Cecropins (Cec) are antibacterial peptides and their expression is induced in a pig intestinal parasite Ascaris suum by bacterial infection. To explore the usefulness of its activity as an antibiotic, CecP4 cDNA was prepared and cloned into the pPICZ B expression vector and followed by the integration into AOX1 locus in Pichia pastoris. The supernatants from cell culture were collected after methanol induction and concentrated for the test of antimicrobial activity. The recombinant P. patoris having CecP4 showed antimicrobial activity when tested against Staphyllococcus aureus in disc diffusion assay. We selected one of the CecP4 clones (CecP4-2) and performed further studies with it. The growth of recombinant P. pastoris was optimized using various concentration of methanol, and it was found that 2% methanol in the culture induced more antibacterial activity, compared to 1% methanol. We extended the test of antimicrobial activity by applying the concentrated supernatant of CecP4 culture to Pseudomonas aeruginosa and E. coli respectively. Recombinant CecP4 also showed antimicrobial activity against both Pseudomona and E. coli, suggesting the broad spectrum of its antimicrobial activity. After improvements for the scale-up, it will be feasible to use recombinant CecP4 for supplementation to the feed to control microbial infections in young animals, such as piglets.
This study was conducted in an effort to evaluate the antimicrobial activity and antibiotic-resistant gene regulation from Saliva miltiorrhiza Bunge on methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA). A variety of solvent fractions and methanol extracts of S. miltiorrhiza Bunge were tested in order to determine its antimicrobial activities against S. aureus and MRSA. As a result, the hexane fraction of S. miltiorrhiza Bunge evidenced the highest levels of antimicrobial activity against S. aureus and MRSA. The MICs of the hexane fraction against various MRSA specimens were $64. The hexane fraction evidenced inhibitory effects superior to those of the chloroform fraction. The results showed inhibition zones of hexane (16 mm) and chloroform (14 mm) fractions against MRSA KCCM 40511 at $1,000{\mu}g/disc$. The hexane and chloroform fractions inhibited the expression of the resistant genes, mecA, mecR1, and femA in mRNA. Moreover, the results of Western blotting assays indicated that the hexane and chloroform fractions inhibited the expression of the resistant protein, PBP2a. These results reveal that the hexane and chloroform fractions of S. miltiorrhiza Bunge may prove to be a valuable choice for studies targeted toward the development of new antimicrobial agents.
Antimicrobial Peptides are natural antibiotics evolved by many plants, invertebrate, and vertebrate to defend against the microbial infection. Antimicrobial peptides show a broad-spectrum antimicrobial activity with little opportunity for the development of resistance since they target microbial membranes that distinguish microbes from enkaryotic cells. The oral cavity is constantly exposed to microbial challenges and antimicrobial peptides play an important role in managing the oral health. With the increase of resistant micro-organisms to conventional antibiotics, antimicrobial peptides are attracting interests as novel antibiotics. In this review, the characteristics of antimicrobial of antimicrobial peptides including the classification, mechanism of action, resistance, and expression in the oral cavity have been discussed in the prospects of application to oral disease.
Plectasin, the first defensin extracted from a fungus (the saprophytic ascomycete Pseudoplectania nigrella), is attractive as a prospective antimicrobial agent. The purpose of this study was to establish a bacterium-based production system and evaluate the antimicrobial activity of the resulting plectasin. A gene encoding plectasin, with the codon preference of Escherichia coli, was optimized based on its amino acid sequence, synthesized using genesplicing with overlap extension PCR, and inserted into the expression vector pGEX-4T-1. The fusion protein was expressed in the soluble fraction of E. coli and purified using glutathione Stransferase affinity chromatography. Plectasin was cleaved from the fusion protein with thrombin and purified by ultrafiltration. The purified plectasin showed strong, concentrationdependent antimicrobial activity against gram-positive bacteria, including antibiotic-resistant bacteria, especially penicillin-resistant Enterococcus faecium. This antimicrobial activity was equal to chemically synthesized plectasin and was maintained over a wide range of pH and temperatures. This soluble recombinant expression system in E. coli is effective for producing plectasin at a relatively lower cost, and higher purity and efficiency than prior systems, and might provide a foundation for developing a large-scale production system. Overall, plectasin shows potential as a novel, high-performance, and safe antibiotic for the treatment of refractory diseases caused by drug-resistant bacterial strains.
