Microbial warfare: the role of valinomycin and cereulide

Abstract

As estirpes eméticas de Bacillus cereus produzem uma toxina altamente resistente, denominada cereulida. Esta toxina é o agente responsável por uma intoxicação alimentar caracterizada por emese. A cereulida é um dodecadepsipéptido cíclico com uma estrutura semelhante à da valinomicina, um composto antimicrobiano produzido por Streptomyces spp. Ambos os compostos são ionóforos de potássio, facilitando o movimento the K+ através das membranas celulares com concomitante dissipação do potencial de membrana. Devido às suas propriedades ionofóricas, a valinomicina e a cereulida são ambas tóxicas para as mitocôndrias. As similaridades com a valinomicina sugerem que a cereulida possa ser um composto antimicrobiano. A actividade antimicrobiana da cereulida e da valinomicina foi testada avaliando o seu efeito no crescimento das bactérias seleccionadas sob diferentes condições de crescimento. A valinomicina e a cereulida exibiram actividade antimicrobiana contra as bactérias Gram positvo testadas. Por outro lado, as bactérias Gram negativo revelaram-se insensíveis a estes ionóforos de potássio sob as condições testadas. À excepção de Enterococcus faecalis, o crescimento bacteriano foi fortemente inibido pela valinomicina e pela cereulida a pH 8.5. Enquanto que a pH 6.5 estes ionóforos foram ineficazes. O oxigénio revelou-se um importante factor para a eficiência dos ionóforos. As células aeróbicas foram mais sensíveis à acção da valinomicina e da cereulida do que as células anaeróbicas. As estirpes eméticas revelaram uma menor suscepibilidade aos ionóforos testados. Curiosamente, a estirpe não emética Bacillus cereus ATCC 14579 mostrou, ao contrário das outras estirpes não eméticas, alguma resistência à valinomicina.

Emetic Bacillus cereus produce an highly resistant toxin, named cereulide. This toxin is the causative agent of a food-borne disease characterized by emesis. Cereulide is a cyclic dodecadepsipeptide with a structure similar to the one of valinomycin, an antimicrobial compound produced by Streptomyces spp. Both of these compounds are potassium ionophores, facilitating the movement of K+ across cell membranes with concomitant dissipation of the membrane potential. Due to their ionophoric properties, valinomycin and cereulide are both toxic to mitochondria. The similarities with valinomycin suggest that cereulide may be an antimicrobial compound. The antimicrobial activity of cereulide and valinomycin was evaluated in relation to growth of selected bacteria under different growth conditions. Valinomycin and cereulide were found to exhibit antimicrobial activity effective against the Gram positive bacteria tested. Gram negative were insensitive to these potassium ionophores in the conditions used. With the exception of Enterococcus faecalis, bacterial growth was strongly inhibited by valinomycin and cereulide at pH 8.5. While at pH 6.5 these potassium ionophores were inefective. Oxygen was found to be an important effector of ionophore efficiency. Aerobic cells were more sensitive to valinomycin and cereulide than anaerobic cells. The emetic Bacillus strains were found to be less susceptible to the tested ionophores. Interestingly, the non-emetic Bacillus cereus ATCC 14579 showed, unlike the other tested non-emetic strains, some resistance to valinomycin.