Kim Moon-Young;Park Ra-Young;Choi Mi-Hwa;Sun Hui-Yu;Kim Choon-Mee;Kim Soo-Young;Rhee Joon-Haeng;Shin Sung-Heui
Journal of Microbiology
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v.44
no.2
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pp.226-232
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2006
Swarming has proven to be a good in vitro model for bacterial surface adherence and colonization, and the swarming differentiation of a bacterium has been shown to be coupled with changes in the expression of virulence factors associated with its invasiveness, particularly in the early stages of infection. In this study, we attempted to determine whether the expression of vvhA, which encodes for hemolysin/cytolysin (VvhA), is either upregulated or downregulated during the swarming differentiation of V. vulnificus. The insertional inactivation of vvhA itself exerted no detectable effect on the expression of V. vulnificus swarming motility. However, in our lacZ-fused vvhA transcriptional reporter assay, vvhA expression decreased in swarming V. vulnificus as compared to non-swarming or planktonic V. vulnificus. The reduced expression of vvhA in swarming V. vulnificus increased as a result of the deletional inactivation of luxS, a gene associated with quorum sensing. These results show that vvhA expression in swarming V. vulnificus is downregulated via the activity of the LuxS quorum-sensing system, suggesting that VvhA performs no essential role in the invasiveness of V. vulnificus via the adherence to and colonization on the body surfaces required in the early stages of the infection. However, VvhA may playa significant role in the pathophysiological deterioration occurring after swarming V. vulnificus is differentiated into planktonic V. vulnificus.
Two isolates of mucous bacteria, mc75 and pc78, were isolated from fungal culture plate as culture contaminants with an interesting swarming motility. Both isolates were identified as Pseudomonas fluorescens based on microscopy, biochemical analysis, Biolog test and DNA sequence analysis of the 16S rRNA gene. Both strains have the exactly the same 16S rRNA gene sequences, and yet their biological control activity were not identical each other. In vitro analysis of antagonistic activity of two isolates against several plant pathogenic fungi indicated that both produced diffusible and volatile antifungal compounds of unknown identities. Treatment of the bacterial culture of P. fluorescens pc78 and its culture filtrate exhibited a strong biological control activity against rice sheath blight in vivo among six plant diseases tested. More effective disease control activity was obtained from treatment of bacterial culture than that of culture filtrate. Therefore, in addition to antifungal compound and siderophore production, other traits such as biofilm formation and swarming motility on plant surface may contribute to the biological control activity of P.fluorescens pc78 and mc75.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.36
no.11
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pp.1119-1126
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2012
The collective behavior of bacteria plays an important role in biofilm development. In this study, the fluidic properties of biofilms formed in Escherichia coli (E. coli) and Bacillus subtilis (B. subtilis) colonies were compared by visualizing 200-nm fluorescent beads that were initially embedded in an agar plate and distributed spontaneously on the upper surface of the growing colonies. We conducted experiments to measure the three-dimensional profile of the E. coli colony using fluorescent microbeads that did not flow in the colony. Vortical flow patterns near the edge of the B. subtilis colony were observed clearly by tracking the movement of the beads in the biofilm of the colony. The present study should be the first step toward determining the effect of fluidic biofilms on the growth and swarming dynamics of bacteria.
