In this study, we investigated the effects of indole on biofilm formation inhibition in Pantoea agglomerans (P. agglomerans). In the biofilm growth assay, indole inhibited biofilm formation across all the growth time. Depending on biofilm growth stage, indole exhibited biofilm inhibition and anti-bacterial effects on planktonic cells. Through the analysis of the proportion rate between biofilm and Colony Forming Units (CFU) and inhibition rate of indole, we confirmed that depending on the biofilm stage of P. agglomerans, indole treatment timing was more important than the treatment duration. By comparing gene expression rates through rt-qPCR P.agglomerans affected by indole was found to significantly change quorum sensing (pagI/R) and indole transportation (bssS) gene expressions. Throughout all, indole exhibited both antimicrobial and anti-biofilm effects on P. agglomerans. In addition, we confirmed the anti-biofilm effects of indole on mature biofilm. In conclusion, indole as a signal molecule, can exhibit anti-biofilm effects through bacterial quorum sensing inhibition and indole affects. Therefore, indole can regulate biofilm bacteria especially gram-negative opportunistic pathogens.
Streptococcus mutans causes oral diseases, including tooth decay, by producing a biofilm called plaque. Therefore, inhibition of biofilm formation is essential for maintaining oral health. Plants produce a variety of secondary metabolites, which act as starting sources for the discovery of new bioactive chemicals that inhibit biofilm formation of S. mutans. Previous studies have reported on chemicals with antibiotic activity for the inhibition of biofilm formation by S. mutans. In this study, nine plant extracts from Melonis Pedicellus, Agastachis Herba, Mori Cortex Radicis, Diospyros kaki leaves, Agrimoniae Herba, Polygoni Multiflori Radix, Lycopi Herba, Elsholtziae Herba, and Schizonepetae Spica were screened for the inhibition of biofilm formation from a plant extract library. The water-soluble compounds of the extracts did not affect cell growth but selectively inhibited biofilm formation. These results suggest that the selected plant extracts constitute novel biofilm formation inhibitors, with a novel biological mechanism, for improving oral hygiene.
This work investigated the potential of curcumin (CCM) and (-)-epigallocatechin gallate (EGCG) to inhibit N-acyl homoserine lactone (AHL)-mediated biofilm formation in gram-negative bacteria from membrane bioreactor (MBR) activated sludge. The minimum inhibitory concentrations (MICs) of CCM alone against all the tested bacteria were 200-350 μg/ml, whereas those for EGCG were 300-600 μg/ml. Biofilm formation at one-half MICs indicated that CCM and EGCG alone respectively inhibited 52-68% and 59-78% of biofilm formation among all the tested bacteria. However, their combination resulted in 95-99% of biofilm reduction. Quorum sensing inhibition (QSI) assay with known biosensor strains demonstrated that CCM inhibited the expression of C4 and C6 homoserine lactones (HSLs)-mediated phenotypes, whereas EGCG inhibited C4, C6, and C10 HSLs-based phenotypes. The Center for Disease Control biofilm reactor containing a multispecies culture of nine bacteria with one-half MIC of CCM (150 μg/ml) and EGCG (275 μg/ml) showed 17 and 14 μg/cm2 of extracellular polymeric substances (EPS) on polyvinylidene fluoride membrane surface, whereas their combination (100 μg/ml of each) exhibited much lower EPS content (3 μg/cm2). Confocal laser scanning microscopy observations also illustrated that the combination of compounds tremendously reduced the biofilm thickness. The combined effect of CCM with EGCG clearly reveals for the first time the enhanced inhibition of AHL-mediated biofilm formation in bacteria from activated sludge. Thus, such combined natural QSI approach could be used for the inhibition of membrane biofouling in MBRs treating wastewaters.
Yersinia enterocolitica, which causes yersiniosis, is a bacterium that produces biofilms effectively. The inhibition of biofilm formation provides a method for preventing infections with Y. enterocolitica. In this study, the inhibitory activity of Y. enterocolitica biofilm formation was investigated in a library of 140 edible plant methanol extracts including forest products. It was identified that the biofilm formation could be inhibited by 12 extracts of plants, Agastachis Herba, Agrimoniae Herba, Diospyros kaki leaves, Elsholtziae Herba, Ginkgonis Semen, Lycopi Herba, Melonis Pedicellus, Menthae Herba, Mori Radicis Cortex, Polygoni Multiflori Radix, Prunellae Spica, and Schizonepetae Spica. After changing the solvent to ethanol and water, the greatest inhibition of biofilm formation was produced by a 50% ethanol extract of Polygoni Multiflori Radix. A method to effectively prevent yersiniosis can be developed using the edible plant extracts identified in this study.
A number of bacterial species coexist in oral cavities as a biofilm rather than a planktonic arrangement. By forming an oral biofilm with quorum sensing properties, microorganisms can develop a higher pathogenic potential and stronger resistance to the host immune system and antibiotics. Hence, the inhibition of biofilm formation has become a major research issue for the future prevention and treatment of oral diseases. In this study, we investigated the effects of pentose on biofilm formation and phenotypic changes using wild type oral bacteria obtained from healthy human saliva. D-ribose and D-arabinose were found to inhibit biofilm formation, but have no effects on the growth of each oral bacterium tested. Pentoses may thus be good candidate biofilm inhibitors without growth-inhibition activity and be employed for the future prevention or treatment of oral diseases.
