Objectives: The purpose of this study was to investigate changes in the composition of artificial cariogenic biofilms using a Streptococcus mutans biofilm model over a period of time. Methods: We analyzed the dry weight, colony forming unit (CFU) number, extracellular polysaccharide (EPS) biovolume, and acid production rate of S. mutans biofilms formed on saliva-coated hydroxyapatite discs after 26 h, 50 h, 74 h, 98 h, 171 h, and 195 h. In addition, we performed a laser scanning confocal fluorescence microscopy to determine the bacterial volume, EPS biovolume, and biofilm thickness. We calculated the biofilm density using dry weight and EPS biovolume. Results: Over a period of time, there was no change in the CFU number and acid production rate of S. mutans biofilms, but there was an increase in the dry weight and EPS biovolume of S. mutans biofilms. The bacterial volume, EPS biovolume, and biofilm thickness only increased in the 50-h-old biofilm; however, no change was observed in 50-195-h-old biofilms. In addition, an increase in the biofilm density was observed over time. Conclusions: These results suggest that the acid production ability of cariogenic biofilms does not change, but the biofilm density increases over time. However, due to scientific information, further research needs to be conducted in the field of dentistry to get further insights on the progression of cariogenic biofilms over time.
Pravin Kumran Nyanasegran;Sheila Nathan;Mohd Firdaus-Raih;Nor Azlan Nor Muhammad;Chyan Leong Ng
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.33
no.1
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pp.15-27
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2023
The incidence of melioidosis cases caused by the gram-negative pathogen Burkholderia pseudomallei (BP) is seeing an increasing trend that has spread beyond its previously known endemic regions. Biofilms produced by BP have been associated with antimicrobial therapy limitation and relapse melioidosis, thus making it urgently necessary to understand the mechanisms of biofilm formation and their role in BP biology. Microbial cells aggregate and enclose within a self-produced matrix of extracellular polymeric substances (EPSs) to form biofilm. The transition mechanism of bacterial cells from planktonic state to initiate biofilm formation, which involves the formation of surface attachment microcolonies and the maturation of the biofilm matrix, is a dynamic and complex process. Despite the emerging findings on the biofilm formation process, systemic knowledge on the molecular mechanisms of biofilm formation in BP remains fractured. This review provides insights into the signaling systems, matrix composition, and the biosynthesis regulation of EPSs (exopolysaccharide, eDNA and proteins) that facilitate the formation of biofilms in order to present an overview of our current knowledge and the questions that remain regarding BP biofilms.
Jo, Sung Jun;Kwon, Hyeokpil;Jeong, So-Yeon;Lee, Sang Hyun;Oh, Hyun-Suk;Yi, Taewoo;Lee, Chung-Hak;Kim, Tae Gwan
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.26
no.9
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pp.1593-1604
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2016
Recently, bacterial quorum quenching (QQ) has been proven to have potential as an innovative approach for biofouling control in membrane bioreactors (MBRs) for advanced wastewater treatment. Although information regarding the microbial community is crucial for the development of QQ strategies, little information exists on the microbial ecology in QQ-MBRs. In this study, the microbial communities of biofilm were investigated in relation to the effect of QQ on anoxic/oxic MBRs. Two laboratory-scale MBRs were operated with and without QQ-beads (QQ-bacteria entrapped in beads). The transmembrane pressure increase in the QQ-MBRs was delayed by approximately 100-110% compared with conventional- and vacant-MBRs (beads without QQ-bacteria) at 45 kPa. In terms of the microbial community, QQ gradually favored the development of a diverse and even community. QQ had an effect on both the bacterial composition and change rate of the bacterial composition. Proteobacteria and Bacteroidetes were the most dominant phyla in the biofilm, and the average relative composition of Proteobacteria was low in the QQ-MBR. Thiothrix sp. was the dominant bacterium in the biofilm. The relative composition of Thiothrix sp. was low in the QQ-MBR. These findings provide useful information that can inform the development of a new QQ strategy.
Biofilm formation is inevitable in a bioelectrochemical system in which microorganisms act as a sole biocatalyst. Cathodic biofilm (CBF) works as a double-edged sword in the performance of the air-cathode microbial fuel cells (MFCs). Proton and oxygen crossover through the CBF are limited by the robust structure of extracellular polymeric substances, composition of available constituents and environmental condition from which the biofilm is formed. The MFC performance in terms of power, current and coulombic efficiency is influenced by the nature and origin of CBF. Development of CBF from different ecological environment while keeping the same anode inoculums, contributes additional charge transfer resistance to the total internal resistance, with increase in coulombic efficiency at the expense of power reduction. This study demonstrates that MFC operation conditions need to be optimized on the choice of initial inoculum medium that leads to the biofilm formation on the air cathode.
