Pseudomonas tolaasii 6264 is a representative strain that causes bacterial blotch disease on the cultivated oyster mushroom, Pleurotus ostreatus. Bacteriophages are able to sterilize the pathogenic P. tolaasii strains, and therefore, they can be applied in creating disease-free mushroom cultivation farms, through a method known as "phage therapy". For successful phage therapy, the characterization of phage-resistant strains is necessary, since they are frequently induced from the original pathogenic bacteria in the presence of phages. When 10 different phages were incubated with P. tolaasii 6264, their corresponding phage-resistant strains were obtained. In this study, changes in pathogenic, genetic, and biochemical characteristics as well as the acquired phage resistance of these strains were investigated. In the phylogenetic analyses, all phage-resistant strains were identical to the original parent strain based on the sequence comparison of 16S rRNA genes. When various phage-resistant strains were examined by three different methods, pitting test, white line test, and hemolytic activity, they were divided into three groups: strains showing all positive results in three tests, two positive in the first two tests, and all negative. Nevertheless, all phage-resistant strains showed that their pathogenic activities were reduced or completely lost.
In the present study, the therapeutic potential of purified and well-characterized bacteriophages was evaluated in thermally injured mice infected with Klebsiella pneumoniae B5055. The efficacy of five Klebsiella phages (Kpn5, Kpn12, Kpn13, Kpn17, and Kpn22) was evaluated on the basis of survival rate, decrease in bacterial counts in different organs of phage-treated animals, and regeneration of skin cells as observed by histopathological examination of phage-treated skin. Toxicity studies performed with all the phages showed them to be non-toxic, as no signs of morbidity and mortality were observed in phage-treated mice. The results of the study indicate that a single dose of phages, intraperitoneally (i.p.) at an MOI of 1.0, resulted in significant decrease in mortality, and this dose was found to be sufficient to completely cure K. pneumoniae infection in the burn wound model. Maximum decrease in bacterial counts in different organs was observed at 72 h post infection. Histopathological examination of skin of phage-treated mice showed complete recovery of burn infection. Kpn5 phage was found to be highly effective among all the phages and equally effective when compared with a cocktail of all the phages. From these results, it can be concluded that phage therapy may have the potential to be used as stand-alone therapy for K. pneumoniae induced burn wound infection, especially in situations where multiple antibiotic-resistant organisms are encountered.
The aim of this study was to screen for polypeptides binding specifically to LoVo human colorectal cancer cells using a phage-displayed peptide library as a targeting vector for colorectal cancer therapy. Human normal colorectal mucous epithelial cells were applied as absorber cells for subtraction biopanning with a c7c phage display peptide library. Positive phage clones were identified by enzyme-linked immunosorbent assay and immunofluorescence detection; amino acid sequences were deduced by DNA sequencing. After 3 rounds of screening, 5 of 20 phage clones screened positive, showing specific binding to LoVo cells and a conserved RPM motif. Specific peptides against colorectal cancer cells could be obtained from a phage display peptide library and may be used as potential vectors for targeting therapy for colorectal cancer.
Bacterial blotch caused by Pseudomonas tolaasii is one of the major diseases of oyster mushroom, Pleurotus ostreatus. Application of bacteriophages is a very useful tool to decrease the density of pathogens and it has been successful to making disease-free cultivation area, known as phage therapy. Effect of phages on pathogen sterilization is very limited to the specific host strains. Minor variations of the host strains may cause changes in phage sensitivity. The phage-resistant strains of P. tolaasii were isolated and their pathogenic characters were investigated to improve the effectiveness of phage therapy. In the phylogenetic analysis, both phage-resistant strains and the corresponding host strains were identical based on the sequence comparison of 16S rRNA genes. The pathogenic characters, such as hemolytic activity and brown blotch formation, were measured on the phage-resistant strains and no correlation between phage-resistance and pathogenic characters was observed. Nevertheless, pathogenic characters were sometimes changed in the phage-resistant strains depending on the host strains. In order to make the phage therapy successful, the bacteriophages having a wide host range should be isolated.
The quality of a phage-displayed antibody library deteriorates with clonal variations, which are caused by differentially expressed Escherichia coli antibody genes. Using the human Fab SP114 against the pyruvate dehydrogenase complex-E2 (PDCE2), we created four E. coli TOP10F' clones with a pCMTG phagemid encoding Fab-pIII (pCMTG-Fab), Fd ($V_H+C_{H1}$)-pIII (pCMTG-Fd), or light chain (L) (pCMTG-L), or the vector only (pCMTG-${\Delta}Fab$) to investigate the effect of clonal variations in a defined manner. Compared to the others, the E. coli clone with pCMTG-Fab was growth retarded in liquid culture, but efficiently produced phage progenies by Ex12 helper phage superinfection. Our results suggest that an antibody library must be cultured for a short duration before helper phage superinfection, and that the Ex12 helper phage helped to alleviate the detrimental effect of clonal variation, at least in part, by preferentially increasing functional phage antibodies during phage amplification.
Choi, Suk-Jung;Sperinde, Jeffrey J.;Szoka, Francis C. Jr.
