Aproximación al mecanismo de inactivación de Escherichia coli por ondas de ultrasonido de alta intensidad

Abstract

The high-intensity ultrasound (UAI) is part of the so-called new technologies that emerged in response to consumer demands for minimally processed products, original features and safety. Different studies show that treatments with UAI substantially reduce the microbial count, which is important for the preservation of food. However, although its antimicrobial activity has been associated with cavitation phenomena, little is known about its mechanism of inactivation. Additionally, it is unknown if the damage produced in cells is irreversible or whether this leads to sublethal damage. In order to make an approach to the mechanism of action of this promising technology, was evaluated in this study the effect of treatments of UAI on industrial relevance microorganism (Escherichia coli). Then, bacterial suspensions (108 CFU / mL), were sonicated at 35 kHz and 100W (between 2.5 and 10 minutes) in an ultrasonic bath (ELMA Transsonic TI-H-5, Germany) at room temperature. The applied treatments yielded the following results: (1) reductions of 0.8 log cycles in cellular concentration of the organism, (2) damage to the cell membrane of E. coli by propidium iodide uptake and release of protein medium, (3) absence of protein denaturation by microscopy and (4) absence of sublethal damage (2% NaCl). Additionally, serum protein electrophoresis profile expelled to the medium was determined and compared with the effect of other treatments (heat and osmotic shock). These results suggest that the primary cause of death was associated with the microbial cell membrane damage, with consequent loss of critical cellular components. The absence of sublethal injury provides this technology of greater confidence on its application in front of other new technologies.

El ultrasonido de alta intensidad (UAI) hace parte de las llamadas nuevas tecnologías, que surgen como respuesta a las exigencias de los consumidores por productos mínimamente procesados, de características originales e inocuas. Diferentes estudios demuestran que tratamientos con UAI reducen sustancialmente la carga microbiana, lo que resulta importante para la preservación de alimentos. Sin embargo, aunque su actividad microbicida ha sido asociada a fenómenos de cavitación, poco se conoce acerca de su mecanismo de inactivación. Adicionalmente, se desconoce si los daños generados en las células son irreversibles o si por el contrario se produce daño subletal. Con el objetivo de realizar una aproximación al mecanismo de acción de esta promisoria tecnología, se evaluó en este estudio el efecto de tratamientos de UAI sobre un microorganismo de relevancia industrial (Escherichia coli). Para esto, suspensiones bacterianas (108 UFC/mL), se sonicaron a 35 kHz y 100W (entre 2.5 y 10 minutos) en baño de ultrasonido (ELMA Transsonic TI-H-5, Germany) a temperatura ambiente. Con los tratamientos aplicados se obtuvieron los siguientes resultados: (1) reducciones de 0,8 ciclos log en la concentración celular del microorganismo, (2) daño en la membrana celular de E.coli por absorción de yoduro de propidio y liberación de proteínas al medio, (3) ausencia de desnaturalización de proteínas por microscopía y (4) ausencia de daño subletal (2% NaCl). Adicionalmente, se determinó el perfil electroforético de las proteínas expulsadas al medio y se comparó con el efecto de otros tratamientos (choque térmico y osmótico). Estos resultados sugieren que el principal factor de muerte microbiana estuvo asociado al daño en la membrana celular, con la consecuente pérdida de componentes celulares críticos. La ausencia de daño subletal, le confiere a esta tecnología una mayor seguridad en su aplicación, ya que la fracción de células inactivadas corresponde a la fracción de células muertas.