N-acetylcysteine (NAC) has been widely used as an initial mucolytic agent and is generally used as an antioxidant to help alleviate various inflammatory symptoms. NAC reduces bacterial extracellular polymeric substances (EPS) production, bacterial adhesion to the surface and strength of mature biofilm. The efficacy has been shown to inhibit proliferation of gram-positive and gram-negative bacteria. In membrane bioreactor (MBR) processes, which contain a variety of gram negative bacteria, biofilm formation has become a serious problem in stable operation. In this study, use of NAC as an inhibitor of biofilm contamination was investigated using the center for disease control (CDC) reactors with MBR sludge. Biomass reduction was confirmed with CLSM images of membrane surfaces by addition of NAC, which was more efficient as the concentration of NAC was increased to 1.5 mg/mL. NAC addition also showed decreases in EPS concentrations of the preformed biofilm, indicating that NAC was able to degrade EPS in the mature biofilm. NAC addition was also effective to inhibit biofilm formation by MBR sludge, which consisted of various microorganisms in consortia.
In the oral cavity, there are hundreds of microbial species that exist as planktonic cells or are incorporated into biofilms. The accumulation and proliferation of pathogenic bacteria in the oral biofilm can lead to caries and periodontitis, which are typical oral diseases. The oral bacteria in the biofilm not only can resist environmental stress inside the oral cavity, but also have a 1,000 times higher resistance to antibiotics than planktonic cells by genes exchange through the interaction between cells in the oral biofilm. Therefore, if the formation of oral biofilm is suppressed or removed, oral diseases caused by bacterial infection can be more effectively prevented or treated. In particular, since oral biofilms have the characteristic of forming a biofilm by gathering several bacteria, quorum sensing, a signaling system between cells, can be a target for controlling the oral biofilm. In addition, a method of inhibiting biofilm formation by using arginine, an alkali-producing substrate of oral bacteria, is used to convert the distribution of oral microorganisms into an environment similar to that of healthy teeth or inhibit the secretion of glucosyltransferase by S. mutans to inhibit the formation of non-soluble glucans. It can be a target to control oral biofilm. This method of inhibiting or removing the oral biofilm formation rather than inducing the death of pathogenic bacteria in the oral cavity will be a new strategy that can selectively prevent or therapeutic avenues for oral diseases including dental caries.
Kim Yeon Hee;Kim Young Hee;Kim Jung Sun;Park Sunghoon
Biotechnology and Bioprocess Engineering:BBE
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v.10
no.4
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pp.322-328
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2005
Acylhomoserine lactones (AHLs) are known to be the triggering molecules in the quorum sensing mechanism of many gram-negative bacteria. In order to detect AHL inhibitors that are potential biofilm inhibitors, a convenient and sensitive bioassay was developed based on the $\beta$-galactosidase activity ($\beta$-GAL) of a recombinant Agrobacterium tumefaciens strain. A series of commercially available AHLs were tested for inducing $\beta$-GAL at varying concentrations in agar-plate and liquid cultures of the reporter strain. All AHLs tested exhibited a concentrationdependent induction, and octanoyl homoserine lactone (OHL) showed the highest sensitivity with a detection limit of 0.1 nM in the liquid culture assay. When fimbrolide, a known quorum sensing inhibitor, was added, induction of $\beta$-GAL by OHL was repressed. The repression at a constant OHL concentration was dependent on the fimbrolide concentration with the detection limit below 1 ppm, indicating that this assay is a sensitive method for screening AHL inhibitors.
