Development of a probiotic for animals and aquaculture based on Bacillus toyonensis B-13249 and Bacillus pumilus B-13250 strains

Capa

Citar

Texto integral

Resumo

Abstract: This article aims to develop a probiotic for animals and aquaculture based on the Bacillus toyonensis B-13249 and Bacillus pumilus B-13250 strains. The selection of a nutrient medium was conducted for cultivating the inoculum of these microorganisms. Several bacteria fermentations of the Bacillus genus were performed in biological reactors with a capacity of 15 and 250 l. A technology for obtaining a finished probiotic for animals and aquaculture was developed. The results indicate that L-broth is the most optimal nutrient medium for cultivating the studied strains. The cultivation of B. toyonensis B-13249 and B. pumilus B-13250 strains in fermenters revealed that sporulation begins after 4–8 hours of fermentation. In contrast to the vegetative medium, the fermentative medium helped the bacilli develop a higher optical density (the maximum value in the B. pumilus strain – 2.400±0.149), pH value (maximum value in the B. toyonensis strain – 8.483±0.609) and titer (at least 1010 CFU/g). After 20–24 hours of incubation, both strains of bacilli in the fermenter, almost completely pass into endospores, which serve as a signal for the start of biomass centrifugation. This was indicated by the following: from a 15 l fermenter – 83.3±6.1 g of concentrate, from a 250 l fermenter – 499.8±51.4 g. The number of bacilli in a concentrated state was at least 1·1011 CFU/g for both strains. Obtaining a finished preparation required mixing bacterial concentrates with maltodextrin to a titer of at least 1·1010 CFU/g. The number of bacteria in the preparation checked every month during the year, recorded no value less than 1·1010 CFU/g. Thus, L-broth is most favorable for growing the mother culture of the B. toyonensis B-13249 and B. pumilus B-13250 strains, and fermentative nutrient medium – for the cultivation in fermenters. The expiry date of the bacilli-based biological preparation is at least 12 months, during which the drug’s polycomponence, color and consistency are preserved, in addition to the bacteria titer (at least 1·1010 CFU/g) and their viability.

Sobre autores

A. Malkova

Altai State University, Engineering Center “Prombiotech”

Email: gelishka96@mail.ru

I. Evdokimov

Altai State University, Engineering Center “Prombiotech”

Email: ivan.evdokimov.92@mail.ru

M. Shirmanov

Altai State University, Engineering Center “Prombiotech”

Email: maks-shirmanov@mail.ru

A. Irkitova

Altai State University, Engineering Center “Prombiotech”

Email: elen171987@mail.ru

D. Dudnik

Altai State University, Engineering Center “Prombiotech”

