Candida albicans is an opportunistic and the most prevalent fungal pathogen that can cause superficial and systemic infections in immunocompromised patients. C. albicans can promote the transition from budding yeast to filamentous form, generating biofilms. Infections associated with C. albicans biofilms are frequently resistant to conventional antifungal therapy. Therefore, the development of more effective antifungal drugs related with biofilm formation is required urgently. The roots of Rheum undulatum have been used for medicinal purposes in Korea and China traditionally. The aim of present study was to evaluate the effect of R. undulatum extract upon preformed biofilms of 12 clinical C. albicans isolates and the antifungal activities. Its effect on preformed biofilms was evaluated using XTT reduction assay, and metabolic activity of all tested strains was reduced significantly ($49.4{\pm}6.0%$) at 0.098 mg/ml R. undulatum. The R. undulatum extract blocked the adhesion of C. albicans biofilms to polystyrene surfaces, and damaged the cell membrane integrity of C. albicans which was analyzed by CFDA, AM, and propidium iodide double staining. It caused cell lysis which was observed by Confocal laser scanning and phase contrast microscope after propidium iodide and neutral red staining, respectively. Membrane permeability was changed as evidenced by crystal violet uptake. The data suggest that R. undulatum inhibits biofilm formation by C. albicans, which can be associated with the damage of the cell membrane integrity, the changes in the membrane permeability and the cell lysis of C. albicans.
Kim, Byung Chan;Kim, Hyerim;Lee, Hye Soo;Kim, Su Hyun;Cho, Do-Hyun;Jung, Hee Ju;Bhatia, Shashi Kant;Yune, Philip S.;Joo, Hwang-Soo;Kim, Jae-Seok;Kim, Wooseong;Yang, Yung-Hun
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.32
no.6
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pp.730-739
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2022
Methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) causes severe infections and poses a global healthcare challenge. The utilization of novel molecules which confer synergistical effects to existing MRSA-directed antibiotics is one of the well-accepted strategies in lieu of de novo development of new antibiotics. Thymol is a key component of the essential oil of plants in the Thymus and Origanum genera. Despite the absence of antimicrobial potency, thymol is known to inhibit MRSA biofilm formation. However, the anti-MRSA activity of thymol analogs is not well characterized. Here, we assessed the antimicrobial activity of several thymol derivatives and found that 4-chloro-2-isopropyl-5-methylphenol (chlorothymol) has antimicrobial activity against MRSA and in addition it also prevents biofilm formation. Chlorothymol inhibited staphyloxanthin production, slowed MRSA motility, and altered bacterial cell density and size. This compound also showed a synergistic antimicrobial activity with oxacillin against highly resistant S. aureus clinical isolates and biofilms associated with these isolates. Our results demonstrate that chlorinated thymol derivatives should be considered as a new lead compound in anti-MRSA therapeutics.
Human infections with livestock-associated methicillin-resistant/-susceptible Staphylococcus aureus (LA-MRSA/LA-MSSA) have recently been increasing significantly. These LA-MRSA and LA-MSSA strains can be transmitted to individuals who have frequent contact with livestock animals and foods of animal origin. In this study, major virulence potentials of S. aureus such as biofilm formation, antimicrobial peptide resistance, and in vitro hydrogen peroxide (H2O2) resistance were assessed using 20 MRSA and MSSA strains isolated from raw milk, beef cattle, and workers in the livestock industry. Static biofilm formation assays revealed that there is no difference in levels of biofilm production between MRSA versus MSSA or bovine- versus human-associated strains. In vitro BMAP (bovine myeloid antimicrobial peptide)-28 susceptibility assays also revealed no difference in the resistance to the antimicrobial peptide between MRSA versus MSSA or bovine- versus human-associated S. aureus strains. However, LA-MRSA strains displayed increased resistance to H2O2, which may play an important role in survival and dissemination of the pathogen in livestock. These results provide an important basis for understanding pathogenic potentials of LA-MRSA and LA-MSSA strains in human and animal hosts.
The emergence of biofilms have generated urgent alarm in clinical and medicine manufacturing fields engaged in the search for novel antimicrobials from ethno-medicinal plants. The National Institutes of Health (NIH) has estimated that 70% of all microbial infections in the world are associated with biofilms. In addition, the emergence of strains resistant to conventional antibiotics has become a serious threat to global public health. Therefore, finding alternative medicines is a major issue in the field of integrative medicine. In this study, four different herb extracts were screened for biofilm formation and the activities of Klebsiella pneumoniae. Of them, Scutellaria scordifolia Fisch. ex Schrank extracts had inhibitory effects on bacterial growth and biofilm formation. The Scutellaia scordifolia Fisch. ex Schrank extracts did not cause any cytotoxicity to L929 cells. The growth of K. pneumoniae was inhibited compared to other comparators in the experimental group containing Scutellaia scordifolia Fisch. ex Schrank. In a group of experiments with plant extracts, a maximum of 60 times the level of living bacteria was confirmed compared to the controls without the addition of the Scutellaia scordifolia Fisch. ex Schrank extracts. In a group of experiments with a significantly lower level of fluorescence extraction, differential interference contrast imaging showed that the number of K. pneumonae was reduced. These results suggest that extracts of this plant be applied as antimicrobial agents against K. pneumoniae, particularly in biofilm forms.