Kim, Hye-Sook;Sang, Mee-Kyung;Myung, Inn-Shik;Chun, Se-Chul;Kim, Ki-Deok
The Plant Pathology Journal
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v.25
no.1
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pp.62-69
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2009
In this study, we characterized the bacterial strain KJ2C12 in relation with its biocontrol activity against Phytophthora capsici on pepper, and identified this strain using morphological, physiological, biochemical, fatty acid methyl ester, and 16S rRNA gene sequence analyses. Strain KJ2C12 significantly (P=0.05) reduced both final disease severity and areas under the disease progress curves of 5-week-old pepper plants inoculated with P. capsici compared to buffer-treated controls. As for the production of antibiotics, biofilms, biosurfactant, extracellular enzyme, HCN, and swarming activity, strain KJ2C12 produced an extracellular enzyme with protease activity, but no other productions or swarming activity. However, Escherichia coli produced weak biofilm only. Strain KJ2C12 could colonize pepper roots more effectively in a gnotobiotic system using sterile quartz sand compared to E. coli over 4 weeks after treatments. However, no bacterial populations were detected in 10 mM $MgSO_4$ buffer-treated controls. Strain KJ2C12 produced significantly higher microbial activity than the $MgSO_4$-treated control or E. coli over 4 weeks after treatments. Bacterial strain KJ2C12 was identified as Bacillus luciferensis based on morphological, physiological, and biochemical characteristics as well as FAME and 16S rRNA gene sequence analyses. In addition, these results suggested that B. luciferensis strain KJ2C12 could reduce Phytophthora blight of pepper by protecting infection courts through enhanced effective root colonization with protease production and an increase of soil microbial activity.
Previously, Pseudomonas plecoglossicida YJR13 and Pseudomonas putida YJR92 from a sequential screening procedure were proven to effectively control Phytophthora blight caused by Phytophthora capsici. In this study, we further investigated the anti-oomycete activities of these strains against mycelial growth, zoospore germination, and germ tube elongation of P. capsici. We also investigated root colonization ability of the bacterial strains in square dishes, including cell motility (swimming and swarming motilities) and biofilm formation. Both strains significantly inhibited mycelial growth in liquid and solid V8 juice media and M9 minimal media, zoospore germination, and germ tube elongation compared with Bacillus vallismortis EXTN-1 (positive biocontrol strain), Sphingomonas aquatilis KU408 (negative biocontrol strain), and MgSO4 solution (untreated control). In diluted (nutrient-deficient) V8 juice broth, the tested strain populations were maintained at >108 cells/ml, simultaneously providing mycelial inhibitory activity. Additionally, these strains colonized pepper roots at a 106 cells/ml concentration for 7 days. The root colonization of the strains was supported by strong swimming and swarming activities, biofilm formation, and chemotactic activity towards exudate components (amino acids, organic acids, and sugars) of pepper roots. Collectively, these results suggest that strains YJR13 and YJR92 can effectively suppress Phytophthora blight of pepper through direct anti-oomycete activities against mycelial growth, zoospore germination and germ tube elongation. Bacterial colonization of pepper roots may be mediated by cell motility and biofilm formation together with chemotaxis to root exudates.
Kim, Min-Jun;Byun, Do-Young;Kumar, Vijay;Breuer, Kenneth S.
Proceedings of the KSME Conference
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2008.11a
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pp.1433-1436
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2008
Flagellate bacteria such as Escherichia coli or Serratia marcescens possess a remarkable motility system based on a reversible rotary motor. We have employed S. marcescens as microactuators in low Reynolds number fluidic environments to move a larger engineering element around. Microstructures fabricated using conventional microfabrication techniques are blotted on the swarm plate, which leaves a bacterial monolayer on the surface of the microstructure. We have investigated microstructures powered by bacteria to determine how cell orientation on the microstructure surface relates to the swarming patterns as well as how the orientation is affected by the blotting process. This study will help to refine directional control of bacterial transporters by exploiting bacterial sensory mechanisms.
