Characterization of aerobic and anaerobic vegetative growth of the food-borne pathogen Bacillus cereus F4430/73 strain

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The Gram-positive bacterium Bacillus cereus is a facultative anaerobe that is still poorly characterized metabolically. In this study, the aerobic vegetative growth and anaerobic vegetative growth of the food-borne pathogen B. cereus F4430/73 strain were compared with those of the genome-sequenced ATCC14579 strain using glucose and glycerol as fermentative and nonfermentative carbon sources, respectively. Uncontrolled batch cultures on several defined media showed that B. cereus strains had high amino acid or pyruvate requirements for anaerobic fermentative growth. In addition, growth performance was considerably improved by maintaining the pH of the culture medium near neutrality. Spectra of fermentation by-products were typically (per mole of glucose) 0.2–0.4 acetate, 1.1–1.4 L-lactate, 0.3–0.4 formate, and 0.05–0.2 ethanol with only traces of succinate, pyruvate, and 2,3-butanediol. These spectra were drastically changed in the presence of 20 mmol nitrate·L–1, which stimulated anaerobic growth. During anaerobic and aerobic respiration, the persistent production of acetate and other by-products indicated overflow metabolisms. This was especially true in glucose-grown cells for which respiratory complex III made only a minor contribution to growth. Surprisingly, oxygen uptake rates linked to the cytochrome c and quinol branches of the respiratory chain were maintained at high levels in anaerobic, respiring, or fermenting cells. Growth and metabolic features of B. cereus F4430/73 are discussed using biochemical and genomic data.Key words: Bacillus cereus, growth, defined media, fermentation, respiration.

Bacillus cereus est une bactérie Gram-positive anaérobie facultative qui demeure peu caractérisée d'un point de vue métabolique. Au cours de cette étude, les croissances végétatives aérobie et anaérobie de la souche pathogène F4430/73 ont été comparées à celles de la souche séquencée ATCC14579 en utilisant respectivement le glucose et le glycérol comme sources de carbone fermentescible et non-fermentescible. Des cultures en batchs non-régulés sur plusieurs milieux définis ont montré que les souches de B. cereus ont des besoins élevés en acides aminés ou pyruvate pour la croissance fermentaire anaérobie. En outre, les performances de croissance ont été considérablement améliorées en maintenant le pH de culture proche de la neutralité. Les profils typiques de sous-produits de la fermentation ont été (par mole de glucose) 0,2–0,4 acétate, 1,1–1,4 L-lactate, 0,3–0,4 formate et 0,05–0,2 éthanol, avec seulement des traces de succinate, pyruvate et 2,3-butanediol. Ces profils ont été fortement modifiés en présence de 20 mmol nitrate·L–1 à l'origine d'une stimulation de la croissance anaérobie. Au cours des respirations aérobie et anaérobie, la production persistante d'acétate et d'autres sous-produits a révélé les trop-pleins du métabolisme. Ceci a été particulièrement verifié avec les cellules cultivées sur glucose où le complexe III respiratoire ne contribue que faiblement à la croissance. D'une façon surprenante, la consommation d'oxygène liée aux voies cytochrome c et quinol de la chaîne respiratoire reste élevée chez les cellules anaérobies, en respiration ou en fermentation. Les caractéristiques de croissance et métaboliques de B. cereus F4430/73 ont été discutées en utilisant des données biochimiques et génomiques.Mots clés : Bacillus cereus, croissance, milieux définis, fermentation, respiration.

Document Type: Research Article

Publication date: February 1, 2005

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