Optimization of theoretical maximal quantity of cells to immobilize on solid supports in the rational design of immobilized derivatives strategy.

Current worldwide challenges are to increase the food production and decrease the environmental contamination by industrial emissions. For this, bacteria can produce plant growth promoter phytohormones and mediate the bioremediation of sewage by heavy metals removal. We developed a Rational Design of Immobilized Derivatives (RDID) strategy, applicable for protein, spore and cell immobilization and implemented in the RDID1.0 software. In this work, we propose new algorithms to optimize the theoretical maximal quantity of cells to immobilize (tMQCell) on solid supports, implemented in the RDIDCell software. The main modifications to the preexisting algorithms are related to the sphere packing theory and exclusive immobilization on the support surface. We experimentally validated the new tMQCell parameter by electrostatic immobilization of ten microbial strains on AMBERJET® 4200 Cl- porous solid support. All predicted tMQCell match the practical maximal quantity of cells to immobilize with a 10% confidence. The values predicted by the RDIDCell software are more accurate than the values predicted by the RDID1.0 software. 3-indolacetic acid (IAA) production by one bacterial immobilized derivative was higher (~ 2.6 µg IAA-like indoles/108 cells) than that of the cell suspension (1.5 µg IAA-like indoles/108 cells), and higher than the tryptophan amount added as indole precursor. Another bacterial immobilized derivative was more active (22 µg Cr(III)/108 cells) than the resuspended cells (14.5 µg Cr(III)/108 cells) in bioconversion of Cr(VI) to Cr(III). Optimized RDID strategy can be used to synthesize bacterial immobilized derivatives with useful biotechnological applications.

Influencia de diferentes factores en el crecimiento de bacterias endófitas de caña de azúcar / Influence of different factors in the growth of endophytic bacteria of sugarcane

En Cuba, entre los esfuerzos por lograr la sostenibilidad en la agricultura se han empleado biopreparados a gran escala, los cuales han tenido un gran impacto económico, ecológico y social. La caña de azúcar constituye uno de los principales cultivos agrícolas para nuestro país y tiene gran importancia desde los puntos de vista económico y ecológico a nivel mundial. En el presente trabajo se demostró el efecto de diferentes fuentes de carbono y nitrógeno en el crecimiento de 5 cepas endófitas de caña de azúcar, 3 de Gluconacetobacter diazotrophicus, una de Bacillus licheniformis y una de Enterobacter agglomerans. De igual forma, se estudió la influencia de jugos provenientes de cinco variedades, así como diferentes concentraciones de las fitohormonas ácido 3 indolacético (AIA) y ácido giberélico (GA) en el crecimiento. Se demostró que la asparagina y el sulfato de amonio como fuentes de nitrógeno adicionadas al medio LGI posibilitan un mayor crecimiento de las bacterias endófitas estudiadas. El medio LGI suplementado con jugo de caña de azúcar favorece significativamente (p≤0,05) el crecimiento de los microorganismos endófitos y no existe relación directa entre el origen varietal del jugo y de las cepas. Por otra parte las fitohormonas en bajas concentraciones favorecieron el crecimiento, no ocurriendo así cuando se encuentran a elevadas concentraciones en el medio de cultivo. Es necesario estudiar todos los factores que pueden influir en la interacción entre la planta y los endófitos para poder utilizar sus potencialidades como promotores del crecimiento vegetal.

Among the efforts done in Cuba to the sustainability in the agricultural system, one of them is the use of bioproducts, which have a relevant economic, ecological and social impact. The sugarcane is one of main crops in our country and it has a great importance at world level. In the present work is demonstrated the effect of different carbon and nitrogen sources in the growth of 5 entophytic bacteria (three of Gluconacetobacter diazotrophicus, one of Bacillus licheniformis and one of Enterobacter agglomerans) were demonstrated. As the same form are studied the influence of juices from five varieties, as well as, different concentrations of fitohormones indole3acetic acid and giberelic acid on the growth. Was demonstrated that asparagine and ammonium sulfate as nitrogen sources added to LGI medium enhance the growth a major growth of the studied endophytic bacteria. The LGI medium supplied with juices of sugarcane enhance the growth of microorganisms (p≤0,05) and don't exist any relationships among the origin of the juice and the strains. On the other hand, the fitohormones at low concentrations don't affect the growth but at high levels of these hormones inhibit the growth. It's necessary to study the factors that have influence on the interaction between the plant and endophytes to use their potentialities as plant growth promoters.

