Grouper nervous necrosis virus (GNNV) infection causes mass grouper mortality, leading to substantial economic loss in Taiwan. Traditional methods of controlling GNNV infections involve the challenge of controlling disinfectant doses; low doses are ineffective, whereas high doses may cause environmental damage. Identifying potential methods to safely control GNNV infection to prevent viral outbreaks is essential. We engineered a virus-binding bacterium expressing a myxovirus resistance (Mx) protein on its surface for GNNV removal from phosphate-buffered saline (PBS), thus increasing the survival of grouper fin (GF-1) cells. We fused the grouper Mx protein (which recognizes and binds to the coat protein of GNNV) to the C-terminus of outer membrane lipoprotein A (lpp-Mx) and to the N-terminus of a bacterial autotransporter adhesin (Mx-AIDA); these constructs were expressed on the surfaces of Escherichia coli BL21 (BL21/lpp-Mx and BL21/Mx-AIDA). We examined bacterial surface expression capacity and GNNV binding activity through enzyme-linked immunosorbent assay; we also evaluated the GNNV removal efficacy of the bacteria and viral cytotoxicity after bacterial adsorption treatment. Although both constructs were successfully expressed, only BL21/lpp-Mx exhibited GNNV binding activity; BL21/lpp-Mx cells removed GNNV and protected GF-1 cells from GNNV infection more efficiently. Moreover, salinity affected the GNNV removal efficacy of BL21/lpp-Mx. Thus, our GNNV-binding bacterium is an efficient microparticle for removing GNNV from 10‰ brackish water and for preventing GNNV infection in groupers.
Antigen 43 (Ag43) proteins, found on the outer membrane of Escherichia coli, are β-sheets that fold into a unique cylindrical structure known as a β-barrel. There are several known structural similarities between bacterial Ag43 autotransporters and physical components; however, the factors that stabilize the barrel and the mechanism for Ag43 passenger domain-mediated translocation across the pore of the β-barrel remain unclear. In this study, we analyzed Ag43β-enhanced green fluorescent protein chimeric variants to provide new insights into the autotransporter Ag43β-barrel assembly, focusing on the impact of the α-helical linker domain. Among the chimeric variants, Ag43β700 showed the highest surface display, which was confirmed through extracellular protease digestion, flow cytometry, and an evaluation of outer membrane vesicles (OMVs). The Ag43β700 module offered reliable information on stable barrel folding and chimera expression at the exterior of the OMVs.
그람음성균의 외막은 수많은 생물물리학적 및 생화학적 과정이 작용하여 생존력을 유지하도록 설계되어 있는 세포환경의 가장 바깥 층이다. 세포공학의 발전으로 인해 박테리아의 막 환경을 변경하는 등 유전정보를 원하는 대로 조작할 수 있게 되었고 이는 박테리아를 특정 목적에 적용시킬 수 있게 하였다. 그중 기능성 분자를 박테리아 외막에 표지하는 세포 표면공학은 숙주세포가 특정 외부물질이나 자극에 반응하도록 유도하는 전략 중 하나이다. 기능성 펩타이드 또는 단백질을 세포 표면에 표지하기 위한 방법으로 막 고정 모티프를 융합한 후 세포 내에서 발현하는 방법이 일반적으로 사용되고 있지만 이는 박테리아 시스템에서 발현할 수 없는 외인성 단백질이나 크기가 큰 단백질에는 적용할 수 없다는 한계점이 있다. 박테리아 외막의 구성요소에 자연적으로 존재하는 반응성 그룹과 기능성 물질을 화학접합하는 방법도 있으나 필수 구성 요소의 비특이적 변형으로 인해 세포의 생장이 저해되는 경우가 많다. 본 연구에서는 비천연아미노산 또는 자가결합 도메인을 사용해 대장균의 세포 표면을 부위 특이적으로 형광 표지하는 두 가지의 접근법을 수행하였다. 첫 번째 접근법은 화학선택적 반응성을 지닌 비천연아미노산이 삽입된 펩타이드를 대장균 표면에 발현하여 위치 특이적으로 형광염료를 접합시키는 방법이다. 두 번째 접근법은 자가결합능력을 지닌 이종 이량체 코일-코일에서 유래된 α-나선 도메인을 대장균 외막에 발현하고 녹색 형광 단백질이 융합된 상보적인 α-나선 도메인을 막 표면에 특이적으로 고정하는 방법이다. 제시된 방법들은 위치와 시간이 제어된 방식으로 박테리아 외막에 새로운 기능을 부여하는 방법론으로서 유용하다.