Staphylococcus aureus causes a broad variety of diseases. The spread of multidrug-resistant S. aureus highlights the need to develop new ways to combat S. aureus infections. Sortase A (SrtA) can anchor proteins containing LPXTG binding motifs to the bacteria surface and plays a key role in S. aureus infections, making it a promising antivirulence target. In the present study, we used a SrtA activity inhibition assay to discover that isovitexin, a Chinese herbal product, can inhibit SrtA activity with an $IC_{50}$ of $28.98{\mu}g/ml$. Using a fibrinogen-binding assay and a biofilm formation assay, we indirectly proved the SrtA inhibitory activity of isovitexin. Additionally, isovitexin treatment decreased the amount of staphylococcal protein A (SpA) on the surface of the cells. These data suggest that isovitexin has the potential to be an anti-infective drug against S. aureus via the inhibition of sortase activity.
Kim, Soo-Kyoung;Kim, Cheol-Jin;Yoon, Je-Yong;Lee, Joon-Hee
Microbiology and Biotechnology Letters
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v.39
no.1
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pp.29-36
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2011
Pseudomonas aeruginosa is an opportunistic pathogen that causes various infections on urinary track, cornea, respiratory track, and burn wound site, and mainly relies on quorum sensing (QS) for its virulence. To control the infectivity of P. aeruginosa, we previously synthesized the structural analogues of a major QS signal, N-3-oxododecanoyl homoserine lactone (3OC12-HSL) to use as a QS inhibitor. Two of them (5b and 5f) had been confirmed to have an inhibitory effect on LasR, a major QS signal receptor of P. aeruginosa in the screening by the recombinant Escherichia coli reporter. To further evaluate these compounds, we tested their efficacy to control the QS and virulence of P. aeruginosa. Unlike the result from E. coli reporter, both 5b and 5f failed to affect the LasR activity in P. aeruginosa, but instead they selectively affected the activity of QscR, another 3OC12-HSL receptor of P. aeruginosa. Interestingly, their effect on QscR was complex and opposite to what we obtained with E. coli system. Both 5b and 5f enhanced the QscR activity at the low concentration range (< 10 ${\mu}m$), but high concentration of 5f (${\approx}$1 mM) strongly inhibited QscR. While 5b and 5f didn't affect the production of proteases, the key virulence factor, they significantly reduced the biofilm formation that is important in mediating chronic infections. Especially, 5f inhibited the initial attachment of P. aeruginosa, rather than the biofilm maturation. Based on our results, we suggest that 5f can be applied for an anti-biofilm agent without increasing virulence of P. aeruginosa.
Pseudomonas aeruginosa is a Gram (-) opportunistic human pathogen causing a wide variety of infections on lung, urinary tract, eyes, and burn wound sites and quorum sensing (QS), a cell density-sensing mechanism plays an essential role in Pseudomonas pathogenesis. In order to investigate the importance of QS in the Pseudomonas infections of Korean patients, we isolated 189 clinical strains of P. aeruginosa from the patients in Pusan Paik Hospital, Busan, South Korea. The QS signal production of these clinical isolates was measured by signal diffusion assay on solid media using reporter strains. While most clinical strains (79.4%) produced the QS signals as similar level as a wild type strain, PAO1 did, where LasR, the initial QS signal sensor-regulator was fully activated, a minority of them (4.2%) produced much less QS signals at the level to which LasR failed to respond. Similarly, while 72.5% of the clinical isolates produced QS signals enough to activate QscR, an another QS signal sensor-regulator, some few of them (9%) produced the QS signals at much lower level where QscR was not activated. For further analysis, we selected 74 clinical strains that were obtained from the patients under suspicion of Pseudomonas infection and investigated the total protease activity that is considered important for virulence. Interestingly, significant portion of them showed very low protease activity (44.6%) or no detectable protease activity (12.2%). When the biofilm-forming ability that is considered very important in chronic infection was examined, most isolates showed lower biofilm-forming activity than PAO1. Similarly, significant portion of clinical isolates showed reduced motility (reduced swarming activity in 51.4% and reduced twitching activity in 41.9%), or non-detectable motility (swarming-negative in 28.4% and twitching-negative in 28.4%). Our result showed that the clinical isolates that produced QS signals at the similar level to wild type could have significantly reduced activities in the protease production, biofilm formation, and motility, and some clinical isolates had unique patterns of motility, biofilm formation, and protease production that are not correlated to their QS activity.
