1. Background
2. Objectives
3. Materials and Methods
3.1. Specimen Collection and Isolation of Lactic Acid Bacteria
3.2. Morphological, Physiochemical, and Biochemical Characterization of Lactic Acid Bacteria Isolates
3.3. Genetic Identification of Isolates
3.3.1. Identification through 16S rRNA Gene Sequencing
3.4. Dissolution of Calcium Carbonate
3.5. Antibiotic Susceptibility Assay
| No. | Antibiotic | Class | Concentration | MIC ranges, μg/mLa |
|---|---|---|---|---|
| 1 | Gentamicinb | Aminoglycoside | 10 | 0.5 - 256 |
| 2 | Kanamycinb | Aminoglycoside | 30 | 2 - 1024 |
| 3 | Streptomycinb | Aminoglycoside | 10 | 0.5 - 256 |
| 4 | Neomycinb | Aminoglycoside | 15 | 0.5 - 256 |
| 5 | Tetracyclineb | Tetracycline | 30 | 0.125 - 64 |
| 6 | Ciprofloxacinb | Fluoroquinolone | 5 | 0.25 - 128 |
| 7 | Clindamycinb | Lincosamide | 2 | 0.032 - 16 |
| 8 | Chloramphenicolb | Chloramphenicol | 30 | 0.125 - 64 |
| 9 | Ampicillinb | β-Lactam | 10 | 0.032 - 16 |
| 10 | Penicillinc | β-Lactam | 10 | 0.032 - 16 |
| 11 | Erythromycinb | Macrolide | 15 | 0.016 - 8 |
| 12 | Vancomycinb | Glycopeptide | 30 | 0.25 - 128 |
| 13 | Virginiamycinb | Streptogramin | 10 | 0.016 - 8 |
| 14 | Linezolidb | Oxazolidinone | 30 | 0.032 - 16 |
| 15 | Trimethoprimb | Dihydrofolate reductase inhibitor | 10 | 0.125 - 64 |
| 16 | Rifampicinb | Rifamycin | 5 | 0.125 - 64 |
aConcentration range of the antibiotics according to the International Standard (ISO 10932:2010).
bValues’ unit is μg.
cValues’ unit is IU.
3.6. In vitro Antimicrobial Activity of Lactic Acid Bacteria
3.6.1. Production of Bacteriocin-Like Inhibitory Substances by Lactic Acid Bacteria Strains
4. Results
| LAB Identified | L. acidophilic | L. paracasei | L. delbrueckii | L. helveticus | L. brevis | L. salivarius | L. fermentum | L. rhamnosus | L. plantarum | L. plantarum | L. plantarum |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Strain Codes | AS-1 | AS-2 | AS-3 | AS-5 | AS-6 | AS-7 | AS-8 | AS-9 | JF912378 | JF912379 | JF912380 |
| Growth at 15°C | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - |
| Growth at 37°C | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + |
| Growth at 45°C | + | - | + | + | + | - | + | - | + | + | + |
| Motility | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - |
| Catalase | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - |
| CO2 production from glucose | - | - | - | - | + | - | + | - | - | - | - |
| Lactic acid production, mg/mL | 15.98 ± 2.4 | 22.87 ± 1.45 | 20.65 ± 0.78 | 18.77 ± 0.63 | 17.67 ± 1.59 | 16.99 ± 1.37 | 19.22 ± 0.99 | 21.75 ± 0.58 | 21.23 ± 0.49 | 20.66 ± 0.74 | 22.18 ± 1.28 |
| CaCO3 Dissolution zone, mm | 15.0 ± 1.4 | 15.0 ± 1.13 | 18.0 ± 1.35 | 15.0 ± 2.41 | 15.0 ± 1.24 | 12.0 ± 2.52 | 19.0 ± 1.17 | 14.0 ± 1.34 | 13.0 ± 1.5 | 21.0 ± 2.40 | 16.0 ± 1.8 |
| Gram staining | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + |
| Sugar/Sugar Alcohol | Lactobacillus Isolates | ||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| AS-1 | AS-2 | AS-3 | AS-5 | AS-6 | AS-7 | AS-8 | AS-9 | JF 912378 | JF 912379 | JF 912380 | |
| Glycerol | - | + | + | - | - | - | - | + | + | - | - |