Yap, Polly Soo Xi;Krishnan, Thiba;Chan, Kok-Gan;Lim, Swee Hua Erin
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제25권8호
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pp.1299-1306
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2015
This study aims to investigate the mechanism of action of the cinnamon bark essential oil (CB), when used singly and also in combination with piperacillin, for its antimicrobial and synergistic activity against beta-lactamase TEM-1 plasmid-conferred Escherichia coli J53 R1. Viable count of bacteria for this combination of essential oil and antibiotic showed a complete killing profile at 20 h and further confirmed its synergistic effect by reducing the bacteria cell numbers. Analysis on the stability of treated cultures for cell membrane permeability by CB when tested against sodium dodecyl sulfate revealed that the bacterial cell membrane was disrupted by the essential oil. Scanning electron microscopy observation and bacterial surface charge measurement also revealed that CB causes irreversible membrane damage and reduces the bacterial surface charge. In addition, bioluminescence expression of Escherichia coli [pSB1075] and E. coli [pSB401] by CB showed reduction, indicating the possibility of the presence of quorum sensing (QS) inhibitors. Gas-chromatography and mass spectrometry of the essential oil of Cinnamomum verum showed that trans-cinnamaldehyde (72.81%), benzyl alcohol (12.5%), and eugenol (6.57%) were the major components in the essential oil. From this study, CB has the potential to reverse E. coli J53 R1 resistance to piperacillin through two pathways; modification in the permeability of the outer membrane or bacterial QS inhibition.
The intestinal environment plays a critical role in maintaining swine health. Many factors such as diet, microbiota, and host intestinal immune response influence the intestinal environment. Intestinal alkaline phosphatase (IAP) is an important apical brush border enzyme that is influenced by these factors. IAP dephosphorylates bacterial lipopolysaccharides (LPS), unmethylated cytosine-guanosine dinucleotides, and flagellin, reducing bacterial toxicity and consequently regulating toll-like receptors (TLRs) activation and inflammation. It also desphosphorylates extracellular nucleotides such as uridine diphosphate and adenosine triphosphate, consequently reducing inflammation, modulating, and preserving the homeostasis of the intestinal microbiota. The apical localization of IAP on the epithelial surface reveals its role on LPS (from luminal bacteria) detoxification. As the expression of IAP is reported to be downregulated in piglets at weaning, LPS from commensal and pathogenic gram-negative bacteria could increase inflammatory processes by TLR-4 activation, increasing diarrhea events during this phase. Although some studies had reported potential IAP roles to promote gut health, investigations about exogenous IAP effects or feed additives modulating IAP expression and activity yet are necessary. However, we discussed in this paper that the critical assessment reported can suggest that exogenous IAP or feed additives that could increase its expression could show beneficial effects to reduce diarrhea events during the post weaning phase. Therefore, the main goals of this review are to discuss IAP's role in intestinal inflammatory processes and present feed additives used as growth promoters that may modulate IAP expression and activity to promote gut health in piglets.
The identification of bacteriophage proteins on the surface of Lactobacillus rhamnosus Pen was performed by LC-MS/MS analysis. Among the identified proteins, we found a phage-derived major tail protein, two major head proteins, a portal protein, and a host specificity protein. Electron microscopy of a cell surface extract revealed the presence of phage particles in the analyzed samples. The partial sequence of genes encoding the major tail protein for all tested L. rhamnosus strains was determined with specific primers designed in this study. Next, RT-PCR analysis allowed detection of the expression of the major tail protein gene in L. rhamnosus strain Pen at all stages of bacterial growth. The transcription of genes encoding the major tail protein was also proved for other L. rhamnosus strains used in this study. The present work demonstrates the spontanous release of prophage-encoded particles by a commercial probiotic L. rhamnosus strain, which did not significantly affect the bacterial growth of the analyzed strain.
Khaleghi, M.;Kermanshahi, R. Kasra;Yaghoobi, M.M.;Zarkesh-Esfahani, S.H.;Baghizadeh, A.
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제20권4호
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pp.749-756
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2010
In many conditions, bacterial surface properties are changed as a result of variation in the growth medium and conditions. This study examined the influence of bile salt concentrations (0-0.1%) on colony morphotype, hydrophobicity, $H_2O_2$ concentration, S-layer protein production, and slpA gene expression in Lactobacillus acidophilus ATCC 4356. It was observed that two types of colonies (R and S) were in the control group and the stress condition. When the bile level increased in the medium, the amount of S type was more than the R type. A stepwise increment in the bile concentration resulted in a stepwise decline in the maximum growth rate. The results showed that hydrophobicity was increased in 0.01%-0.02% bile, but it was decreased in 0.1% bile. Treatment by bile (0.01%-0.1%) profoundly decreased $H_2O_2$ formation. S-Layer protein and slpA gene expression were also altered by the stress condition. S-Protein expression was increased in the stress condition. The slpA gene expression increased in 0.01%-0.05% bile and it decreased in 0.1% bile. However, we found that different bile salt concentrations influenced the morphology and some surface properties of L. acidophilus ATCC 4356. These changes were very different in the 0.1% bile. It appears that the bacteria respond abruptly to 0.1% bile.
