do gene ribossomal 16S usando primers universais revelou que trinta e cinco isolados eram de oito espécies de Bacillus, um Brevibacillus borstelensis, três Streptomyces thermogriseus e dois fungos (Thermomyces lanuginosus e T. dupontii). Os dados dos ensaios de atividade de amilase, fitase e celulase e o índice enzimático (IE) mostraram que 38 dos 41 isolados termorresistentes produziram pelo menos uma enzima. Para a atividade da amilase, o maior valor de IE foi observado em Bacillus licheniformis (isolado 21C2, IE = 4,11), seguido por Brevibacillus borstelensis (isolado 6C2, IE = 3,66), Bacillus cereus (isolado 18C2, IE = 3,52) e Bacillus paralicheniformis (isolado 20C2, IE = 3,34). Para a fitase, os maiores valores de IE foram observados para B. cereus (isolado 18C2, IE = 2,30) e B. licheniformis (isolado 3C1, IE = 2,15). Em relação à produção de celulose, B. altitudinis (isolado 6C1) foi o mais eficiente (IE = 6,40), seguido por três Bacillus subtilis (isolados 9C1, 16C2 e 19C2) com valores de IE de 5,66, 5,84 e 5,88, respectivamente, e um B. pumilus (isolado 27C2, IE = 5,78). Pode-se inferir que os microrganismos selecionados são potencialmente úteis como aditivos biológicos em fertilizantes organo-minerais e outros processos biotecnológicos.(AU)

Microorganisms from corn stigma with biocontrol potential of Fusarium verticillioides / Microrganismos do estigma do milho com potencial de biocontrole de Fusarium verticillioides

The mycotoxigenic fungus Fusarium verticillioides is the primary maize pathogen and causes the maize stalk and ear rot diseases with significant economic losses. Furthermore, the excessive use of fungicides to control F. verticillioides constitutes threats to the environment and human health. Thus, sustainable alternatives such as biological control are needed to minimize the hazards associated with the current method. Although much is known about the vulnerability of the maize silks as a gateway for several fungal pathogens invading the developing grains, studies on the chemical properties of silk extracts and their resident microbiota are scarce. This study isolated and characterized bacteria and fungi that colonize the maize stigma to assess new potential biocontrol agents. The samples were collected from maize fields in the Brazilian localities of Sete Lagoas-MG, Sidrolândia-MS, Sertaneja-PR, and Goiânia-GO. One hundred sixty-seven microorganisms were isolated, 46% endophytic and 54% epiphytic. First, the antagonist activity was evaluated by the agar disc diffusion method performed in triplicate, and 83% of the isolates showed antagonist activity against F. verticillioides. Then, the 42 most efficient isolates were identified based on the partial sequencing of the bacterial 16S rRNA gene and fungi ITS region. The bacteria belong to the genera Bacillus (57.1%), Burkholderia (23.8%), Achromobacter (7.1%), Pseudomonas (2.4%), and Serratia (2.4%), while the fungi are Penicillium (2.4%), Candida (2.4), and Aspergillus (2.4%). The results showed that microorganisms from maize stigma might represent new promising agents for F. verticillioides control.

O fungo micotoxigênico Fusarium verticillioides é o principal patógeno do milho e causa doenças do colmo e da podridão da espiga com perdas econômicas significativas. Além disso, o uso excessivo de fungicidas no controle de F. verticillioides constitui uma ameaça ao meio ambiente e à saúde humana. Assim, alternativas sustentáveis, como o controle biológico, são necessárias para minimizar os riscos associados ao método atual. Este estudo isolou e caracterizou bactérias e fungos que colonizam o estigma do milho para avaliar novos agentes de biocontrole em potencial. As amostras foram coletadas em campos de milho nas localidades brasileiras de Sete Lagoas-MG, Sidrolândia-MS, Sertaneja-PR e Goiânia-GO. Cento e sessenta e sete microrganismos foram isolados, 46% endofíticos e 54% epifíticos. O teste de antagonismo empregando a técnica de disco de difusão em meio sólido, mostrou que 83% dos isolados apresentaram atividade antagonista contra F. verticillioides. Em seguida, 42 isolados mais eficientes foram identificados a partir do sequenciamento parcial do gene 16S rRNA bacteriano e da região ITS de fungos. Os isolados bacterianos pertencem ao gênero Bacillus (57,1%), Burkholderia (23,8%), Achromobacter (7,1%), Pseudomonas (2,4%) e Serratia (2,4%), enquanto os fungos são Penicillium (2,4%), Candida (2.4), e Aspergillus (2,4%). Os resultados mostraram que microrganismos do estigma do milho podem representar novos agentes promissores para o controle de F. verticillioides.