| Erythritol | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - |
| D-Arabinose | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - |
| L-Arabinose | - | - | + | + | + | - | + | - | + | - | + |
| D-Ribose | - | + | + | + | + | - | + | + | + | + | + |
| L-Xylose | - | - | - | + | + | - | + | - | - | + | + |
| D-Xylose | - | - | - | + | - | - | + | + | - | - | - |
| D-Adonitol | - | - | - | - | - | - | + | + | - | - | - |
| Methyl β-D-xylopyranoside | - | - | - | - | - | - | + | + | - | - | - |
| D-Galactose | - | + | + | + | - | + | + | + | + | - | - |
| D-Glucose | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + |
| D-Fructose | + | + | + | + | - | + | + | + | + | + | + |
| D-Mannose | + | + | + | + | - | + | - | + | + | + | + |
| L-Sorbose | - | - | - | - | - | - | - | + | - | + | + |
| L-Rhamnose | - | - | - | - | - | + | - | - | - | - | + |
| Dulcitol | - | - | - | - | - | - | - | - | - | + | - |
| Inositol | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - |
| D-Mannitol | - | + | + | - | - | + | - | + | + | + | + |
| D-Sorbitol | - | + | + | - | - | + | - | + | + | + | - |
| Methyl α-D-mannopyranoside | i.c. | - | - | + | - | - | - | + | + | + | + |
| Methyl α-D-glucopyranoside | i.c. | - | + | - | - | - | i.c. | i.c. | + | + | + |
| N-Acetylglucosamine | - | + | + | - | - | + | i.c. | i.c. | + | + | - |
| Amygdalin | - | + | + | + | - | - | - | - | + | + | - |
| Arbutin | - | + | + | + | - | - | - | - | + | + | + |
| Esculin ferric citrate | - | + | + | + | - | - | - | - | + | + | + |
| Salicin | - | + | + | + | - | - | - | - | + | + | + |
| D-Csellobiose | - | + | - | - | - | - | - | + | + | + | - |
| D-Maltose | - | + | + | + | - | + | - | + | + | + | + |
| D-Lactose | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + |
| D-Melibiose | - | - | - | + | - | + | - | - | + | + | + |
| D-Sucrose | + | + | + | + | - | + | + | + | + | + | + |
| D-Trehalose | - | + | + | + | - | + | - | + | + | + | + |
| Inuline | - | - | + | + | - | - | - | - | + | + | + |
| D-Melezitose | - | + | - | - | - | - | - | - | - | i.c. | + |
| D-Raffinose | + | + | + | + | - | + | + | + | + | + | + |
| Starch | - | - | + | - | - | - | - | + | - | + | + |
| Glycogen | - | - | - | + | - | - | - | - | - | + | - |
| Xylitol | - | - | - | + | - | - | - | - | - | + | - |
| Gentiobiose | - | + | + | + | - | - | - | - | + | + | - |
| D-Turanose | - | - | + | + | - | - | - | - | + | - | - |
| D-Xylose | - | - | - | - | - | - | - | + | - | + | + |
| D-Tagatose | - | + | - | - | - | - | - | - | - | - | - |
| D-Fucose | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - |
| L-Fucose | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - |
| D-Arabitol | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - |
| L-Arabitol | - | - | - | + | - | - | - | + | - | + | - |
| Potassium gluconate | i.c. | - | + | + | - | - | i.c. | i.c. | + | + | - |
| Potassium-2-ketogluconate | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | + |
| Potassium-5-ketogluconate | - | - | - | + | + | - | - | + | - | - | - |
a“+”indicates color change; “- “ indicates no change in color; “i.c.” indicates intermediate color.