Kim, Soohyeon;Song, Minju;Roh, Byoung-Duck;Park, Sung-Ho;Park, Jeong-Won
Restorative Dentistry and Endodontics
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제38권2호
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pp.65-72
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2013
Objectives: To evaluate the inhibitory effect of ursolic acid (UA)-containing composites on Streptococcus mutans (S. mutans) biofilm. Materials and Methods: Composite resins with five different concentrations (0.04, 0.1, 0.2, 0.5, and 1.0 wt%) of UA (U6753, Sigma Aldrich) were prepared, and their flexural strengths were measured according to ISO 4049. To evaluate the effect of carbohydrate source on biofilm formation, either glucose or sucrose was used as a nutrient source, and to investigate the effect of saliva treatment, the specimen were treated with either unstimulated whole saliva or phosphate-buffered saline (PBS). For biofilm assay, composite disks were transferred to S. mutans suspension and incubated for 24 hr. Afterwards, the specimens were rinsed with PBS and sonicated. The colony forming units (CFU) of the disrupted biofilm cultures were enumerated. For growth inhibition test, the composites were placed on a polystyrene well cluster, and S. mutans suspension was inoculated. The optical density at 600 nm ($OD_{600}$) was recorded by Infinite F200 pro apparatus (TECAN). One-way ANOVA and two-way ANOVA followed by Bonferroni correction were used for the data analyses. Results: The flexural strength values did not show significant difference at any concentration (p > 0.01). In biofilm assay, the CFU score decreased as the concentration of UA increased. The influence of saliva pretreatment was conflicting. The sucrose groups exhibited higher CFU score than glucose group (p < 0.05). In bacterial growth inhibition test, all experimental groups containing UA resulted in complete inhibition. Conclusions: Within the limitations of the experiments, UA included in the composite showed inhibitory effect on S. mutans biofilm formation and growth.
Biofouling in brackish water reverse osmosis (RO) membranes still needs extensive research to understand cause and mechanism and to obtain methods for reduction of its impact on RO applications. Natural compounds with biofilm formation inhibitory properties are being investigated. Two compounds, vanillin and Epigallocatechin gallate (EGCG), were selected due to their great potential on biofilm formation inhibition. Vanillin shows inhibition on quorum sensing mechanisms of biofilm formation. EGCG has potential to inactivate microbial activity. The two compounds were incorporated in typical polyamide reverse osmosis membranes and evaluated on flux behaviours and biofilm formation potential. The surface properties of membrane coated with vanillin were changed tremendously compared to those with EGCG. As a result, the flux was reduced substantially. The biofilm formation seems hindered with EGCG coated membranes compared to the virgin membranes. More research is needed to optimize coating methods applicable to RO membranes and to enhance biofouling reduction.
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.
An, Sun-Jin;Namkung, Jong-Uk;Ha, Kyung-Won;Jun, Hye-Kyoung;Kim, Hyun Young;Choi, Bong-Kyu
International Journal of Oral Biology
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제46권3호
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pp.111-118
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2021
Periodontitis and periimplantitis are caused as a result of dental biofilm formation. This biofilm is composed of multiple species of pathogens. Therefore, controlling biofilm formation is critical for disease prevention. To inhibit biofilm formation, sugars can be used to interrupt lectin-involving interactions between bacteria or between bacteria and a host. In this study, we evaluated the effect of D-Arabinose on biofilm formation of putative periodontal pathogens as well as the quorum sensing activity and whole protein profiles of the pathogens. Crystal violet staining, confocal laser scanning microscopy, and scanning electron microscopy revealed that D-Arabinose inhibited biofilm formation of Porphyromonas gingivalis, Fusobacterium nucleatum, and Tannerella forsythia. D-Arabinose also significantly inhibited the activity of autoinducer 2 of F. nucleatum and the expression of representative bacterial virulence genes. Furthermore, D-Arabinose treatment altered the expression of some bacterial proteins. These results demonstrate that D-Arabinose can be used as an antibiofilm agent for the prevention of periodontal infections.
본 연구는 자소자 열수추출물과 압력은 일정하게 유지한 상태로 온도를 조절하여 추출한 3종의 자소자 초임계추출물에 대해 항산화력, 항균활성, biofilm 형성 억제능과 염증매개물질(nitric oxide), 염증성 사이토카인(interleukin-6, interleukin-8)의 생성 억제능을 평가하였다. 자소자 열수추출물과 비교하였을 때 자소자 초임계추출물이 항산화 효과는 떨어졌으나, Staphylococcus aureus(S. aureus)에 대한 minimal inhibitory concentration(MIC)이 월등히 낮은 것으로 확인되었고, biofilm 형성 억제능 또한 더 우수하였다. 염증매개물질과 염증성 사이토카인의 생성도 자소자 초임계추출물이 자소자 열수추출물에 비해 현저히 감소시킬 수 있었다. 따라서 우리는 초임계추출물중 가장 우수한 항균작용과 biofilm 형성 억제, 염증인자 생성 억제 효능을 보인 45℃로 추출한 자소자 초임계추출물이 아토피 피부염 환자의 가려움증과 경표피수분손실을 방지하기 위한 천연 기능성 소재로 적합함을 시사한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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