Application of statistical experimental design for optimisation of bioinsecticides production by sporeless Bacillus thuringiensis strain on cheap medium

In order to overproduce bioinsecticides production by a sporeless Bacillus thuringiensis strain, an optimal composition of a cheap medium was defined using a response surface methodology. In a first step, a Plackett-Burman design used to evaluate the effects of eight medium components on delta-endotoxin production showed that starch, soya bean and sodium chloride exhibited significant effects on bioinsecticides production. In a second step, these parameters were selected for further optimisation by central composite design. The obtained results revealed that the optimum culture medium for delta-endotoxin production consists of 30 g L-1 starch, 30 g L-1 soya bean and 9g L-1 sodium chloride. When compared to the basal production medium, an improvement in delta-endotoxin production up to 50% was noted. Moreover, relative toxin yield of sporeless Bacillus thuringiensis S22 was improved markedly by using optimised cheap medium (148.5 mg delta-endotoxins per g starch) when compared to the yield obtained in the basal medium (94.46 mg delta-endotoxins per g starch). Therefore, the use of optimised culture cheap medium appeared to be a good alternative for a low cost production of sporeless Bacillus thuringiensis bioinsecticides at industrial scale which is of great importance in practical point of view.

LSSP-PCR para la identificación de polimorfismos en el gen cry1Ben cepas nativas de Bacillus thuringiensis / LSSP-PCR to identify polymorphisms in the gene cry1B of Bacillus thuringiensis native strain

Se estandarizó la técnica LSSP-PCR (reacción en cadena de la polimerasa con un único oligonucleótido en condiciones de baja astringencia), para identificar polimorfismos del gen cry1B en aislamientos nativos de Bacillus thuringiensis (Bt) . Se evaluaron 164 aislamientos nativos colombianos identificándose el gen cry1Ba en 11 de estos aislamientos. Los 11 fragmentos amplificados, junto con el de la cepa de referencia Bt subsp. aizawai HD137, se analizaron por LSSP-PCR y los patrones electroforéticos obtenidos se compararon cualitativamente. Con los productos amplificados mediante el oligonucleótido directo se construyó un dendrograma utilizando UPGMA que mostró tres agrupamientos con similitud de 83, 79 y 68%. La agrupación con 68% de similaridad correspondió al aislamiento nativo BtGC120 que presentó el patrón de bandas más variable. Con el oligonucleótido reverso el aislamiento BtGC120 mostró una menor variabilidad (43%). La secuencia nucleotidica obtenida de este fragmento de 806 pares de bases mostró una identidad de 93% con la secuencia de los genes cry1Bc1 de Bt morrisoni y cry1Bb1 de la cepa BT-EG5847. Se predijo del marco de lectura +3 una proteína de 268 residuos aminoácidicos, con 88% de identidad con la proteína Cry1Bc. Esta secuencia reveló dos dominios, una endotoxina N implicada en la formación del poro y otra endotoxina M relacionada en el reconocimiento del receptor. La evaluación biológica del aislamiento BtGC120 sobre larvas de primer instar del insecto plaga Spodoptera frugiperda, mostró una CL50 de 1,896 ng de proteína total por cm2. Este estudio muestra que la LSSP-PCR es una técnica que permite identificar de una manera específica variaciones en las secuencias de los genes cry de Bt, con potencialidad de encontrar nuevos genes con novedosas actividades biológicas.

LSSP-PCR (low stringency specific primer-PCR), technique was standardized for polymorphisms in native isolates cry1B genes Bacillus thuringiensis (Bt) identify. 164 isolates were evaluated by identifying the gene colombian native cry1Ba, in 11 of these isolates. The 11 amplified fragments, along with the reference strain Bt subsp. aizawai HD137 were analyzed by LSSP-PCR and electrophoretic patterns obtained were compared qualitatively. With the amplified products with direct oligonucleotide was constructed using UPGMA dendrogram showed three clusters with similarity of 83, 79 and 68%. The group with 68% similarity corresponded to the isolation BtGC 120 native who introduced the variable pattern of bands. With the isolation BtGC 120 reverse oligonucleotide showed less variability (43%). The nucleotide sequence obtained from this fragment of 806 bp showed 93% identity with the sequence of the genes of Bt morrisoni cry1Bc1 and cry1Bb1 BT-strain EG5847. Predicted reading frame of 268 +3 a protein amino acid residues with 88% identity with the protein Cry1Bc. This sequence revealed two domains, an N endotoxin involved in the formation of the pore and other related M endotoxin in receptor recognition. The biological evaluation BtGC120 insulation on first instar larvae of Spodoptera frugiperda insect pest, showed an LC50 of 1.896 ng of total protein per cm2. This study shows that the LSSP-PCR is a technique that identifies a specific way variation in the sequences of cry genes of Bt, with the potential to find new genes with novel biological activities.