Helicobacter pylori is the etiologic agent of human gastritis and peptic ulceration and produces urease as the major protein component on its surface. H. pylori urease is known to serve as a major virulence factor and a potent immunogen. Deletion mutageneses were performed in the H. pylori urease accessory genes by using combinations of restriction enzymes and other DNA modifying enzymes in order to assess the function of these accessory gene products in the expression of the active urease. Selective disruptions in the accessory gene regions resulted in complete abolishment of the urease activity, which is consistent with other bacterial ureases. Interestingly, deletions in ureE-containing regions caused reduced expression of the structural enzyme subunits.
Although microorganisms are, in fact, the most diverse and abundant type of organism on Earth, the ecological functions of microbial populations remains poorly understood. A variety of bacteria including marine Vibrios encounter numerous ecological challenges, such as UV light, predation, competition, and seasonal variations in seawater including pH, salinity, nutrient levels, temperature and so forth. In order to survive and proliferate under variable conditions, they have to develop elaborate means of communication to meet the challenges to which they are exposed. In bacteria, a range of biological functions have recently been found to be regulated by a population density-dependent cell-cell signaling mechanism known as quorum-sensing (QS). In other words, bacterial cells sense population density by monitoring the presence of self-produced extracellular autoinducers (AI). N-acylhomoserine lactone (AHL)-dependent quorum-sensing was first discovered in two luminescent marine bacteria, Vibrio fischeri and Vibrio harveyi. The LuxI/R system of V. fischeriis the paradigm of Gram-negative quorum-sensing systems. At high population density, the accumulated signalstrigger the expression of target genes and thereby initiate a new set of biological activities. Several QS systems have been identified so far. Among them, an AHL-dependent QS system has been found to control biofilm formation in several bacterial species, including Pseudomonas aeruginosa, Aeromonas hydrophila, Burkholderia cepacia, and Serratia liquefaciens. Bacterial biofilm is a structured community of bacterial cells enclosed in a self-produced polymeric matrix that adheres to an inert or living surface. Extracellular signal molecules have been implicated in biofilm formation. Agrobacterium tumefaciens strain NT1(traR, tra::lacZ749) and Chromobacterium violaceum strain CV026 are used as biosensors to detect AHL signals. Quorum sensing in lactic acid bacteria involves peptides that are directly sensed by membrane-located histidine kinases, after which the signal is transmitted to an intracellular regulator. In the nisin autoregulation process in Lactococcus lactis, the NisK protein acts as the sensor for nisin, and NisR protein as the response regulator activatingthe transcription of target genes. For control over growth and survival in bacterial communities, various strategies need to be developed by which receptors of the signal molecules are interfered with or the synthesis and release of the molecules is controlled. However, much is still unknown about the metabolic processes involved in such signal transduction and whether or not various foods and food ingredients may affect communication between spoilage or pathogenic bacteria. In five to ten years, we will be able to discover new signal molecules, some of which may have applications in food preservation to inhibit the growth of pathogens on foods.
A bacterial artificial chromosome library of Pectobacterium carotovorum 35 was constructed to characterize the genome and to sequence its hrp region. The hrp cluster of P. carotovorum 35 consisted of 26 open reading frames in five operons. A promoter-based green fluorescent protein technology was used to identify the genes regulated by the alternative sigma factor, HrpL, in P. carotovorum 35. The majority of the selected clones contained the hrpJ operon promoter sequence, which harbors a hrp box, but no putative hrp boxes were detected within the promoter sequences of two other hrpL-regulated genes encoding for pectate lyase and large repetitive protein. Although the promoters of five other hrp operons also contained hrp boxes, their expression was not HrpL-dependent in the promoter-based selection in E. coli. However, transcriptional analysis showed that expression from all operons harboring hrp boxes, except for the hrpN operon, was reduced significantly in the hrpL mutant. The severity of soft-rot symptoms when the hrpL mutant was applied to the surface of tobacco leaves, mimicking natural infection, was greatly attenuated. These results indicate that the hrpL gene of P. carotovorum 35 may be involved in the development of soft-rot symptoms.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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