Stress Dependent Biofilm Formation and Bioactive Melanin Pigment Production by a Thermophilic Bacillus Species from Chilean Hot Spring

Formación de biopelículas dependientes del estrés y producción de pigmentos de melanina bioactivos por una especie de bacilo termofílico de aguas termales chilenas

dc.contributorcathalina.marin@alu.ucm.cl; aecheverria@ucm.cl; agomez@ucm.cl; g.cabrera@udt.cl; rominaromero@udec.cl; abanerjee@ucm.cl
dc.contributorFONDECYT INICIACION [11190325]; [EQM200122]; [PIA/APOYO CCTE AFB170007]
dc.contributorBanerjee, Aparna https://orcid.org/0000-0002-5061-4903
dc.contributorCabrera, Gustavo https://orcid.org/0000-0002-1850-0244
dc.contributorEcheverria-Vega, Alex https://orcid.org/0000-0002-0110-1079
dc.contributorRomero Carrillo, Romina https://orcid.org/0000-0003-0963-1637
dc.creatorMarin-Sanhueza, Cathalina
dc.creatorEcheverria-Vega, Alex
dc.creatorGomez, Aleydis
dc.creatorCabrera-Barjas, Gustavo
dc.creatorRomero, Romina
dc.creatorBanerjee, Aparna
dc.date2023-04-18T01:50:52Z
dc.date2023-04-18T01:50:52Z
dc.date2022
dc.date.accessioned2023-09-27T20:20:54Z
dc.date.available2023-09-27T20:20:54Z
dc.identifierhttps://repositorio.uta.cl/xmlui/handle/20.500.14396/2588
dc.identifier2073-4360
dc.identifier10.3390/polym14040680
dc.identifierZN6GA
dc.identifier35215592
dc.identifierWOS:000765129100001
dc.identifier.urihttps://repositorioslatinoamericanos.uchile.cl/handle/2250/8943768
dc.descriptionThermophilic bacteria able to survive extreme temperature stress are of great biotechnological interest due to their extracellular production of bioactive molecules as a part of a survival strategy, or by intracellular modifications. In the present study, thermophilic Bacillus haynesii CamB6, isolated from a Chilean hot spring, was studied for the formation of different stress response molecules. The polymeric pigment produced by the bacterial strain was characterized by different physicochemical techniques. On exposure to ranges of temperature (50-60 degrees C), pH (5.0-7.0), and sources of nitrogen and carbon (1-5 g center dot L-1), the bacteria responded with a biofilm network formation in a hydrophobic polystyrene surface. Biofilm formation under fed-batch conditions was also statistically validated. The bacteria showed a planktonic pellicle network formation in the presence of induced hypoxia and salinity stress (19.45 g center dot L-1) under static conditions. Salinity stress also resulted in the intracellular response of brown pigment production. The pigment was structurally and functionally characterized by UV-Vis absorbance and the presence of different characteristic peaks via FTIR analysis (bacterial pyomelanin fingerprints) were assessed. A high thermal stability and TGA profile indicated the brown pigment was a probable pyomelanin candidate. Micropyrolysis (Py-GC/MS) showed that isoprene, pyrrole, benzene, pyridine, and their derivatives were the major components detected. In addition, acetic acid, indole, phenol, and its derivatives were observed. The absence of sulfocompounds in the pyrolyzed products agreed with those reported in the literature for pyomelanin. The pigment surface morphology was analyzed via SEM, and the elemental composition via EDS also demonstrated the similarity of the brown pigment to that of the melanin family. The pyomelanin pigment was observed to be bioactive with promising antioxidant capacity (H2O2, Fe2+) compared to the standard antioxidant molecules. In conclusion, B. haynesii CamB6 demonstrated the formation of several biomolecules as a stress response mechanism that is bioactive, showing its probable biotechnological applications in future.