Characterization of a Bacillus thuringiensis strain collection isolated from diverse Costa Rican natural ecosystems

Costa Rican natural ecosystems are among the most diverse in the world. For this reason, we isolated strains of the entomopathogenic bacteria Bacillus thuringiensis (Bt ) to determine their diversity, distribution and abundance. A total of 146 Bt strains were obtained from environmental samples collected from diverse natural ecosystems and life zones of Costa Rica. We recovered Bt strains from 71%, 63%, 61% and 54% of soil samples, fresh leaves, other substrates and leaf litter respectively. Bt was isolated in 65% of the samples collected in the humid tropical forest in national parks (Braulio Carrillo, Gandoca Manzanillo, Sierpe, Hitoy Cerere, and Cahuita), and in 59% of the samples collected in the dry tropical forest (Parque Nacional Marino las Baulas, Palo Verde and Santa Rosa). In the very humid tropical forest (Tortuguero) Bt was isolated in 75% of the samples and in the very humid tropical forest transition perhumid (Carara) it was found in 69% of the samples. The strains exhibit a diverse number, size and morphology of parasporal inclusion bodies: irregular (47%), oval (20%), bipyramidal (3%), bipyramidal and cubic (1%), bipyramidal, oval and irregular (5%) and bipyramidal, oval and cubic crystals (2%). Strains isolated from Braulio Carrillo, Tortuguero and Cahuita, presented predominantly irregular crystals. On the other hand, more than 60% of the isolates from Térraba-Sierpe and Hitoy-Cerere had medium oval crystals. Strains from Gandoca-Manzanillo, Palo Verde and Carara presented mainly combinations of oval and irregular crystals. Nevertheless, the greatest diversity in crystal morphology was observed in those from Santa Rosa, Llanos del Río Medio Queso and Parque Marino las Baulas. Protein analyses of the crystal-spore preparations showed -endotoxin with diverse electrophoretic patterns, with molecular weights in the range of 20 to 160 kDa. Fifty six percent of the strains amplified with the cry2 primer, 54% with vip3, 20% with cry1...

Como los ecosistemas naturales de Costa Rica figuran entre los más diversos del mundo, se propuso aislar la bacteria entomopatógena Bacillus thuringiensis (Bt ) con el fin de conformar una colección de cepas y caracterizarlas molecularmente. Se obtuvieron 146 cepas a partir de muestras ambientales de diversas áreas protegidas, que incluían 9 de las 12 zonas de vida de Costa Rica. Se recobraron cepas del 71%, 63%, 61%y 54% de las muestras de suelo, hojas frescas, otros sustratos y hojarasca respectivamente. Se aisló Bt del 65% de las muestras del bosque tropical húmedo, un 59% de las muestras del bosque tropical seco. Del bosque tropical muy húmedo se aisló Bt del 75% de las muestras y finalmente del bosque tropical muy húmedo transición perhúmedo se encontró en el 69% de las muestras. Las cepas se caracterizaron según la morfología de los cuerpos paraesporales de inclusión, el peso molecular de las -endotoxinas y de genes cry,cyt y vip que contenían. Las cepas exhibieron cristales de diferente morfología, tamaño y número: irregulares, ovales, bipiramidales, cúbicos o mezclas de uno u otro. No se encontró correlación al comparar la forma de los cristales con el sitio de origen de la cepa. El análisis proteico de las mezclas de esporas y cristales mostró que las cepas contenían -endotoxinas de 20 a 160 kDa.El 66 por ciento de las cepas amplificaron con los imprimadores específicos para el gen cry2,54% con vip3, 20% con el cry1, 9% con el cry3-cry7 y 8% con el gen cry8. Los genes cry11 y cyt se encontraron en el 8%y 7% de las cepas respectivamente. Veinticuato cepas no amplificaron con los imprimadores utilizados por lo que podrían contener genes novedosos. Las cepas que contenían el gen cry1 se amplificaron posteriormente con imprimadores específicos para la subfamilia de dicho gen, obteniéndose 13 perfiles diferentes. En síntesis, la diversidad genética de las cepas sugiere que la colección tiene un gran potencial para el control de diferentes...