Kjelleberg, Staffan;Barraud, Nicolas;Egan, Suhelen;Ho, Wing Ka;Huynh, Trieu Tran;Klebensberger, Janosch;Koh, Kai Shyang;Lucas-Elio, Patricia;Mai-Prochnow, Anne;Marshall, Dustin J.;Matz, Carsten;McDougald, Diane;Rice, Scott A.;Sanchez-Amat, Antonio;Schleheck, David;Shahbazi, Jeyran;Steinberg, Peter D.;Tan, Chuan Hao;Thomas, Torsten;Webb, Jermy S.;Woo, Jerry K.K.
Proceedings of the Microbiological Society of Korea Conference
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2008.05a
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pp.42-44
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2008
Bacterial biofilms are analogous to multi-cellular organisms or to clonal communities of higher organisms. In this respect, it can be demonstrated that biofilms display the type of genetic variation associated with macroorganisms. The formation of genetic variants from biofilms is the result of internally produced and regulated signals and the appearance of these variants coincides with dispersal from the biofilm. Moreover, the generation of such variation, has similar outcomes for the bacterial community, where diversification of phenotypic traits ensures that the bacterial community optimizes its chances of success when dispersing or surviving when challenged with environmental stress. These observations increase the complexity with which we view bacteria and also suggest that microbial systems can serve as models for the testing of eukaryotic ecological theories.
Purpose: The purpose of this study was to compare the phototoxic effects of blue light exposure on periodontal pathogens in both planktonic and biofilm cultures. Methods: Strains of Aggregatibacter actinomycetemcomitans, Fusobacterium nucleatum, and Porphyromonas gingivalis, in planktonic or biofilm states, were exposed to visible light at wavelengths of 400.520 nm. A quartz-tungsten-halogen lamp at a power density of $500mW/cm^2$ was used for the light source. Each sample was exposed to 15, 30, 60, 90, or 120 seconds of each bacterial strain in the planktonic or biofilm state. Confocal scanning laser microscopy (CSLM) was used to observe the distribution of live/dead bacterial cells in biofilms. After light exposure, the bacterial killing rates were calculated from colony forming unit (CFU) counts. Results: CLSM images that were obtained from biofilms showed a mixture of dead and live bacterial cells extending to a depth of $30-45{\mu}m$. Obvious differences in the live-to-dead bacterial cell ratio were found in P. gingivalis biofilm according to light exposure time. In the planktonic state, almost all bacteria were killed with 60 seconds of light exposure to F. nucleatum (99.1%) and with 15 seconds to P. gingivalis (100%). In the biofilm state, however, only the CFU of P. gingivalis demonstrated a decreasing tendency with increasing light exposure time, and there was a lower efficacy of phototoxicity to P. gingivalis as biofilm than in the planktonic state. Conclusions: Blue light exposure using a dental halogen curing unit is effective in reducing periodontal pathogens in the planktonic state. It is recommended that an adjunctive exogenous photosensitizer be used and that pathogens be exposed to visible light for clinical antimicrobial periodontal therapy.
Kim, Myunghwan;Park, Howon;Lee, Juhyun;Seo, Hyunwoo;Lee, Siyoung
Journal of the korean academy of Pediatric Dentistry
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v.48
no.1
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pp.21-30
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2021
The purpose of this study is to investigate the antibacterial effects of indocyanine green (ICG) and near-infrared diode lasers on multispecies biofilms. Multispecies biofilms of Streptococcus mutans, Lactobacillus casei and Candida albicans were treated with different irradiation time using photosensitizer ICG and 808 nm near-infrared diode laser. Colony forming unit (CFU) was measured, and qualitative evaluation of biofilm was performed with confocal laser scanning microscopy (CLSM). Temperature measurement was conducted to evaluate photothermal effect. In the groups using ICG and diode laser, reduction in CFU was statistically significant, but the difference in antibacterial effect on L. casei and C. albicans with irradiation time was not significant, and similar results were confirmed with CLSM. Groups with ICG and diode laser showed higher temperature elevation than groups without ICG, and results of measured temperature were similar to the range of hyperthermia. In conclusion, ICG and near-infrared diode laser showed antibacterial effects on multispecies biofilms, but studies on protocol are necessary for clinical application.
