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Alkali production associated with malolactic fermentation by oral streptococci and protection against acid, oxidative, or starvation damage

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Abstract:

Alkali production by oral streptococci is considered important for dental plaque ecology and caries moderation. Recently, malolactic fermentation (MLF) was identified as a major system for alkali production by oral streptococci, including Streptococcus mutans. Our major objectives in the work described in this paper were to further define the physiology and genetics of MLF of oral streptococci and its roles in protection against metabolic stress damage. l-Malic acid was rapidly fermented to l-lactic acid and CO2 by induced cells of wild-type S. mutans, but not by deletion mutants for mleS (malolactic enzyme) or mleP (malate permease). Mutants for mleR (the contiguous regulator gene) had intermediate capacities for MLF. Loss of capacity to catalyze MLF resulted in loss of capacity for protection against lethal acidification. MLF was also found to be protective against oxidative and starvation damage. The capacity of S. mutans to produce alkali from malate was greater than its capacity to produce acid from glycolysis at low pH values of 4 or 5. MLF acted additively with the arginine deiminase system for alkali production by Streptococcus sanguinis, but not with urease of Streptococcus salivarius. Malolactic fermentation is clearly a major process for alkali generation by oral streptococci and for protection against environmental stresses.

La production d’alcalis par les streptocoques oraux est importante dans l’écologie de la plaque et le contrôle de la carie dentaire. Récemment, la fermentation malolactique (FML) a été identifiée comme système principal de production d’alcalis par les streptocoques oraux, notamment Streptococcus mutans. Les objectifs principaux du travail décrit dans cet article étaient de définir davantage la physiologie et la génétique de la FML réalisée par les streptocoques oraux, et de définir son rôle dans la protection contre les dommages causés par le stress métabolique. L’acide l-malique a été rapidement fermenté en acide l-lactique et en CO2 par S. mutans sauvage induit, mais pas par des mutants de délétion de mleS (enzyme malolactique) ou mleP (perméase du malate). Les mutants de mleR (le gène de régulation contigu) possédaient une activité de FML intermédiaire. L’absence de FML résultait en une perte de protection contre une acidification létale. La FML protégeait aussi contre les dommages oxydatifs et les dommages causés par une privation de nutriments. La capacité de produire des alcalis à partir du malate deS. mutans était plus élevée que sa capacité à produire des acides par la glycolyse, à des valeurs de pH faibles de 4 ou 5. La FML agissait de manière additive avec le système de déiminase d’arginine pour produire des alcalis chez Streptococcus sanguinis, mais pas avec l’uréase chez Streptococcus salivarius. La fermentation malolactique constitue clairement un processus majeur de génération d’alcalis par les streptocoques oraux et de protection contre les stress environnementaux.

Document Type: Research Article

Publication date: July 1, 2010

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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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