Harding, Michael W.;Marques, Lyriam L.R.;Allan, Nick;Olson, Merle E.;Buziak, Brenton;Nadworny, Patricia;Omar, Amin;Howard, Ronald J.;Feng, Jie
The Plant Pathology Journal
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v.38
no.4
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pp.334-344
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2022
Bacterial wilt is a re-emerging disease on dry bean and can affect many other crop species within the Fabaceae. The causal agent, Curtobacterium flaccumfaciens pv. flaccumfaciens (CFF), is a small, Gram-positive, rod-shaped bacterium that is seed-transmitted. Infections in the host become systemic, leading to wilting and economic loss. Clean seed programs and bactericidal seed treatments are two critical management tools. This study characterizes the efficacies of five bactericidal chemicals against CFF. It was hypothesized that this bacterium was capable of forming biofilms, and that the cells within biofilms would be more tolerant to bactericidal treatments. The minimum biocide eradication concentration assay protocol was used to grow CFF biofilms, expose the biofilms to bactericides, and enumerate survivors compared to a non-treated control (water). Streptomycin and oxysilver bisulfate had EC95 values at the lowest concentrations and are likely the best candidates for seed treatment products for controlling seed-borne bacterial wilt of bean. The results showed that CFF formed biofilms during at least two phases of the bacterial wilt disease cycle, and the biofilms were much more difficult to eradicate than their planktonic counterparts. Overall, biofilm formation by CFF is an important part of the bacterial wilt disease cycle in dry edible bean and antibiofilm bactericides such as streptomycin and oxysilver bisulfate may be best suited for use in disease management.
Background: The poor intracellular concentration of enrofloxacin might lead to treatment failure of cow mastitis caused by Staphylococcus aureus small colony variants (SASCVs). Objectives: In this study, enrofloxacin composite nanogels were developed to increase the intracellular therapeutic drug concentrations and enhance the efficacy of enrofloxacin against cow mastitis caused by intracellular SASCVs. Methods: Enrofloxacin composite nanogels were formulated by an electrostatic interaction between gelatin (positive charge) and sodium alginate (SA; negative charge) with the help of CaCl2 (ionic crosslinkers) and optimized by a single factor test using the particle diameter, zeta potential (ZP), polydispersity index (PDI), loading capacity (LC), and encapsulation efficiency (EE) as indexes. The formation mechanism, structural characteristics, bioadhesion ability, cellular uptake, and the antibacterial activity of the enrofloxacin composite nanogels against intracellular SASCVs strain were studied systematically. Results: The optimized formulation was comprised of 10 mg/mL (gelatin), 5 mg/mL (SA), and 0.25 mg/mL (CaCl2). The size, LC, EE, PDI, and ZP of the optimized enrofloxacin composite nanogels were 323.2 ± 4.3 nm, 15.4% ± 0.2%, 69.6% ± 1.3%, 0.11 ± 0.02, and -34.4 ± 0.8 mV, respectively. Transmission electron microscopy showed that the enrofloxacin composite nanogels were spherical with a smooth surface and good particle size distributions. In addition, the enrofloxacin composite nanogels could enhance the bioadhesion capacity of enrofloxacin for the SASCVs strain by adhesive studies. The minimum inhibitory concentration, minimum bactericidal concentration, minimum biofilm inhibitory concentration, and minimum biofilm eradication concentration were 2, 4, 4, and 8 ㎍/mL, respectively. The killing rate curve had a concentration-dependent bactericidal effect as increasing drug concentrations induced swifter and more radical killing effects. Conclusions: This study provides a good tendency for developing enrofloxacin composite nanogels for treating cow mastitis caused by intracellular SASCVs and other intracellular bacterial infections.
Candida biofilms are self-organized microbial communities growing on the surfaces of host tissues and medical devices. These biofilms have been displaying increasing resistance against conventional antifungal agents. The roots of Scutellaria baicalensis have been widely used for medicinal purpose throughout East Asia. The aim of the present study was to evaluate the effect of S. baicalensis aqueous extract upon the preformed biofilms of 10 clinical C. albicans isolates, and assess the mechanism of the antibiofilm activity. Its effect on preformed biofilm was judged using an XTT reduction assay and the metabolic activity of all tested strains were reduced ($57.7{\pm}17.3$%) at MIC values. The S. baicalenis extract inhibited (1, 3)-${\beta}$-D-glucan synthase activity. The effect of S. baicalensis on the morphology of C. albicans was related to the changes in growth caused by inhibiting glucan synthesis; most cells were round and swollen, and cell walls were densely stained or ruptured. The anticandidal activity was fungicidal, and the extract also arrested C. albicans cells at $G_0/G_1$. The data suggest that S. baicalensis has multiple fatal effects on target fungi, which ultimately result in cell wall disruption and killing by inhibiting (1, 3)-${\beta}$-D-glucan synthesis. Therefore, S. baicalensis holds great promise for use in treating and eliminating biofilm-associated Candida infections.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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