Yongsoon, Kim;Howon, Park;Juhyun, Lee;Haeni, Kim;Siyoung, Lee
Journal of the korean academy of Pediatric Dentistry
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v.49
no.3
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pp.321-328
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2022
The aim of this in-vitro study is to evaluate the effect of potassium iodide (KI) on erythrosine-mediated photodynamic therapy (PDT) against Streptococcus mutans biofilms. S. mutans ATCC 25175 was cultured to form a biofilm on a hydroxyapatite disk. After diluting erythrosine to 20 μM and KI to 10, 50, and 100 mM, respectively, PDT was performed. The number of surviving bacteria was calculated as colony forming units (CFU)/mL and the statistical significance of the difference between groups was confirmed by Bonferroni post-hoc analysis. Cell viability was visually evaluated using confocal laser scanning microscopy (CLSM). As a result of the experiment, a significant decrease (p < 0.05) in CFU was observed in the experimental groups in which PDT was performed after applying KI regardless of the concentration of KI. In addition, a significant reduction (p < 0.05) in CFU was observed in the experimental group to which 100 mM KI was applied compared to 10 mM KI. The same results were confirmed when observing CLSM. KI significantly improved the efficacy of erythrosine-mediated PDT on S. mutans biofilms at all concentrations. This may compensate for the low sensitivity of PDT to biofilm-state bacteria strains, but it is necessary to establish an optimal clinical protocol through further research.
Saramago, Margarida;Domingues, Susana;Viegas, Sandra Cristina;Arraiano, Cecilia Maria
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.24
no.1
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pp.8-12
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2014
Biofilm formation and antibiotic resistance are important determinants for bacterial pathogenicity. Ribonucleases control RNA degradation and there is increasing evidence that they have an important role in virulence mechanisms. In this report, we show that ribonucleases affect susceptibility against ribosome-targeting antibiotics and biofilm formation in Salmonella.
Park, Se-Hwan;Lee, Si-Young;Chang, Beom-Seok;Um, Heung-Sik;Lee, Jae-Kwan
International Journal of Oral Biology
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v.37
no.3
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pp.103-108
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2012
The purpose of this study was to assess the efficacy of photodynamic therapy (PDT) using erythrosine and a halogen light source to treat a biofilm formed on a machined surface titanium disk in vivo. Ten volunteers carried an acrylic appliance containing six machined surface titanium disks on the upper jaw over a period of five days. After the five days of biofilm formation period, the disks were removed. PDT using 20 ${\mu}M$ erythrosine and halogen light was then applied to the biofilms formed on the disks. Experimental samples were divided into a negative control group (no erythrosine and no irradiation), E0 group (erythrosine 60s + no irradiation), E30 group (erythrosine 60s + halogen light 30s), and E60 group (erythrosine 60s + halogen light 60s). Following PDT, the bacteria in the biofilm were found to be detached from each disk. Each suspension with detached bacteria were diluted and cultivated on a blood-agar plate for five days under anaerobic conditions. The cultivated bacterial counts in the E60 group were significantly lower than the control group (86.4%) or E0 group (76.7%). In the experimental groups also, the light exposure time and bacterial counts showed a negative correlation. In conclusion, PDT using erythrosine and halogen light has bactericidal effects on biofilms formed on a titanium disk in vivo. Notably, applying 20 ${\mu}M$ erythrosine and 60 seconds of halogen light irradiation had a significantly potent effect.
