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, Bog-Im;Jung, Yeon-Woo;Kim, Young-Hoi;Lee, Sang-Moo;Kwon, Lee-Seong;Kim, Kang-Ju;An, So-Youn;Choi, Na-Young;You, Yong-Ouk
International Journal of Oral Biology
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v.41
no.4
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pp.253-262
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2016
Streptococcus mutans (S. mutans) is one of the most important bacteria in the formation of dental plaque and dental caries. S. mutans adheres to an acquired pellicle formed on the tooth surface, and aggregates with many oral bacteria. It initiates plaque formation by synthesizing glucan from sucrose, which is catalyzed by glucosyltransferases. Propolis is a resinous mixture produced by honeybees, by mixing saliva and beeswax with secretions gathered from wood sap and flower pollen. Bees prevent pathogenic invasions by coating the propolis to the outer and inner surface of the honeycomb. Propolis has traditionally been used for the treatment of allergic rhinitis, asthma and dermatitis. We investigated the inhibitory effects of propolis ethanol extract on biofilm formation and gene expression of S. mutans. The biofilm formation of S. mutans was determined by scanning electron microscopy (SEM) and safranin staining. We observed that the extract of propolis had an inhibitory effect on the formation of S. mutans biofilms at concentrations higher than 0.2 mg/ml. Real-time PCR analysis showed that the gene expression of biofilm formation, such as gbpB, spaP, brpA, relA and vicR of S. mutans, was significantly decreased in a dose dependent manner. The ethanol extract of propolis showed concentration dependent growth inhibition of S. mutans, and significant inhibition of acid production at concentrations of 0.025, 0.05, 0.1 and 0.2 mg/ml, compared to the control group. These results suggest that the ethanol extract of propolis inhibits gene expression related to biofilm formation in S. mutans.
Rajasekharan, Satish Kumar;Ramesh, Samiraj;Satish, Ann Susan;Lee, Jintae
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.27
no.3
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pp.542-551
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2017
Small phytochemicals have been successfully adopted as antibacterial chemotherapies and are being increasingly viewed as potential antibiofilm agents. Some of these molecules are known to repress biofilm and toxin production by certain bacterial and yeast pathogens, but information is lacking with regard to the genes allied with biofilm formation. The present study was performed to investigate the inhibitory effect of burdock root extract (BRE) and of chlorogenic acid (CGA; a component of BRE) on clinical isolates of Klebsiella pneumoniae. BRE and CGA exhibited significant antibiofilm activity against K. pneumoniae without inflicting any harm to its planktonic counterparts. In vitro assays supported the ${\beta}$-lactamase inhibitory effect of CGA and BRE while in silico docking showed that CGA bound strongly with the active sites of sulfhydryl-variable-1 ${\beta}$-lactamase. Furthermore, the mRNA transcript levels of two biofilm-associated genes (type 3 fimbriae mrkD and trehalose-6-phosphate hydrolase treC) were significantly downregulated in CGA- and BRE-treated samples. In addition, CGA inhibited biofilm formation by Escherichia coli and Candida albicans without affecting their planktonic cell growth. These findings show that BRE and its component CGA have potential use in antibiofilm strategies against persistent K. pneumoniae infections.
A sequencing batch biofilm reactor (SBBR) operated with a cycle of anaerobic - aerobic - anoxic - aerobic has been evaluated for the nutrient removal characteristics. The sponge-like moving media was filled to about 10% of reactor volume. The sewage was the major substrate while external synthetic carbon substrate was added to the anoxic stage to enhance the nitrogen removal. The operational results indicated that maximum T-N and T-P removal efficiencies were 97% and 94%, respectively were achieved, while COD removal of 92%. The observations of significant nitrogen removal in the first aerobic stage indicated that nitrogen removal behaviour in this SBBR was different to conventional SBR. Although the reasons for aerobic nitrogen removal has speculated to either simultaneous nitrification and denitrification or anoxic denitrification inside of the media, further researches are required to confirm the observation. The specific oxygen uptake rate (SOUR) test with biofilm and suspended growth sludge indicated that biofilm in SBBR played a major role to remove substrates.
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.
Streptococcus mutans is the primary etiological agent of dental caries. The antimicrobial peptide $\small{D}$-Nal-Pac-525 was designed by replacing the tryptophans of the Trp-rich peptide Pac-525 with $\small{D}$-${\beta}$-naphthyalanines. To assess the effect of $\small{D}$-Nal-Pac-525 on cariogenic bacteria, the activity of $\small{D}$-Nal-Pac-525 on the growth of S. mutans and its biofilm formation were examined. $\small{D}$-Nal-Pac-525 showed robust antimicrobial activity against S. mutans (minimum inhibitory concentration of 4 ${\mu}g/ml$). Using scanning electron microscopy and transmission electron microscopy, it was shown that $\small{D}$-Nal-Pac-525 caused morphological changes and damaged the cell membrane of S. mutans. $\small{D}$-Nal-Pac-525 inhibited biofilm formation of S. mutans at 2 ${\mu}g/ml$. The results of this study suggest that $\small{D}$-Nal-Pac-525 has great potential for clinical application as a dental caries-preventing agent.
