Harmful algal blooms (HABs or red tides), caused by uncontrolled proliferation of marine phytoplankton, impose a severe environmental problem and occasionally threaten even public health. We sequenced the genome of an EPS-producing marine bacterium Hahella chejuensis that produces a red pigment with the lytic activity against red-tide dinoflagellates at parts per billion level. H. chejuensis is the first sequenced species among algicidal bacteria as well as in the order Oceanospirillales. Sequence analysis indicated a distant relationship to the Pseudomonas group. Its 7.2-megabase genome encodes basic metabolic functions and a large number of proteins involved in regulation or transport. One of the prominent features of the H. chejuensis genome is a multitude of genes of functional equivalence or of possible foreign origin. A significant proportion (${\sim}23%$) of the genome appears to be of foreign origin, i.e. genomic islands, which encode genes for biosynthesis of exopolysaccharides, toxins, polyketides or non-ribosomal peptides, iron utilization, motility, type III protein secretion and pigment production. Molecular structure of the algicidal pigment was determined to be prodigiosin by LC-ESI-MS/MS and NMR analyses. The genomics-based research on H. chejuensis opens a new possibility for controlling algal blooms by exploiting biotic interactions in the natural environment and provides a model in marine bioprospecting through genome research.
This study was conducted to investigate the algicidal characteristics of cashew nut oil (CNO) and to develop CNO mixtures with other compounds having synergistic effects on the growth inhibition against a blue-green alga, Microcystis aeruginosa. Among tested CNOs, CNO with higher anacardic acid contents (Ana-A) exhibited the best algicidal activity against M. aeruginosa. Ana-A showed broad algicidal spectrum with particular greater activity against blue-green algae than green algae. Ana-A showed the greatest activity against to Oscillatoria tenuis ($IC_{50}=0.19{\mu}g\;mL^{-1}$) among the tested blue-green algae and to Chlorella vulgaris ($IC_{50}=4.54{\mu}g\;mL^{-1}$) among the tested green algae, respectively. In a mixture experiment to evaluate a chemical interaction in M. aeruginosa control, Ana-A showed a strong synergistic effect with MSB and menadione, mild synergistic effect with citric acid, and additive effect with chryspophanol, copper sulfate and quinoclamine. Taken together, our results suggest that CNO containing higher anacardic acid can be used as an eco-friendly natural algicide for selective control of blue-green algae such as M. aeruginosa and O. tenuis through an optimization of application rate and in combination with synergists such as MSB and menadione.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.16
no.4
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pp.2951-2957
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2015
The development of worldwide harmful algal blooms(HAB) is a serious problem for public health and fisheries industries. To evaluate the algicidal impact on the HAB species, algicide thiazolidinedione derivative (TD49) and yellow clay were examined, which is focus on assess the algicidal effects and inhibition to photosynthesis of HAB species. To obtain the detailed information, we analyzed the viability of target species related to activity Chl. a, photosynthetic efficiency($F_v/F_m$), and electron transport rate(ETR). Culture experiment was conducted to evaluate the algicidal effects of three harmful species(raphidophyceae Heterosigma akashiwo, Chattonella marina, and dinophyceae Heterocapsa circularisquama) and one non-harmful species (cryptophyceae Rhodomonas salina). Our experiments revealed that three HAB species were easily destroyed of the cell walls after TD49 dosing. Also, they had significantly reducing values of active Chl. a, $F_v/F_m$, and ETR, due to the damage of photosystem II by inter-cellular disturbance. As a result, the algicidal effect(%) for the three HABs were as follows, in the order of greatest to the least: H. circularisquama> C. marina> H. akashiwo. However, the algicidal effect for yellow clay remained to be <30% (p>0.01), implying that it may not have damaged the photosystem II. On the other hand, non-HAB R. salina was promoted at both TD49 and yellow clay treatments. Our results demonstrated that the TD49 is a good agent for the control of HABs H. akashiwo, C. marina, and H. circularisquama, whereas the yellow clay would not be suitable for the field application based on our experimental results.
The Sea:JOURNAL OF THE KOREAN SOCIETY OF OCEANOGRAPHY
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v.17
no.1
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pp.9-15
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2012
Worldwide development of harmful algal blooms causes serious problem for public health and fisheries industries. To evaluate the algicidal impact on the harmful algae bloom species in aquatic ecosystems of coast, a new algicide thiazolidinedione derivative (TD49) were tentatively examined in the growth stages (i.e., lag, logarithmic and stationary phase) of rapidophyceae $Heterosigma$$akashiwo$, $Chattonella$$marina$ and $Chattonella$ sp..Three strains could easily destroy in the lag phase due to relatively weak cell walls than those of the logarithmic and stationary phase. It is thought that inoculation of TD49 substances into initial or developmental natural blooms with a threshold concentration ($2{\mu}M$) can maximize the algicidal activity. Also, bio-chemical assays revealed that the algicidal substances from all culture strains were likely to be extracellular substances because those cells have easily destroyed in cell walls. On the other hand, natural zooplankton communities were influenced within the exposure experiments of $2{\mu}M$, which is showed the maximum algcidal activity of tested organisms. These results indicate that although the TD49 substance is potential agents for the control of $H.$$akashiwo$, $C.$$marina$ and $Chattonella$ sp. in the enclosed eutrophic bay and coastal water, more detailed research of acute toxicity effect on high trophic organism in marine ecosystems need to be conducted.
