Publicação: Can extracellular particles from different Bacillus spp. strains contribute to the inhibition and synergistic effect against Salmonella Heidelberg strains isolated from poultry?
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CNPQ::CIENCIAS AGRARIAS::MEDICINA VETERINARIA
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O papel das partículas extracelulares (EPs) na comunicação bacteriana e na patogênese tem recebido atenção crescente, enquanto estudos relacionados a cepas probióticas ainda permanecem escassos. Este estudo avaliou os efeitos inibitórios dependentes da cepa e as interações sinérgicas das EPs produzidas por Bacillus cereus (BC), Bacillus subtilis (BS) e Bacillus licheniformis (BL) contra Salmonella enterica subsp. enterica sorovar Heidelberg (SH). As EPs foram separadas da fração solúvel em água e não particulada (WS-NP) dos sobrenadantes livres de células (CFS) obtidos a partir das cepas de Bacillus, cultivadas individualmente e em combinação, utilizando ultracentrifugação e ultrafiltração. As EPs foram caracterizadas quanto à concentração de partículas, distribuição de tamanho, teor proteico e perfil metabolômico, a fim de identificar assinaturas metabólicas específicas de cepa e de combinação. Por fim, a atividade antimicrobiana contra Salmonella Heidelberg (SH) foi avaliada. As EPs apresentaram heterogeneidade pronunciada, com diâmetros variando de 142,3 a 367,4 nm e altos rendimentos, superiores a 10¹⁰ partículas/mL após concentração. A microscopia eletrônica de transmissão confirmou a coexistência de subpopulações de partículas vesiculares e não vesiculares. Funcionalmente, as EPs exibiram atividade antimicrobiana dependente da cepa e da combinação. As combinações duplas de EPs (BL+BS e BL+BC) apresentaram fortes efeitos sinérgicos contra cepa SH 13, alcançando até 99% de inibição do crescimento, enquanto a combinação das três cepas mostrou eficácia reduzida. Todos os tratamentos com EPs reduziram a cepa SH 18 em aproximadamente 2 log CFU/mL, enquanto a inibição da cepa SH 06 foi mais limitada (~1 log CFU/mL). A análise metabolômica identificou 61 metabólitos, dos quais 23 apresentaram abundância diferencial entre os grupos, especialmente aqueles associados à atividade antimicrobiana e ao quorum sensing, fornecendo insights sobre a base metabólica subjacente às interações mediadas por EPs. De modo geral, esses achados demonstram a inibição de SH mediada por EPs de forma dependente da cepa e seus efeitos sinérgicos, destacando o papel crítico das EPs de bactérias probióticas na inibição e a contribuição de seus componentes ativos nesse processo.
Abstract
The role of extracellular particles (EPs) in bacterial communication and pathogenesis has gained increasing attention, and studies related to probiotic strains remain scarce. This study evaluated the strain-dependent inhibitory and synergistic effects of EPs produced by Bacillus cereus (BC), Bacillus subtilis (BS), and Bacillus licheniformis (BL) against Salmonella enterica subsp. enterica serovar Heidelberg (SH). EPs were separated from the water-soluble, non-particulate (WS-NP) fraction of cell-free supernatants (CFS) obtained from Bacillus strains, cultured individually and in combination, using ultracentrifugation and ultrafiltration. EPs were characterized for particle concentration, size distribution, protein content, and metabolomic profiling to identify strain- and combination-specific metabolic signatures. Finally, the antimicrobial activity of EPs against SH was assessed. The EPs exhibited pronounced heterogeneity, with particle diameters ranging from 142.3 to 367.4 nm and high yields exceeding 10¹⁰ particles/mL after concentration. Transmission electron microscopy is consistent with the coexistence of vesicular and non-vesicular particle subpopulations. Functionally, dual EP combinations (BL+BS and BL+BC) showed synergistic effects against SH strain 13, achieving up to 99% growth inhibition. All EPs treatments reduced SH strain 18 by approximately 2 log CFU/mL, while inhibition of SH strain 06 was more limited (~1 log CFU/mL). Metabolomic profiling identified 61 metabolites, 23 of which showed differential abundance across groups, particularly those with antimicrobial and quorum-sensing activity, providing insight into the metabolic basis underlying EP-mediated interactions. Overall, these findings demonstrate strain-dependent EP-mediated inhibition of SH and their synergistic effects, highlighting the critical role of probiotic bacteria's EPs in inhibition and the contribution of their active components to this process.
Palavras-chave
bactérias probióticas, probiotic bacteria, sinergismo, synergism, antimicrobiano, antimicrobial, cepa-dependente, strain-dependent, inibição de patógenos, pathogen inhibition
Citação
PEDROSA, Isabelle Ezequiel. Can extracellular particles from different Bacillus spp. strains contribute to the
inhibition and synergistic effect against Salmonella Heidelberg strains isolated from poultry?. 2026. 70 f. Dissertação (Mestrado em Ciências Veterinárias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2026. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2026.16.
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