Wang, Wenjun;Wu, ziman;Shi, peiru;Wu, pinyun;Qin, peng;Yu, lin
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.32
no.2
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pp.263-267
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2022
The aim of this study was to determine whether the antibacterial activity of chitosan-modified Fe3O4 (CS@Fe3O4) nanomaterials against Acinetobacter baumannii (A. baumannii) is mediated through changes in biofilm formation and reactive oxygen species (ROS) production. For this purpose, the broth dilution method was used to examine the effect of CS@Fe3O4 nanoparticles on bacterial growth. The effects of CS@Fe3O4 nanoparticles on biofilm formation were measured using a semi-quantitative crystal violet staining assay. In addition, a bacterial ROS detection kit was used to detect the production of ROS in bacteria. The results showed that CS@Fe3O4 nanoparticles had a significant inhibitory effect on the colony growth and biofilm formation of drug-resistant A. baumannii (p < 0.05). The ROS stress assay revealed significantly higher ROS levels in A. baumannii subjected to CS@Fe3O4 nanoparticle treatment than the control group (p < 0.05). Thus, we demonstrated for the first time that CS@Fe3O4 nanoparticles had an inhibitory effect on A. baumannii in vitro, and that the antibacterial effect of CS@Fe3O4 nanoparticles on drug-resistant A. baumannii was more significant than on drug-sensitive bacteria. Our findings suggest that the antibacterial mechanism of CS@Fe3O4 nanoparticles is mediated through inhibition of biofilm formation in drug-resistant bacteria, as well as stimulation of A. baumannii to produce ROS. In summary, our data indicate that CS@Fe3O4 nanoparticles could be used to treat infections caused by drug-resistant A. baumannii.
Background: Some studies confirm the reduction of the number of Streptococcus mutans in saliva and dental plaque by Lactobacillus, however, these effects are not always confirmed in in vitro and clinical studies, and only the risk of dental caries has been reported. Our in vitro study aimed to reveal microbial and biochemical changes in the single cultures of S. mutans, Lactobacillus casei and Aggregatibactor actinomycetemcomitans and co-cultures of S. mutans and L. casei or A. actinomycetemcomitans according to sucrose concentration. We also aimed to confirm the anti-oral bacterial and anti-biofilm activities of L. casei and A. actinomycetemcomitans against S. mutans according to sucrose concentration. Methods: S. mutans (KCCM 40105), L. casei (KCCM 12452), and A. actinomycetemcomitans (KCTC 2581) diluted to 5×106 CFU/ml were single cultured, and L. casei or A. actinomycetemcomitans applied at concentrations of 10%, 20%, 30% and 40% to S. mutans were co-cultured with selective medium containing 0%, 1% and 5% sucrose at 36.5℃ for 24 hours. Measurements of bacterial growth value and acid production, disk diffusion and biofilm formation assays were performed. Results: In the medium containing sucrose, the bacterial growth and biofilm formation by S. mutans, L. casei, and A. actinomycetemcomitans were increased. In contrast, 30% and 40% of L. casei in the medium containing 0% sucrose showed both anti-oral bacterial and anti-biofilm activities. This implies that L. casei can be used as probiotic therapy to reduce S. mutans in a 0% sucrose environment. Conclusion: The concentration of sucrose in the oral environment is important for the control of pathogenic bacteria that cause dental caries and periodontitis. To apply probiotic therapy using L. casei for S. mutans reduction, the concentration of sucrose must be considered.
Journal of the korean academy of Pediatric Dentistry
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v.46
no.2
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pp.135-138
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2019
The aim of this study was to investigate the susceptibility of Mutans streptococci in both planktonic and biofilm states to erythrosine. S. mutans was cultured in brain-heart infusion (BHI) broth. Erythrosine was diluted in BHI broth and prepared at a concentration range of $0.02-10000{\mu}g/L$. The minimum inhibitory concentration (MIC) and minimum bactericidal concentration (MBC) were measured using the microdilution method. After forming biofilms on 96-well plates, the minimum biofilm inhibitory concentration (MBIC) and minimum biofilm eradication concentration (MBEC) were measured. S. mutans was susceptible to erythrosine in both planktonic and biofilm states. MIC and MBC values were both $19.5{\mu}g/L$ for the planktonic state, while MBIC and MBEC values were $313{\mu}g/L$ and $2500{\mu}g/L$, respectively, for the biofilm state. Erythrosine ($19.5{\mu}g/L$) exhibited a bactericidal effect on S. mutans (killing 99.9%) in the planktonic state. For biofilms, erythrosine inhibited biofilm growth and eradicated 99.9% of biofilm bacteria at higher concentrations than MIC and MBC. These MBIC and MBEC concentrations are much lower than known noxious doses, and the MIC, MBC, and MBIC values were even lower than clinical concentrations.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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