| Antibiotics | Minimum Inhibitory Concentration (MIC) Values a | MIC Breakpoints a,b | |||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0.25 | 0.5 | 1 | 2 | 4 | 8 | 16 | 32 | 64 | 128 | 256 | 512 | 1024 | 2048 | ||
| Tested uropathogens and indicator strainsc | |||||||||||||||
| Gentamicin | f, g | d, e | a, b, c | 32 (b, e, f, g: 16) | |||||||||||
| Kanamycin | f, g | d, e | a, b, c | d: 512; e, f: 8; g: 64 | |||||||||||
| Streptomycin | g | d, f | a, b, c, e | 128 | |||||||||||
| Neomycin | f, g | a, b, c | d, e | 32 | |||||||||||
| Tetracycline | f, g | a, b, c, d, e | 16 | ||||||||||||
| Ciprofloxacin | d, e, f, g | a, b, c | 4 | ||||||||||||
| Clindamycin | F | d, e | g | a, b, c | N.A. (g: 1) | ||||||||||
| Chloramphenicol | f, g | a, b, c | d, e | 16 (d, e, f: 32) | |||||||||||
| Ampicillin | g | a, b, c, f | d, e | 32 (d: 16; g: 0.5) | |||||||||||
| Penicillin | g | f | a, b, c, d, e | 16 (g: 0.25) | |||||||||||
| Erythromycin | a, b, c, d, e, f, g | 4 (d: 8) | |||||||||||||
| Vancomycin | a, b, c, d, e, f, g | 4 (d: 12; g: 16) | |||||||||||||
| Virginiamycin | f, g | a, b, c | d, f | N.A. | |||||||||||
| Linezolid | a, b, c | f, g | d, e | N.A. (d: 8) | |||||||||||
| Trimethoprim | f, g | a, b, c | d, e | 2 (b: 8; e, f, g: 16) | |||||||||||
| Rifampicin | f, g | a, b, c | d, e | N.A. (d, g: 4) | |||||||||||
aValues’ unit is µg/mL.
bMIC breakpoints according to the CLSI (2007) and EFSA (2008, 2012).
ca, C. albicans; b, P. aeruginosa, c, K. pneumoniae, d, E. faecalis, e, E. coli, f, E. coli EC101, g, S. aureus DPC 6867; N.A, not available; Strains with MICs higher than the MIC breakpoints are considered as resistant and indicated by the italic font.
| Antibiotics | Gm | Km | Sm | Nm | Tc | Ci | Cl | Cm | Am | Pc | Em | Va | Vi | Lz | Tm | Ri |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Dilution Ranges, µg/mL | 0.5 - 256 | 1 - 256 | 0.5 - 256 | 0.5 - 256 | 0.125 - 256 | 0.25 - 128.0 | 0.032 - 16.0 | 0.125 - 64.0 | 0.032 - 16.0 | 0.032 - 16.0 | 0.016 - 8.0 | 0.25 - 128.0 | 0.016 - 8.0 | 0.032 - 16.0 | 0.125 - 64.0 | 0.25 - 128.0 |
| MICs readings of tested Lactobacillus strains b | ||||||||||||||||
| L. acidophilus AS-1 | 4 (16) | 8 (16) | 16 (16) | 2 (16) | 2 (4) | 32 (n.a) | 0.5 (1) | 2 (4) | 0.5 (1) | ≥ 16 (n.a) | 0.25 (1) | ≥ 128 (2) | 1 (n.a) | 2 (n.a) | ≥ 128 (n.a) | 8 (n.a) |
| L. paracasei AS-2 | 16 (32) | 32 (64) | 16 (n.r) | 16 (32) | 1 (4) | 16 (n.a) | 0.25 (1) | 2 (4) | 0.25 (2) | 8 (n.a) | 0.12 (1) | ≥ 128 (n.r) | 2 (n.a) | 4 (n.a) | 0 (n.a) | 8 (n.a) |
| L. delbrueckii AS-3 | 4 (16) | 4 (16) | 8 (16) | 8 (16) | 0.5 (4) | 32 (n.a) | 0.5 (1) | 1 (4) | 0.5 (1) | 4 (n.a) | 0.25 (1) | 32 (2) | 2 (n.a) | 4 (n.a) | 64 (n.a) | 16 (n.a) |
| L. helveticus AS-5 | 4 (16) | 8 (16) | 8 (16) | 4 (16) | 2 (4) | 32 (n.a) | 0.12 (1) | 2 (4) | 0.5 (1) | 4 (n.a) | 0.06 (1) | 32 (2) | 2 (n.a) | 2 (n.a) | 16 (n.a) | 16 (n.a) |