Lee, Joon Ha;Seo, Minchul;Lee, Hwa Jeong;Baek, Minhee;Kim, In-Woo;Kim, Sun Young;Kim, Mi-Ae;Kim, Seong Hyun;Hwang, Jae Sam
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제29권5호
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pp.687-695
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2019
In a previous work, we performed de novo RNA sequencing of Allomyrina dichotoma using next generation sequencing and identified several antimicrobial peptide candidates based on transcriptome analysis. Among them, a cationic antimicrobial peptide, allomyrinasin, was selected bioinformatically based on its physicochemical properties. Here, we assessed the antimicrobial and anti-inflammatory activities of allomyrinasin against microorganisms and mouse macrophage Raw264.7 cells. Allomyrinasin showed antimicrobial activities against various microbes and decreased the nitric oxide production of the lipopolysaccharide-induced Raw264.7 cells. Furthermore, quantitative RT-PCR and ELISA revealed that allomyrinasin reduced cytokine expression levels in the Raw264.7 cells. We also identified inducible nitric oxide synthase, cyclooxygenase-2 expression, and $PGE_2$ production through western blot analysis and ELISA. We confirmed that allomyrinasin bound to bacterial cell membranes via a specific interaction with lipopolysaccharides. Taken together, these data indicate that allomyrinasin has antimicrobial and anti-inflammatory activities as exemplified in lipopolysaccharide-induced Raw264.7 cells. We have provided a potentially useful antimicrobial peptide candidate that has both antimicrobial and anti-inflammatory activities.
Objective: To generate recombinant Bacillus subtilis (B. subtilis) engineered for expression of porcine ${\beta}-defensin-2$ (pBD-2) and cecropin P1 (CP1) fusion antimicrobial peptide and investigate their anti-bacterial activity in vitro and their growth-promoting and disease resisting activity in vivo. Methods: The pBD-2 and CP1 fused gene was synthesized using the main codons of B. subtilis and inserted into plasmid pMK4 vector to construct their expression vector. The fusion peptide-expressing B. subtilis was constructed by transformation with the vector. The expressed fusion peptide was detected with Western blot. The antimicrobial activity of the expressed fusion peptide and the recovered pBD-2 and CP1 by enterokinase digestion in vitro was analyzed by the bacterial growth-inhibitory activity assay. To analyze the engineered B. subtilis on growth promotion and disease resistance, the weaned piglets were fed with basic diet supplemented with the recombinant B. subtilis. Then the piglets were challenged by enteropathogenic Escherichia coli (E. coli). The weight gain and diarrhea incidence of piglets were measured after challenge. Results: The recombinant B. subtilis engineered for expression of pBD-2/CP1 fusion peptide was successfully constructed using the main codons of the B. subtilis. Both expressed pBD-2/CP1 fusion peptide and their individual peptides recovered from parental fusion peptide by enterokinase digestion possessed the antimicrobial activities to a variety of the bacteria, including gram-negative bacteria (E. coli, Salmonella typhimurium, and Haemophilus parasuis) and grampositive bacteria (Staphylococcus aureus). Supplementing the engineered B. subtilis to the pig feed could significantly promote the piglet growth and reduced diarrhea incidence of the piglets. Conclusion: The generated B. subtilis strain can efficiently express pBD-2/CP1 fusion antimicrobial peptide, the recovered pBD-2 and CP1 peptides possess potent antimicrobial activities to a variety of bacterial species in vitro. Supplementation of the engineered B. subtilis in pig feed obviously promote piglet growth and resistance to the colibacillosis.
