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Production of cryoprotectant extracellular polysaccharide substances (EPS) by the marine psychrophilic bacterium Colwellia psychrerythraea strain 34H under extreme conditions

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Abstract:

Extracellular polysaccharide substances (EPS) play critical roles in microbial ecology, including the colonization of extreme environments in the ocean, from sea ice to the deep sea. After first developing a sugar-free growth medium, we examined the relative effects of temperature, pressure, and salinity on EPS production (on a per cell basis) by the obligately marine and psychrophilic -proteobacterium, Colwellia psychrerythraea strain 34H. Over growth-permissive temperatures of ~10 to -4 °C, EPS production did not change, but from -8 to -14 °C when samples froze, EPS production rose dramatically. Similarly, at growth-permissive hydrostatic pressures of 1-200 atm (1 atm = 101.325 kPa) (at -1 and 8 °C), EPS production was unchanged, but at higher pressures of 400 and 600 atm EPS production rose markedly. In salinity tests at 10‰-100‰ (and -1 and 5 °C), EPS production increased at the freshest salinity tested. Extreme environmental conditions thus appear to stimulate EPS production by this strain. Furthermore, strain 34H recovered best from deep-freezing to -80 °C (not found for Earthly environments) if first supplemented with a preparation of its own EPS, rather than other cryoprotectants like glycerol, suggesting EPS production as both a survival strategy and source of compounds with potentially novel properties for biotechnological and other applications.

Les polysaccharides extracellulaires (PE) jouent un rôle important en écologie microbienne, notamment dans la colonisation des environnements extrêmes de l’océan, allant de la glace de mer aux fonds marins. Après avoir développé un milieu de culture sans sucres, nous avons examiné les effets relatifs de la température, de la pression et de la salinité sur la production de PE (par cellule) par une -protéobactérie marine obligée et psychrophile, Colwellia psychrerythreae de souche 34H. À des températures de croissance permissives de ~10 à -4 °C, la production de PE ne changeait pas, mais de -8 à  14 °C, lorsque les échantillons gelaient, la production de PE diminuait de façon importante. De la même façon, à des pressions hydrostatiques permissives de 1-200 atm (1 atm = 101.325 kPa) (à -1 et 8 °C), la production de PE ne changeait pas, mais à des pressions plus élevées de 400 et 600 atm, la production de PE augmentait de façon marquée. Lors des tests de salinité, à 10 ‰ - 100 ‰ (et -1 et 5 °C), la production de PE augmentait à la salinité testée la plus fraîche. Les conditions environnementales extrêmes semblent donc stimuler la production de PE chez cette souche. Qui plus est, la souche 34H récupérait le mieux d’une surcongélation à  80 °C (absente des environnements terrestres) si elle avait été supplémentée avec une préparation contenant ses propres PE plutôt qu’avec des cryoprotecteurs comme le glycérol, ce qui suggère que la production de PE constitue une stratégie de survie ainsi qu’une source de composés possédant des propriétés nouvelles utilisables pour des applications biotechnologiques ou autres.

Document Type: Research Article

Publication date: January 1, 2009

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  • Published since 1954, this monthly journal contains new research in the field of microbiology including applied microbiology and biotechnology; microbial structure and function; fungi and other eucaryotic protists; infection and immunity; microbial ecology; physiology, metabolism and enzymology; and virology, genetics, and molecular biology. It also publishes review articles and notes on an occasional basis, contributed by recognized scientists worldwide.
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nrc/cjm/2009/00000055/00000001/art00009
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