dc.descriptionLas bacterias termófilas capaces de sobrevivir al estrés por temperaturas extremas son de gran interés biotecnológico debido a su producción extracelular de moléculas bioactivas como parte de una estrategia de supervivencia, o por modificaciones intracelulares. En el presente estudio, se estudió la formación de diferentes moléculas de respuesta al estrés del Bacillus haynesii CamB6 termofílico, aislado de una fuente termal chilena. El pigmento polimérico producido por la cepa bacteriana se caracterizó mediante diferentes técnicas fisicoquímicas. Tras la exposición a rangos de temperatura (50-60 grados C), pH (5,0-7,0) y fuentes de nitrógeno y carbono (1-5 g punto central L-1), las bacterias respondieron con la formación de una red de biopelícula en un hidrofóbico. superficie de poliestireno. La formación de biopelículas en condiciones de lote alimentado también se validó estadísticamente. Las bacterias mostraron una formación de red de película planctónica en presencia de hipoxia inducida y estrés por salinidad (19,45 g punto central L-1) en condiciones estáticas. El estrés por salinidad también resultó en la respuesta intracelular de la producción de pigmento marrón. El pigmento se caracterizó estructural y funcionalmente por absorbancia UV-Vis y se evaluó la presencia de diferentes picos característicos mediante análisis FTIR (huellas dactilares de piomelanina bacteriana). Una alta estabilidad térmica y un perfil TGA indicaron que el pigmento marrón era un probable candidato a piomelanina. La micropirólisis (Py-GC/MS) mostró que los principales componentes detectados fueron isopreno, pirrol, benceno, piridina y sus derivados. Además, se observaron ácido acético, indol, fenol y sus derivados. La ausencia de sulfocompuestos en los productos pirolizados coincidió con lo reportado en la literatura para piomelanina. La morfología de la superficie del pigmento se analizó mediante SEM, y la composición elemental mediante EDS también demostró la similitud del pigmento marrón con el de la familia de las melaninas. Se observó que el pigmento de piomelanina es bioactivo con una capacidad antioxidante prometedora (H2O2, Fe2+) en comparación con las moléculas antioxidantes estándar. En conclusión, B. haynesii CamB6 demostró la formación de varias biomoléculas como un mecanismo de respuesta al estrés que es bioactivo, mostrando sus probables aplicaciones biotecnológicas en el futuro.
dc.formatapplication/pdf
dc.format20 páginas
dc.languageEnglish
dc.publisherMDPI
dc.relationPolymers, vol.14 no.4 (2022)
dc.relationhttps://doi.org/10.3390/polym14040680
dc.rightsgold, Green Published
dc.rightsAcceso abierto
dc.sourcePolymers
dc.subjectExtremophile
dc.subjectBacillus
dc.subjectBiofilm
dc.subjectPellicle
dc.subjectPigment
dc.subjectMelanin
dc.subjectAntioxidant
dc.subjectPyrolysis-Gas Chromatography
dc.subjectPyomelanin Production
dc.subjectAntioxidant Activity
dc.subjectSanitation Agents
dc.subjectMass-Spectrometry
dc.subjectBacteria
dc.subjectExtremophiles
dc.subjectMechanisms
dc.subjectExtraction
dc.subjectGrowth
dc.subjectExtremófilo
dc.subjectBacillus
dc.subjectBiopelícula
dc.subjectPigmento
dc.subjectMelanina
dc.subjectAntioxidante
dc.subjectPirólisis-Cromatografía de Gases
dc.subjectProducción de Piomelanina
dc.subjectActividad Antioxidante
dc.subjectAgentes de Saneamiento
dc.subjectEspectrometría de Masas
dc.subjectBacterias
dc.subjectExtremófilos
dc.subjectMecanismos
dc.subjectExtracción
dc.subjectCrecimiento
dc.titleStress Dependent Biofilm Formation and Bioactive Melanin Pigment Production by a Thermophilic Bacillus Species from Chilean Hot Spring
dc.titleFormación de biopelículas dependientes del estrés y producción de pigmentos de melanina bioactivos por una especie de bacilo termofílico de aguas termales chilenas
dc.typeArtículo de revista


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