Two experiments were conducted to evaluate developmental gene expression of antimicrobial peptide PR-39 and effect of zinc oxide on gene regulation of PR-39 in piglets using semi-quantitative RT-PCR analysis. In experiment 1, fifteen female Tai-Hu pigs (a local breed in China) in five groups, each of three pigs at 1, 14, 28, 42 and 56 days of age were used to determine effect of age and weaning on mRNA expression of PR-39. In experiment 2, nine groups of pigs (total seventy-two female 36 days-age weanling Tai-Hu piglets) were assigned to three treatments (${ZnO}_0$, ${ZnO}_{100}$ and ${ZnO}_{3000}$). The feeding experimental period lasted 15 days. After feeding experiment, nine pigs with three animals in each treatment were chosen to determine the effect of ZnO on PR-39 mRNA expression of pigs. The results showed that PR-39 mRNA levels increased steadily in postnatal day 1-28 (preweaning), and weaning significantly decreased PR-39 mRNA expression of piglets (p<0.05). ${ZnO}_{3000}$ (3,000 mg zinc/kg diet) significantly increased PR-39 mRNA expression (p<0.05) when piglets were feed ${ZnO}_{3000}$ diet for 15 days. ${ZnO}_{100}$ (100 mg zinc/kg diet) also increased PR-39 gene expression, but the result was not statistically significant (p>0.05). The result was in accordance with the effect of ${ZnO}_{3000}$ and ${ZnO}_{100}$ on weight gain of piglets and prevention of diarrhea.
Among human antimicrobial peptides (hAMPs), DCD-1L has a broad spectrum of antimicrobial activity over a wide pH range and in high salt concentrations. It offers a promising alternative to conventional antibiotics. The 458-bp-long dermcidin cDNA was amplified by PCR using a human fetal cDNA library as a template. The 147-bp fragment of the MDCD-1L gene encoding an additional methionine residue was subcloned into the pTYB11 vector. Recombinant MDCD-1L was expressed as an intein fusion protein in E. coli, and then purified by affinity chromatography using chitin beads. A small peptide with a molecular mass of about 5 kDa was detected by tricine gel electrophoresis. The recombinant MDCD-1L peptide was purified from the gel and its amino acid sequence was determined by nanoLC-ESI-MS/MS analysis. The initiating amino acid, methionine, remained attached to the N-terminal region of recombinant MDCD-1L. Purified MDCD-1L showed antimicrobial activity against a Micrococcus luteus test strain.
Two novel avian $\beta$-defensins (AvBDs) isolated from duck liver were characterized and their homologies with other AvBDs were analyzed. They were shown to be duck AvBD9 and AvBD10. The mRNA expression of the two genes was analyzed in 17 different tissues from 1-28-day-old ducks. AvBD9 was differentially expressed in the tissues, with especially high levels of expression in liver, kidney, crop, and trachea, whereas AvBD10 was only expressed in the liver and kidney of ducks at all the ages investigated. We produced and purified GST-tagged recombinant AvBD9 and AvBDI0 by expressing the two genes in Escherichia coli. Both recombinant proteins exhibited antimicrobial activity against several bacterial strains. The results revealed that both recombinant proteins retained their antimicrobial activities against Staphylococcus aureus under a range of different temperatures ($-70^{\circ}C-100^{\circ}C$) and pH values (pH 3-12).
Various antimicrobial peptides (AMPs) from microalgae have shown antibacterial, antiviral, antifungal, anticancer, and antioxidant effects, and play crucial roles in medical applications, aquaculture-related disease management, and the food industry. Magainin 2 (MAG2), an AMP, exhibits high antibacterial and antitumor activity, necessitating an efficient recombinant expression system for low-cost, large-scale production. To enhance MAG2 secretion efficiency in Chlorella, we constructed the SS:MAG2:His vector using the known Chlamydomonas reinhardtii CA1 signal sequence (SS) and obtained a stable transformant via an Agrobacterium-mediated transformation method and RT-qPCR. ELISA results revealed that the MAG2 content secreted into the medium by the SS:MAG2:His transformants increased proportionally with mRNA expression. These findings offer a strategy for high MAG2 secretion in the Chlorella vulgaris platform, potentially minimizing downstream processing costs.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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