Kim, Doc-Kyu;Kim, Ji-Hyun F.;Yim, Joung-Han;Kwon, Soon-Kyeong;Lee, Choong-Hwan;Lee, Hong-Kum
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.18
no.10
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pp.1621-1629
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2008
Harmful algal blooms (HABs), commonly called red tides, are caused by some toxic phytoplanktons, and have made massive economic losses as well as marine environmental disturbances. As an effective and environment-friendly strategy to control HAB outbreaks, biological methods using marine bacteria capable of killing the harmful algae or algicidal extracellular compounds from them have been given attention. A new member of the $\gamma$-Proteobacteria, Hahella chejuensis KCTC 2396, was originally isolated from the Korean seashore for its ability to secrete industrially useful polysaccharides, and was characterized to produce a red pigment. This pigment later was identified as an alkaloid compound, prodigiosin. During the past several decades, prodigiosin has been extensively studied for its medical potential as immunosuppressants and antitumor agents, owing to its antibiotic and cytotoxic activities. The lytic activity of this marvelous molecule against Cochlodinium polykrikoides cells at very low concentrations ($\sim$l ppb) was serendipitously detected, making H. chejuensis a strong candidate among the biological agents for HAB control. This review provides a brief overview of algicidal marine bacteria and their products, and describes in detail the algicidal characteristics, biosynthetic process, and genetic regulation of prodigiosin as a model among the compounds active against red-tide organisms from the biochemical and genetic viewpoints.
Bloom of small centric diatom Stephanodiscus is quite occasional in winter season in temperate freshwater ecosystems. It often leads to degradation of water quality and affects the quality of supplied drinking water. In a previous study, we have found that naphthoquinone (NQ) 4-6 derivate is an effective tool for efficient mitigation of natural S. hantzschii blooms. In the present research, polylactide (PLA) and agar foam were used as immobilized agent for NQ 4-6 to improve the efficiency of NQ 4-6 compound releasing process for its application under various field conditions. Mesocosm experiments at 10 ton scale suggested that the abundance of S. hantzschii was continuously increased in the control and upon treatment of the mesocosm with immobilized NQ 4-6 from PLA and agar foam. Their algicidal activities were 78.8% and 77.1%, respectively, on S. hantzschii after 10 days. In the mesocosm experiments, the dynamics of biotic (bacteria, HNFs, ciliates, zooplankton) and abiotic (water temperature, dissolved oxygen, pH, conductivity, nutrients) factors remained unaffected. They exhibited similar trends in the control and treatment groups. Therefore, the immobilized NQ 4-6 from PLA and agar foam has potential to be used as an alternative algicidal substance to effectively mitigate natural S. hantzschii blooms under various field conditions. In addition, it not only can be used to control S. hantzschii, but also is an effective technique. The immobilized NQ 4-6 showed stable controlled release in desired system.
We evaluated the field application feasibility that biologically derived substances (Naphthoquinone derivate: NQ 2-0) can be used for the eco-friendly mitigation of natural harmful cyanobacterial blooms in freshwater. We conducted a 30 ton scale mesocosm experiment to investigate the effects of NQ 2-0 on biotic and abiotic factors in water collected from Gi-heung reservoir. In the mesocosm experiments, the abundance of Microcystis sp. was continuously increased in the control. However, the Microcystis sp. cell density was sharply decreased on the $10^{th}$ day. In the treatment, NQ 2-0 showed the strong and selective algicidal activity toward the target cyanobacteria (Microcystis sp.). Accordingly, the algicidal activity of NQ 2-0 compound increased gradually until $10^{th}$, $15^{th}$ days and algal biomass was decreased to 99.4 and 100 %, respectively. NQ 2-0 compound was not only selective algicidal activity but also the growth of other phytoplankton and increased the Shannon-Wiener diversity index of phytoplankton. In the mesocosm experiments, the dynamics of biotic (bacteria, heterotrophic nanoflagellate, ciliates, zooplankton) and abiotic (water temperature, dissolved oxygen, pH, conductivity, nutrients) factors remained unaffected. These results suggest that NQ 2-0 could be a selective and ecologically safe algicide to mitigate harmful cyanobacterial blooms. In addition, it is believed that NQ 2-0 will play a major role in forming a healthy aquatic ecosystem by facilitating habitat and food supply of aquatic organisms.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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