Kim, Eung-Ho;Cho, Yoen-Je;Park, Seong-Joo;Shin, Kwang-Soo;Yim, Soo-Bin;Jung, Jin-Kwon
Journal of Korean Society on Water Environment
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v.20
no.2
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pp.190-195
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2004
A new technology for advanced wastewater treatment was developed using a modified Rotating Biological Contactor (RBC) process, named as Rotating Activated Bacillus Contactor (RABC) process that utilizes Bacillus sp., the facultatively anaerobic or activated microaerophilic bacteria on multiple-stage reticular rotating carriers, as a predominant species. The RABC process for a municipal wastewater with relatively low concentrations of organics, nitrogen, and phosphorus showed stable and high removal efficiencies, less than $BOD_5$ 10 mg/L, T-N 15 mg/L, and T-P 1.5 mg/L in final effluent. The performance load of RABC process was shown to be $1.23kg{\cdot}BOD/m^2{\cdot}day$ for the first stage (average $0.31kg{\cdot}BOD/m^2{\cdot}day$ for the total stages) based on both removed BOD and converted disc area corresponding to the reticular one. The sludge produced in the RABC process is characterized by low generation rate (about $0.18kg{\cdot}MLSS/kg{\cdot}BOD$) and excellent settleability. The number ratio of Bacillus ($2.4{\times}10^6CFU/ml$) to heterotrophic bacteria ($3.6{\times}10^7CFU/ml$) inhabiting in the biofilms of the RABC process was 6.7 %, indicating that Bacillus sp. was a predominant species in the biofilms. The RABC process with reticular rotating carriers showed its excellent performance for the advanced wastewater treatment without any offensive odor problem due to organic overloading.
Journal of the korean academy of Pediatric Dentistry
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v.47
no.2
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pp.120-127
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2020
The aim of this study was to evaluate the antimicrobial effect of photodynamic therapy (PDT) using plaque disclosing agent, 10 - 20 mM erythrosine, as a photosensitizer. Multispecies cariogenic biofilms containing Streptococcus mutans, Lactobacillus casei and Candida albicans were formed on hydroxyapatite disc. 20 μM, 10 mM and 20 mM erythrosine were applied as a photosensitizer for 3 minutes, and then light-emitting diode (LED) irradiated for 24 seconds. Colony-forming unit (CFU) were measured and biofilms were observed using confocal laser scanning microscopy (CLSM). CFU were significantly decreased in the PDT groups using 10 - 20 mM erythrosine (10 mM, 20mM) and the results were also confirmed by CLSM. This study confirms the high antimicrobial effect of photodynamic therapy using plaque disclosing agent as a photosensitizer.
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.
Trickling filter has been extensively studied for the domestic wastewater treatment especially for the small scale plants in rural area. The performance of the trickling filter depends on the microbial community and their activity in the biofilms on the media. Nitrification. denitrification, and phosphorus removal of the trickling filter from the wastewater depend on the activity and the amount of the specific microorganisms responsible for the metabolism. For the estimation of the performance of a trickling filter, batch nitrification experiment and fluorescence in situ hybridization (FISH) were carried out to measure the microbial activity and its distribution on the media of the trickling filter. Batch nitrification activity measurement showed that the top part of the 1st stage trickling filter had the highest nitrification activity and the maximum activity was 0.002 g $NH_4$-N/g MLVSS${\cdot}$h. It is thought that higher substrate (ammonia) concentration yields more nitrifying bacteria in the biofilms. The dominant ammonia oxidizer and nitrite oxidizer in the biofilm were Nitrosomonas species and genus Nitrospira, respectively, by FISH analysis. Less denitrifiers were found than nitrifiers in the biofilm by the probe Rrp1088 which specifically binds to Rhodobacter, Rhodovulum, Roseobacter, and Paracoccus. Phosphorus accumulating bacteria were mostly found at the surface of the biofilm by probe Rc988 and PAO651 which specifically binds to Rhodocyclus group and their biomass was less than that of nitrifiers.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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