Earlier studies by our group revealed that gallic acid in phytochemicals stimulated biofilm production in epiphytes, while caffeic acid in phytochemicals inhibited biofilm production in non-epiphytes. It is well documented that antimicrobial secretion by some epiphytic bacteria inhibits non-epiphytic bacterial growth on leaf surfaces. These selection criteria help plants choose their microbial inhabitants. Calcium and iron in phytochemicals also stimulate biofilm formation and thus, may be selection criteria adopted by plants with respect to their native epiphytic population. Furthermore, the processing of leaves during phytochemical extraction impacts the composition of the extract, and therefore its ability to affect bacterial biofilm formation. Computation of the Hurst exponent using biofilm thickness data obtained from the Ellipsometry of Brewster Angle Microscopic (BAM) images is an efficient tool for understanding the impact of phytochemicals on epiphytic and non-epiphytic populations when compared to fluorescent microscopy, scanning electron microscopy, and staining techniques. To the best of our knowledge, this is the first report that uses the Hurst exponent to elucidate the mechanism involved in plant microbe interaction.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.31
no.4
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pp.308-323
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2009
This review paper serves to describe the composition and activity of biological activated carbon (BAC) biofilm which is considered as a progressive process for water treatment. As well as several physical-chemical, biochemical and microbiological analysis methods for characterizing the composition and activity of BAC biofilm, the ability of the biofilm to remove and biodegrade organic matters and pollutants related to other water treatment processes such as pre-ozonation will be reviewed. In this paper, conversion of GAC into BAC, removal mechanism of pollutants, characteristics and affecting factors of BAC biofilm, and modeling of BAC are described in detail. In addition, strategies to control the growth of the BAC biofilm, such as varying the nutrient loading rate, altering the frequency of BAC filter backwashing and applying oxidative disinfection, will be dwelled on related to their respective process control challenges.
Park, Sang Jun;Oh, Young Hwan;Jo, Bo Yeon;Lee, Jae Shin;Kim, Eui Yong
KSBB Journal
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v.29
no.5
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pp.392-398
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2014
It was confirmed that malodor connected with an air-conditioner in an automobile is caused by microbial volatile organic compounds (MVOCs) produced by microorganisms and through microorganisms coexisting with each other to form a biofilm on the evaporator surface. A bacterium, Methylobacterium aquaticum, can form a biofilm on the evaporator surface. The biofilm was composed of 45.79% C (Carbon), 42.36% O (Oxygen), 1.85% Na (Sodium), 5.42% Al (Aluminum), 1.39% P (Phosphorus), 0.74% Cl (Chlorine) and 2.45% K (Potassium). This result matches the composition of the biofilm formed on the surface of the used evaporator. It was determined that sulfur compounds (Hydrogen sulfide, Dimethyl sulfide) and organic acids (n-Butyric acid, n-Valeric acid, iso-Valeric acid) in the air which was blown into the automobile were generated by Methylobacterium aquaticum and Aspergillus versicolor, respectively. On the other hand, volatile organic compounds (Toluene, Xylene, 2-Ethylhexanol, 2-Phenyl- 2-propanol, Ethylbenzene) were not found. It is estimated that the reason is due to the low concentration of generated MVOCs or is caused by the change of some MVOCs depending on the nutrients (medium).
In the aquatic environment, microorganisms are predominantly organized as biofilms. Biofilms are formed by the aggregation of microbial cells and are surrounded by a matrix of extracellular polymeric substances (EPS) secreted by the microbial cells. Biofilms are attached to various surfaces, such as the living tissues, indwelling medical devices, and piping of the industrial potable water system. Biofilms formed from a single species has been extensively studied. However, there is an increased research focus on multispecies biofilms in recent years. It is important to assess the microbial mechanisms underlying the regulation of multispecies biofilm formation to determine the drinking water microbial composition. These mechanisms contribute to the predominance of the best-adapted species in an aquatic environment. This review focuses on the interactions in the multispecies biofilms, such as coaggregation, co-metabolism, cross-species protection, jamming of quorum sensing, lateral gene transfer, synergism, and antagonism. Further, this review explores the dynamics and the factors favoring biofilm formation and pathogen transmission within the drinking water distribution systems. The understanding of the physiology and biodiversity of microbial species in the biofilm may aid in the development of novel biofilm control and drinking water disinfection processes.
PURPOSE. The aim of this study was to investigate the destructive effects of biofilm formation and/or biocorrosive activity of 6 different oral microorganisms. MATERIALS AND METHODS. Three different heat polymerized acrylic resins (Ivocap Plus, Lucitone 550, QC 20) were used to prepare three different types of samples. Type "A" samples with "V" type notch was used to measure the fracture strength, "B" type to evaluate the surfaces with scanning electron microscopy and "C" type for quantitative biofilm assay. Development and calculation of biofilm covered surfaces on denture base materials were accomplished by SEM and quantitative biofilm assay. According to normality assumptions ANOVA or Kruskal-Wallis was selected for statistical analysis (${\alpha}$=0.05). RESULTS. Significant differences were obtained among the adhesion potential of 6 different microorganisms and there were significant differences among their adhesion onto 3 different denture base materials. Compared to the control groups after contamination with the microorganisms, the three point bending test values of denture base materials decreased significantly (P<.05); microorganisms diffused at least 52% of the denture base surface. The highest median quantitative biofilm value within all the denture base materials was obtained with P. aeruginosa on Lucitone 550. The type of denture base material did not alter the diffusion potential of the microorganisms significantly (P>.05). CONCLUSION. All the tested microorganisms had destructive effect over the structure and composition of the denture base materials.
Dental plaque resides passively at a site and makes an active contribution to the maintenance of health. The bacterial composition of plaque remains relatively stable despite regular exposure to minor environmental stress. This stability, homeostasis is due to a dynamic balance of microbial interactions. However, the homeostasis can break down, leading to shifts in the balance of the microflora. This change can be a sign of initial dental caries. It is proposed that disease can be prevented or treated not only by targeting the putative pathogens but also by interfering with the processes that drive the breakdown in homeostasis. It is essential to understand the plaque as a mixed species biofilm. In this essay I reviewed an extension of the caries ecological hypothesis to explain the relation between dynamic changes in the phenotypic/genotypic properties of plaque bacteria and the demineralization and remineralization balance of the dental caries process. We will have the strategies to impact significantly on clinical practice as understanding dental biofilm.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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