Kim, Yeon-Hee;Lee, Jae-Gun;Park, Sung-Hoon;Kim, Jung-Sun
Proceedings of the PSK Conference
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2003.10b
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pp.174.2-174.2
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2003
Quorum sensing, a gene expression in response to population density, is regulated by chemical signals, most of which are acylated homoserine lactones (AHLs). The AHL derivatives have been reported to regulate bioluminescence, virulence factors and / or swarming motility in bacteria. It is hypothesized that higher organisms may have evolved specific means to interfere with bacterial communication as exemplified in the AHL-antagonistic activity of halogenated furanones isolated from the Australian macroalga Delisea pulchra. (omitted)
Colonization studies previously performed with a green-fluorescent-protein, GFP, labeled derivative of Bacillus amyloliquefaciens FZB42 revealed that the bacterium behaved different in colonizing surfaces of plant roots of different species (Fan et al., 2012). In order to extend these studies and to elucidate which genes are crucial for root colonization, we applied targeted mutant strains to Arabidopsis seedlings. The fates of root colonization in mutant strains impaired in synthesis of alternative sigma factors, non-ribosomal synthesis of lipopeptides and polyketides, biofilm formation, swarming motility, and plant growth promoting activity were analyzed by confocal laser scanning microscopy. Whilst the wild-type strain heavily colonized surfaces of root tips and lateral roots, the mutant strains were impaired in their ability to colonize root tips and most of them were unable to colonize lateral roots. Ability to colonize plant roots is not only dependent on the ability to form biofilms or swarming motility. Six mutants, deficient in abrB-, sigH-, sigD-, nrfA-, yusV and RBAM017410, but not affected in biofilm formation, displayed significantly reduced root colonization. The nrfA- and yusV-mutant strains colonized border cells and, partly, root surfaces but did not colonize root tips or lateral roots.
Objectives: The quorum-sensing-inhibitory and anti-biofilm activities of the methanol extract of E. globulus leaves were determined against clinically isolated multidrug-resistant Pseudomonas aeruginosa. Methods: The preliminary anti-quorum-sensing (AQS) activity of eucalyptus was investigated against a biosensor strain Chromobacterium violaceum ATCC 12472 (CV12472) by using the agar well diffusion method. The effect of sub-minimum inhibitory concentrations (sub-MICs) of the methanol extract of eucalyptus on different quorum-sensing-regulated virulence factors, such as swarming motility, pyocyanin pigment, exopolysaccharide (EPS), and biofilm formation, against clinical isolates (CIs 2, 3, and 4) and reference PA01 of Pseudomonas aeruginosa were determined using the swarm diameter (mm)-measurement method, chloroform extraction method, phenol (5%)-sulphuric acid (concentrated) method, and the microtiter plate assay respectively, and the inhibition (%) in formation were calculated. Results: The preliminary AQS activity (violacein pigment inhibition) of eucalyptus was confirmed against Chromobacterium violaceum ATCC 12472 (CV12472). The eucalyptus extract also showed concentration-dependent inhibition (%) of swarming motility, pyocyanin pigment, EPS, and biofilm formation in different CIs and PA01 of P. aeruginosa. Conclusion: Our results revealed the effectiveness of the E. globulus extract for the regulation of quorum-sensing-dependent virulence factors and biofilm formation at a reduced dose (sub-MICs) and suggest that E. globulus may be a therapeutic agent for curing and controlling bacterial infection and thereby reducing the possibility of resistance development in pathogenic strains.
The lipopolysaccharide (LPS) composed of lipid A, core, and O-antigen is the fundamental constituent of the outer membrane in gram-negative bacteria. This study was conducted to investigate the roles of LPS in Burkholderia glumae, the phytopathogen causing bacterial panicle blight and seedling rot in rice. To study the roles of the core oligosaccharide (OS) and the O-antigen region, mutant strains targeting the waaC and the wbiFGHI genes were generated. The LPS profile was greatly affected by disruption of the waaC gene and slight reductions were observed in the O-antigen region following wbiFGHI deletions. The results indicated that disruption in the core OS biosynthesis-related gene, waaC, was associated with increased sensitivity to environmental stress conditions including acidic, osmotic, saline, and detergent stress, and to polymyxin B. Moreover, significant impairment in the swimming and swarming motility and attenuation of bacterial virulence to rice were also observed in the waaC-defective mutant. The motility and virulence of O-antigen mutants defective in any gene of the wbiFGHI operon, were not significantly different from the wild-type except in slight decrease in swimming and swarming motility with wbiH deletion. Altogether, the results of present study indicated that the LPS, particularly the core OS region, is required for tolerance to environmental stress and full virulence in B. glumae. To our knowledge, this is the first functional study of LPS in a plant pathogenic Burkholderia sp. and presents a step forward toward full understanding of B. glumae pathogenesis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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