Lait 83 (2003) 365-378
DOI: 10.1051/lait:2003024

Purification and characterization of thermophilin ST-1, a novel bacteriocin produced by Streptococcus thermophilus ACA-DC 0001

Anastasios Aktypis and George Kalantzopoulos

Laboratory of Dairy Research, Department of Food Science and Technology, Agricultural University of Athens, Iera Odos 75, 118 55, Athens, Greece
(Received 9 January 2003; Accepted 24 April 2003; Published online 22 September 2003)

Abstract
Thermophilin ST-1 is produced by Streptococcus thermophilus ACA-DC 0001, a "wild" strain isolated from traditional Greek yogurt products. It exerts an inhibitory effect on lactic acid bacteria, several food spoilage and food-borne pathogenic microorganisms, and some Gram-negative phytopathogen bacteria, including Listeria innocua BL 86/20, Enterococcus faecalis EF1, Staphylococcus aureus ATCC 29996, Xanthomonas campestris BPIC 1660, Pseudomonas syringae BPIC 1549 and Erwinia rubrifasciens BPIC 1710. The crude antimicrobial compound is heat-labile (60 °C for 10 min) and sensitive to the proteolytic enzymes pronase and trypsin and high acidic and alkaline conditions, and shows a bactericidal mode of action against the indicator strain Lactococcus lactis ssp. cremoris CNRZ-117. Production of thermophilin ST-1 starts during the early growth of the producer strain and reaches a maximum titer of 2560 AU mL ^-1 at the end of the exponential growth. Thermophilin ST-1 was partially purified by ammonium sulfate precipitation, ion-exchange and size-exclusion chromatography. SDS-PAGE electrophoresis of purified thermophilin ST-1 showed a single protein band with a molecular mass of 30 kg mol ^-1, classifying this novel bacteriocin with the large heat-labile proteins. Until now, however, the molecular mass of bacteriocins reported in the species of S. thermophilus was less than 10 kg mol ^-1 (small, heat-stable peptides). Curing experiments did not result in the loss of bacteriocin production, suggesting that the genetic determinant is probably located on the chromosome.

Résumé
Purification et caractérisation de la thermophiline ST-1, une nouvelle bactériocine produite par Streptococcus thermophilus ACA-DC 0001. La thermophiline ST-1 est une bactériocine produite par Streptococcus thermophilus ACA-DC 0001, une souche " sauvage " isolée d'un yaourt traditionnel Grec. Elle présente un large spectre d'activité contre les germes pathogènes alimentaires ainsi que contre certaines bactéries Gram-négatives phytopathogènes. Elle inhibe, non seulement, des bactéries lactiques mais également, les souches Listeria innocua BL 86/20, Enterococcus faecalis EF1, Staphylococcus aureus ATTC 29996, Xanthomonas campestris BPIC 1660, Pseudomonas syringae BPIC 1549 et Erwinia rubrifasciens BPIC 1710, ainsi que la souche indicatrice Lactococcus lactis ssp. cremoris CNRZ-117. L'extrait brut antimicrobien est sensible aux enzymes protéolytiques pronase et trypsine, à la température de 60 °C après 10 min et aux conditions très acides et très alcalines. La production de la thermophiline commence dès le début de la phase de croissance et atteint son niveau maximum d'activité de 2560 AU mL ^-1 à la fin de la phase exponentielle. Elle a été partiellement purifiée après précipitation au sulfate d'ammonium, chromatographie d' échange d'ions et ensuite chromatographie d'exclusion stérique. Sa masse moléculaire apparente est d'environ 30 kg mol ^-1. L'électrophorèse SDS-PAGE de la thermophiline ST-1 purifiée présentait une seule bande avec une masse moléculaire de 30 kg mol ^-1, classant cette nouvelle batériocine sous les protéines de haut poids moléculaire et thermolabiles. Jusqu'à présent, la masse moléculaire des bactériocines retrouvées dans les différentes espèces de S. thermophilus était inférieure à 10 kg mol ^-1 (petites peptides stables à haute température). De récents essais de cure ont montré une stabilité génétique de la production de la bactériocine, suggérant une localisation probable du gène codant pour la thermophiline ST-1 sur le chromosome.

Key words: Streptococcus thermophilus / bacteriocin / thermophilin / lactic acid bacteria / antimicrobial activity / phytopathogen

Mots clés : Streptococcus thermophilus / bactériocine / thermophiline / bactérie lactique / activité antimicrobienne / phytopathogène

Correspondence and reprints: Anastasios Aktypis
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