Enzymatic and antimicrobial activity of microorganisms isolated from a cave in the Amazon region

Abstract

Cave microorganisms, mainly in iron lithology, are poorly known. These constitute most of the cave's biodiversity and play a key role in maintaining the cave ecosystem. The isolation and characterization of the cave microbiota can lead to identifying new species and obtaining substances of biotechnological interest. This work aimed to isolate and evaluate the enzymatic and antimicrobial activity of microorganisms isolated from the cave soil of Parque Nacional dos Campos Ferruginosos National Park, southeastern Amazon. Soil samples were collected from the inner surface layer of cave GEM-1462 in different zones (aphotic, dysphotic and photic). To characterize the strains, the Gram stain technique and biochemical test were used. The microorganisms' proteolytic, cellulolytic, amylolytic, nitrogen fixation, phosphate solubilization, and actinomycete activities were evaluated. Antimicrobial activity was evaluated by antibiosis assay, disk diffusion test and minimal inhibitory concentration against standard bacterial strains. In total, 10 distinct microbial colonies were isolated and all showed enzymatic activity, highlighting the proteolytic activity. Four microbial strains showed antimicrobial activity against Bacillus subtilis and Klebsiella pneumoniae strains. This study demonstrated the first discovery of biological activity of iron cave microorganisms, indicating that the GEM-1462 cave is a promising source for prospecting microorganisms with biotechnological potential, mainly of proteolytic enzymes.

Os microrganismos cavernícolas, principalmente os de litologia ferrífera, são pouco conhecidos. Estes constituem a maior parte da biodiversidade da caverna e desempenham papel fundamental na manutenção do ecossistema cavernícola. O isolamento e a caracterização da microbiota cavernícola podem levar a identificação de novas espécies e a obtenção de substâncias de interesse biotecnológico. O objetivo desse trabalho foi isolar e avaliar as atividades enzimática e antimicrobiana de microrganismos isolados do solo de caverna do Parque Nacional dos Campos Ferruginosos, sudeste amazônico. Foram coletadas amostras de solos da camada superficial interna da caverna GEM-1462 nas diferentes zonas (afótica, disfótica e fótica). Para caracterização das linhagens, utilizou-se a técnica de coloração de Gram e prova bioquímica. Foram avaliadas as atividades proteolíticas, celulolítica, amilolítica, fixação de nitrogênio, solubilização de fosfato e actinomicetos dos microrganismos. A atividade antimicrobiana foi avaliada por meio de ensaio de antibiose, teste de difusão em disco e concentração inibitória mínima contra cepas bacterianas padrão. No total, foram isoladas 10 colônias microbianas distintas e todas apresentaram atividade enzimática, destacando-se a atividade proteolítica. Quatro linhagens microbianas apresentaram atividade antimicrobiana para as cepas Bacillus subtilis e Klebsiella pneumoniae. Este estudo demonstrou a primeira descoberta de atividade biológica dos microrganismos de caverna ferrífera, indicando que a caverna GEM-1462 é uma promissora fonte para prospecção de microrganismos com potencial biotecnológico, principalmente de enzimas proteolíticas.