| L. brevis AS-6 | 2 (4) | 8 (16) | 8 (8) | 2 (4) | 0.5 (2) | 64 (n.a) | 0.12 (0.25) | 2 (2) | 0.25 (1) | 4 (n.a) | 0.06 (0.5) | 128 (2) | 4 (n.a) | 4 (n.a) | 32 (n.a) | 4 (n.a) |
| L. salivarius AS-7 | 4 (16) | 32 (64) | 32 (64) | 2 (16) | 4 (8) | 64 (n.a) | 0.5 (1) | 2 (4) | 2 (4) | 4 (n.a) | 0.25 (1) | ≥ 128 (n.r) | 2 (n.a) | 4 (n.a) | 64 (n.a) | 8 (n.a) |
| L. fermentum AS-8 | 2 (16) | 16 (32) | 32 (64) | 4 (16) | 2 (8) | 16 (n.a) | 0.5 (1) | 1 (4) | 0.5 (1) | 0 (n.a) | 0.12 (1) | 32 (n.r) | 1 (n.a) | 16 (n.a) | 32 (n.a) | 8 (n.a) |
| L. rhamnosus AS-9 | 4 (16) | 32 (64) | 16 (32) | 2 (16) | 4 (8) | 16 (n.a) | 0.5 (1) | 1 (4) | 2 (4) | 0 (n.a) | 0.06 (1) | 32 (n.r) | 1 (n.a) | 8 (n.a) | 16 (n.a) | 8 (n.a) |
| L. plantarum JF 912378 | 4 (16) | 16 (64) | ≥ 256 (n.r) | 4 (16) | 8 (32) | 32 (n.a) | 0.25 (1) | 2 (4) | 0.25 (2) | 4 (n.a) | 0.12 (1) | ≥ 128 (n.r) | 2 (n.a) | 16 (n.a) | 64 (n.a) | 8 (n.a) |
| L. plantarum JF 912379 | 4 (16) | 32 (64) | ≥ 256 (n.r) | 4 (16) | 8 (32) | 32 (n.a) | 0.25 (1) | 2 (4) | 0.5 (2) | 0 (n.a) | 0.12 (1) | ≥ 128 (n.r) | 2 (n.a) | 16 (n.a) | 64 (n.a) | 8 (n.a) |
| L. plantarum JF 912380 | 4 (16) | 16 (64) | ≥ 256 (n.r) | 8 (16) | 8 (32) | 16 (n.a) | 0.25 (1) | 2 (4) | 0.25 (2) | 0 (n.a) | 0.12 (1) | ≥ 128 (n.r) | 1 (n.a) | 16 (n.a) | 16 (n.a) | 8 (n.a) |
aAbbreviations: Am: Ampicillin; Ci: Ciprofloxacin; Em: Erythromycin; Gm: Gentamycin; Cl: Clindamycin; Cm: Chloramphenicol; Km: Kanamycin; Lz: Linezolid; n.a., not available; Nm: Neomycin; Pc: Penicillin; Ri: Rifampicin; Sm: Streptomycin; Tc: Tetracycline; Tm: Trimethoprim; n.r., not required; Va: Vancomycin; Vi: Virginiamycin.
bEFSA breakpoints (µg/mL) for each LAB strain are given in brackets (LAB with MICs higher than the EFSA breakpoints are considered as resistant strains and indicated by the italic font).
| Lactobacillus Strains | Uropathogens Growth Inhibition Zone (GIZ)a, b | Indicator Strains | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| C. albicans | P. aeruginosa | K. pneumoniae | E. faecalis | E. coli | E. coli DPC EC101 | S. aureus DPC 6867 | |
| L. acidophilus AS-1 | ++ | ++ | ++ | ++ | ++ | + | R |
| L. paracasei AS-2 | ++ | ++ | ++ | ++ | ++ | + | R |
| L. delbrueckii AS-3 | ++ | ++ | ++ | ++ | ++ | + | R |
| L. helveticus AS-5 | ++ | ++ | ++ | ++ | ++ | + | R |
| L. brevis AS-6 | ++ | ++ | ++ | ++ | ++ | + | R |
| L. salivarius AS-7 | ++ | ++ | ++ | +++ | ++ | R | R |
| L. fermentum AS-8 | ++ | ++ | ++ | +++ | ++ | + | R |
| L. rhamnosus AS-9 | ++ | ++ | ++ | ++ | ++ | + | R |
| L. plantarum JF 912378 | ++ | ++ | ++ | +++ | +++ | ++ | R |
| L. plantarumJF 912379 | ++ | ++ | ++ | +++ | +++ | ++ | R |
| L. plantarumJF 912380 | ++ | ++ | ++ | +++ | +++ | ++ | R |
aR, Resistant strain (Diameter of GIZ < 5 mm); +, GIZ 5 - 9 mm; ++, GIZ 10 - 19 mm; +++, GIZ 20 - 29 mm.
bValues are means ± STD of three replicates.