Molecules and Cells
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v.19
no.1
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pp.54-59
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2005
Deoxyribonuclease I (DNase I) is a divalent cation dependent endonuclease and thought to be a significant barrier to effective gene delivery. The only known DNase I-specific inhibitor is monomeric actin which acts by forming a 1:1 complex with DNase I. Its use, however, is restricted because of tendency to polymerize under certain conditions. We screened two random phage peptide libraries of complexity $10^8$ and $10^9$ for DNase I binders as candidates for DNase I inhibitors. A number of DNase I-binding peptide sequences were identified. When these peptides were expressed as fusion proteins with Escherichia coli maltose binding protein, they inhibited the actin-DNase I interaction ($IC_{50}=0.1-0.7{\mu}M$) and DNA degradation by DNase I ($IC_{50}=0.8-8{\mu}M$). Plasmid protection activity in the presence of DNase I was also observed with the fusion proteins. These peptides have the potential to be a useful adjuvant for gene therapy using naked DNA.
The emergence of antibiotic-resistant bacterial strains is one of the most critical problems of modern medicine. Bacteriophages have been suggested as an alternative therapeutic agent for such bacterial infections. In the present study, we examined the therapeutic potential of phage Kpn5 in the treatment of Klebsiella pneumoniae B5055-induced burn wound infection in a mouse model. An experimental model of contact burn wound infection was established in mice employing K. pneumoniae B5055 to assess the efficacy of phage Kpn5 in vivo. Survival and stability of phage Kpn5 were evaluated in mice and the maximum phage count in various organs was obtained at 6 h and persisted until 36 h. The Kpn5 phage was found to be effective in the treatment of Klebsiella-induced burn wound infection in mice when phage was administered immediately after bacterial challange. Even when treatment was delayed up to 18 h post infection, when all animals were moribund, approximately 26.66% of the mice could be rescued by a single injection of this phage preparation. The ability of this phage to protect bacteremic mice was demonstrated to be due to the functional capabilities of the phage and not due to a nonspecific immune effect. The levels of pro-inflammatory cytokines (IL-$1{\beta}$ and TNF-${\alpha}$) and anti-inflammatory cytokines (IL-10) were significantly lower in sera and lungs of phage-treated mice than phage untreated control mice. The results of the present study bring out the potential of bacteriophage therapy as an alternate preventive approach to treat K. pneumoniae B5055-induced burn wound infections. This approach not only helps in the clearance of bacteria from the host but also protects against the ensuing inflammatory damage due to the exaggerated response seen in any infectious process.
Bacterial wilt caused by Ralstonia solanacearum is a devastating disease of many economically important crops. Since there is no promising control strategy for bacterial wilt, phage therapy could be adopted using virulent phages. We used phage PE204 as a model lytic bacteriophage to investigate its biocontrol potential for bacterial wilt on tomato plants. The phage PE204 has a short-tailed icosahedral structure and double-stranded DNA genome similar to that of the members of Podoviridae. PE204 is stable under a wide range of temperature and pH, and is also stable in the presence of the surfactant Silwet L-77. An artificial soil microcosm (ASM) to study phage stability in soil was adopted to investigate phage viability under a controlled system. Whereas phage showed less stability under elevated temperature in the ASM, the presence of host bacteria helped to maintain a stable phage population. Simultaneous treatment of phage PE204 at $10^8$ PFU/ml with R. solanacearum on tomato rhizosphere completely inhibited bacterial wilt occurrence, and amendment of Silwet L-77 at 0.1% to the phage suspension did not impair the disease control activity of PE204. The biocontrol activities of phage PE204 application onto tomato rhizosphere before or after R. solanacearum inoculation were also investigated. Whereas pretreatment with the phage was not effective in the control of bacterial wilt, post-treatment of PE204 delayed bacterial wilt development. Our results suggested that appropriate application of lytic phages to the plant root system with a surfactant such as Silwet L-77 could be used to control the bacterial wilt of crops.
Youbin Choi;Woongji Lee;Joon-Gi Kwon;Anna Kang;Min-Jin Kwak;Ju-Young Eor;Younghoon Kim
Journal of Animal Science and Technology
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v.66
no.1
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pp.57-78
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2024
In a global context, bacterial diseases caused by pathogenic bacteria have inflicted sustained damage on both humans and animals. Although antibiotics initially appeared to offer an easy treatment for most bacterial infections, the recent rise of multidrug-resistant bacteria, stemming from antibiotic misuse, has prompted regulatory measures to control antibiotic usage. Consequently, various alternatives to antibiotics are being explored, with a particular focus on bacteriophage (phage) therapy for treating bacterial diseases in animals. Animals are broadly categorized into livestock, closely associated with human dietary habits, and companion animals, which have attracted increasing attention. This study highlights phage therapy cases targeting prominent bacterial strains in various animals. In recent years, research on bacteriophages has gained considerable attention, suggesting a promising avenue for developing alternative substances to antibiotics, particularly crucial for addressing challenging bacterial diseases in the future.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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