Producción de attisueros para la detección de áido indolacético en cultivos dee bacterias promotoras del crecimiento vegetal / Antisera Production to Detect Indoleacetic Acid in Cultures of Plant-Growth Promoting Bacteria

Se obtuvieron antisueros en conejo utilizando como antígeno el AIA adherido a membranas de nitrocelulosa que mostraron un elevado título y especificidad. Mediante la técnica de inmunoadsorción por manchas marcadas con oro coloidal se detectó la producción de esta auxina por cepas de los géneros Gluconacetobacter, Herbaspirillum, Azospirillum, Pseudomonas, Burkholderia y Bacillus empleando como antígenos los sobrenadantes de los cultivos. Para cuantificar la producción de AIA y corroborar los datos obtenidos se empleó la técnica colorimétrica derivada de Salkowski. Los resultados muestran que todos los géneros bacterianos estudiados tienen la capacidad de producir AIA y se demuestra la factibilidad del uso de este antisuero policlonal para la detección de este metabolito. Teniendo en cuenta las potencialidades de estas bacterias, resulta de gran importancia la utilización de antisueros y técnicas serológicas para la detección rápida y sencilla de este tipo de metabolitos en bacterias asociadas a cultivos de interés económico.

Rabbit polyclonal antisera against indoleacetic acid (IAA) bound to nitrocellulose membrane were obtained, which exhibited a high titer and specificity. The dot immunobinding technique with colloidal gold was used to detect auxin production by several strains belonging to Gluconacetobacter, Herbaspirillum, Azospirillum, Pseudomonas, Burkholderia and Bacillus genera, using culture supernatants as antigens. Moreover, auxin production was quantified by the Salkowski's method to corroborate the previous results. It was found that that all the studied microorganisms produce IAA and the feasibility of using these antisera to detect the metabolite was confirmed. Taking into account the potentialities of plant growth promoting bacteria as biofertilizers, the use of these antisera for a rapid and easy detection of IAA in bacteria associated with important crops is thus recommended.

Relación de la fijación de nitrógeno y la producción de auxinas en cepas de Gluconacetobacter dizotrophicus / Relationships between nitrogen fixation and auxins production in Gluconacetobacter diazotrophicus strains from different crops

Se determinó la capacidad de fijar nitrógeno mediante la actividad reductora de acetileno para 8 cepas de G. diazotrophicus aisladas de diferentes ecosistemas empleando el medio LGI-P. Además, se determinó la producción de auxinas a través del método de Salkowski y se analizó la influencia del aminoácido triptófano y del AIA en la actividad de la nitrogenasa. El triptófano, al igual que otros aminoácidos y las diferentes concentraciones de AIA, inhiben en distinta medida la actividad de la enzima solo parcialmente. Se demostró que las condiciones de nitrofijación no afectan la producción de AIA en esta bacteria. Esta relación entre ambas capacidades fisiológicas beneficiosas para los cultivos agrícolas pudiera tener gran importancia ya que pueden desarrollarse paralelamente, y potenciar la acción beneficiosa hacia la planta, basada en la dinitrofijación y la producción de auxinas estimuladoras del crecimiento vegetal.

The capacity to fix nitrogen of 8 strains of G. diazotrophicus from different ecosystems was determined by acetylene reduction assay using LGIP medium. Moreover, auxins production was determined by Salkowski’s method and the influence of triptophan and indoleacetic acid (IAA) in the nitrogenase activity were analyzed. The triptophan as other aminoacids and different concentrations of IAA, inhibit at different levels the nitrogen fixation only partially. There were demonstrated that the nitrogen fixation conditions do not affect the auxins production of this bacteria. This relationship between both crop beneficial physiological capacities should be a great importance since they may be parallely developed, and enhance the beneficial action to the plant, based on dinitrogen fixation and stimulating plant growth auxins production.