Email: dudnik-dina@mail.ru

Bibliografia

  1. Муродова С.С., Давранов К.Д. Комплексные микробные препараты. Применение в сельскохозяйственной практике // Biotechnologia Acta. 2014. Т. 7. N 6. С. 92–101. https://doi.org/10.15407/biotech7.06.092
  2. Ehling-Schulz M., Lereclus D., Koehler T.M. The Bacillus cereus Group: Bacillus species with pathogenic potential // Microbiology Spectrum. 2019. Vol. 7. Issue 3. P. 1–35. https://doi.org/10.1128/microbialspec.gpp3-0032-2018
  3. Kivanç S.A., Takim M., Kivanç M., Gullulu G. Bacillus Spp. isolated from the conjunctiva and their potential antimicrobial activity against other eye pathogens // African Health Sciences. 2014. Vol. 14. Isue 2. P. 364–371. https://doi.org/10.4314/ahs.v14i2.11
  4. Sharif M., Yazdani M., Almas Z., Ghias W., Qureshi R., Zakki S., et al. Bacillus species found antagonistic activity against bacteria isolated from currency notes in local circulation // Biomedical Letters. 2016. Vol. 2. Issue 2. P. 86–90.
  5. Abbas A., Khan S.U., Khan W.U., Saleh T.A., Khan M.H.U., Ullah S., et al. Antagonist effects of strains of Bacillus spp. against Rhizoctonia solani for their protection against several plant diseases: Alternatives to chemical pesticides // Comptes Rendus Biologies. 2019. Vol. 342. Issue 5-6. P. 124–135. https://doi.org/10.1016/j.crvi.2019.05.002
  6. Akarapisan A., Khamtham J., Kositratana W. Characterization of antagonistic–potential of Bacillus velezensis SK71 against bacterial brown spot on a terrestrial orchid (Habenaria lindleyana) // International Journal of Agricultural Technology. 2020. Vol. 16. Issue 1. P. 1–18.
  7. Савустьяненко А.В. Механизмы действия пробиотиков на основе Bacillus subtilis // Актуальная инфектология. 2016. N 2 (11). С. 35–44.
  8. Абрамкова Н.В. Сравнительная эффективность применения спорообразующих пробиотиков в технологии выращивания поросят // Вестник КрасГАУ. 2015. N 8. С. 173–176.
  9. Ziaei-Nejad S., Rezaei M.H., Takami G.A., Lovett D.L., Mirvaghefi A.-R., Shakouri M. The effect of Bacillus spp. bacteria used as probiotics on digestive enzyme activity, survival and growth in the Indian white shrimp Fenneropenaeus indicus // Aquaculture. 2006. Vol. 252. Issue 2-4. P. 516–524. https://doi.org/10.1016/j.aquaculture.2005.07.021
  10. Sekar A., Kim M., Jeon H., Kim K. Screening and selection of bacteria inhibiting white spot syndrome virus infection to Litopenaeus vannamei // Biochemistry and Biophysics Reports. 2019. Vol. 19. Article number 100663. https://doi.org/10.1016/j.bbrep.2019.100663
  11. Amoah K., Huang Q.-C., Tan B.-P., Zhang S., Chi S.-Y., Yang Q.-H., et al. Dietary supplementation of probiotic bacteria, Bacillus coagulans ATCC 7050, improves the growth performance, intestinal morphology, microflora, immune response, and disease confrontation of Pacific white shrimp, Litopenaeus vannamei // Fish and Shellfish Immunology. 2019. Vol. 87. P. 796–808. https://doi.org/10.1016/j.fsi.2019.02.029
  12. Bahrampour K., Afsharmanesh M., Khajen Bami M. Comparative effects of dietary Bacillus subtilis, Bacillus coagulans and Flavophospholipol supplements on growth performance, intestinal microflora and jejunal morphology of Japanese quail // Livestock Science. 2020. Vol. 239. Article number 104089. https://doi.org/10.1016/j.livsci.2020.104089
  13. Ефименко Т.А., Маланичева И.А., Зенкова В.А., Королев А.М., Остерман И.А., Сергиев П.В.. Изыскание антибиотиков, эффективных в отношении бактерий с лекарственной устойчивостью, на примере Bacillus pumilus продуцента антибиотика амикумацина А // Вестник Оренбургского государственного университета. 2014. N 13 (174). С. 27–31.
  14. Ефременкова О.В., Габриэлян Н.И., Маланичева И.А., Ефименко Т.А., Сумарукова И.Г., Глухова А.А.. Антимикробные свойства амикумацина А // Антибиотики и химиотерапия. 2017. Т. 62. N 1-2. С. 16–19.
  15. Srisapoome P., Areechon N. Efficacy of viable Bacillus pumilus isolated from farmed fish on immune responses and increased disease resistance in Nile tilapia (Oreochromis niloticus): Laboratory and on-farm trials // Fish and Shellfish Immunology. 2017. Vol. 67. P. 199–210. https://doi.org/10.1016/j.fsi.2017.06.018
  16. Gao X.-Y., Liu Y., Miao L.-L., Li E.-W., Hou T.-T., Liu Z.-P. Mechanism of anti-Vibrio activity of marine probiotic strain Bacillus pumilus H2, and characterization of the active substance // AMB Express. 2017. Vol. 7. Issue 1. P. 1–10. https://doi.org/10.1186/s13568-017-0323-3
  17. Thy H.T.T., Tri N.N., Quy O.M., Fotedar R., Kannika K., Unajak S., et al. Effects of the dietary supplementation of mixed probiotic spores of Bacillus amyloliquefaciens 54A, and Bacillus pumilus 47B on growth, innate immunity and stress responses of striped catfish (Pangasianodon hypophthalmus) // Fish & Shellfish Immunology. 2017. Vol. 60. P. 391–399. https://doi.org/10.1016/j.fsi.2016.11.016
  18. Jiménez G., Urdiain M., Cifuentes A., López- López A., Blanch A.R., Tamames J., et al. Description of Bacillus toyonensis sp. nov., a novel species of the Bacillus cereus group, and pairwise genome comparisons of the species of the groupby means of ANI calculations // Systematic and Applied Microbiology. 2013. Vol. 36. Issue 6. P. 383–391. https://doi.org/10.1016/j.syapm.2013.04.008
  19. Kantas D., Papatsiros V.G., Tassis P.D., Giavasis I., Bouki P., Tzika E.D. A feed additive containing Bacillus toyonensis (Toyocerin(®) ) protects against enteric pathogens in postweaning piglets // Journal of Applied Microbiology. 2015. Vol. 118. Issue 3. P. 727–738. https://doi.org/10.1111/jam.12729
  20. Pinheiro V., Mourão J.L., Jimenez G. Influence of Toyocerin® (Bacillus cereus var. toyoi) on the breeding performances of primiparous rabbit does // World Rabbit Science. 2007. Vol.15. Issue 4. P. 179–188. https://doi.org/10.4995/wrs.2007.590
  21. Cruz P.M., Ibañez A.L., Hermosillo O.A.M., Saad H.C.R. Use of probiotics in aquaculture // International Scholarly Research Network. 2012. Vol. 2012. Article ID 916845. 13 p. https://doi.org/10.5402/2012/916845
  22. Пат. № 2693439, Российская Федерация. Штамм бактерий Bacillus toyonensis ВКПМ В-13249, обладающий выраженным антагонизмом по отношению к микроорганизмам Escherichia coli, Candida albicans, Staphylococcus aureus, St. epidermidis, Salmonella typhimurium, Shigella sonnei, Pseudomonas aeruginosa / А.Н. Иркитова, А.В. Гребенщикова; патентообладатель ФГБОУ ВО «Алтайский государственный университет»; заявл. 25.12.2018; опубл. 02.07.2019.
  23. Пат. № 2694522, Российская Федерация. Штамм бактерий Bacillus pumilus ВКПМ В-13250, обладающий выраженным антагонизмом по отношению к микроорганизмам Escherichia coli, Candida albicans, Staphylococcus aureus, St. epidermidis / А.Н. Иркитова, А.В. Гребенщикова; патентообладатель ФГБОУ ВО «Алтайский государственный университет»; заявл. 25.12.2018; опубл. 16.07.2019.
  24. Иркитова А.Н., Гребенщикова А.В., Яценко Е.С., Сперанская Н.Ю., Мацюра А.В. Морфологическое разнообразие Bacillus subtilis // Ukrainian Journal of Ecology. 2018. Т. 8. N. 2. C. 365–370. https://doi.org/10.15421/2018_355

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
Baixar


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».