We evaluated the anti-biofilm formation and anti-inflammatory activity of Hovenia monofloral honey (HMH) against Enterococcus faecalis. Co-culture of HMH with E. faecalis attenuated the biofilm formation of E. faecalis on a polystyrene surface. In addition, HMH effectively eradicated the established E. faecalis biofilm. HMH significantly attenuated E. faecalis growth but did not affect the production of extracellular polymeric substances on E. faecalis, indicating that reduction of E. faecalis biofilm is a result of HMH-mediated killing of E. faecalis. Furthermore, we found that HMH can effectively attenuate E. faecalis-induced expression of a proinflammatory interleukin-8 (IL- 8) in HT-29 cells. Interestingly, treatment of HMH significantly attenuated the E. faecalis-mediated expression of Toll-like receptor-2 (TLR-2) and its adaptor molecules, myeloid differentiation primary response 88 (MyD88), in HT-29 cells. In addition, E. faecalis-induced mitogen-activated protein kinases (MAPKs) phosphorylation was significantly attenuated by HMH administration. Furthermore, HMH-mediated antiinflammatory efficacy (0.2 mg/mL of HMHs) had an equal extent of inhibitory efficacy as 5 μM of MyD88 inhibitor to attenuate E. faecalis-mediated IL-8 expression in HT-29 cells. These results suggest that HMH could effectively inhibit E. faecalis-mediated gastrointestinal inflammation through regulating the TLR-2/MyD88/MAPKs signaling pathways. Collectively, our data suggest that HMH could be developed as a potential natural agent to control E. faecalis-mediated biofilm formation and inflammation.
Biofilm formation of Staphylococcus aureus is one of its mechanisms of drug resistance. Anti-biofilm screening of 106 compounds from marine-derived fungi displayed that 12 compounds inhibited S. aureus biofilm formation by >50% at the concentration of $100{\mu}g/ml$, and only secalonic acid D (SAD) and B inhibited by >90% at $6.25{\mu}g/ml$ without inhibiting cell growth after 24-h incubation. Meanwhile, it was found that the double bond between C-1 and C-10 of citrinin derivatives and the C-C connection position of two chromone monomers may be important for their anti-biofilm activities. Moreover, SAD slightly facilitated biofilm eradication and influenced its architecture. Furthermore, SAD slowed the cell growth rate in the preceding 18-h incubation and differentially regulated transcriptional expression of several genes, such as agr, isaA, icaA, and icaD, associated with biofilm formation in planktonic and biofilm cells, which may be the reason for the anti-biofilm activity of SAD. Finally, SAD acted synergistically against S. aureus growth and biofilm formation with other antibiotics. These findings indicated that various natural products from marine-derived fungi, such as SAD, could be used as a potential biofilm inhibitor against S. aureus.
Quorum sensing is a process of cell-to-cell communication in which bacteria produce autoinducers as signaling molecules to sense cell density and coordinate gene expression. In the present study, a LuxI-type synthase, AnoI, and a LuxR-type regulator, AnoR, were identified in Acinetobacter nosocomialis, an important nosocomial pathogen, by sequence analysis of the bacterial genome. We found that N-(3-hydroxy-dodecanoyl)- L -homoserine lactone (OH-dDHL) is a quorum-sensing signal in A. nosocomialis. The anoI gene deletion was responsible for the impairment in the production of OH-dDHL. The expression of anoI was almost abolished in the anoR mutant. These results indicate that AnoI is essential for the production of OH-dDHL in A. nosocomialis, and its expression is positively regulated by AnoR. Moreover, the anoR mutant exhibited deficiency in biofilm formation. In particular, motility of the anoR mutant was consistently and significantly abolished compared with that of the wild type. The deficiency in the biofilm formation and motility of the anoR mutant was significantly restored by a functional anoR, indicating that AnoR plays important roles in the biofilm formation and motility. Furthermore, the present study showed that virstatin exerts its effects on the reduction of biofilm formation and motility by inhibiting the expression of anoR. Consequently, the combined results suggest that AnoIR is a quorum-sensing system that plays important roles in the biofilm formation and motility of A. nosocomialis, and virstatin is an inhibitor of the expression of anoR.
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.
Purpose: The objective of this study was to investigate the effect of a dietary flavonoid, kaempferol, which has been shown to possess antiallergic, anti-inflammatory, anticarcinogenic, and antioxidant activities on the periodontium by histomorphometric analysis and on gingival tissue matrix metalloproteinase-1 (MMP-1), MMP-8, and tissue inhibitor of metalloproteinase-2 (TIMP-2) by biochemical analysis of rats after experimental periodontitis induction. Methods: Sixty Wistar rats were randomly divided into six groups of ten rats each, and silk ligatures were placed around the cervical area of the mandibular first molars for 15 days, except in the healthy control rats. In the experimental periodontitis groups, systemic kaempferol (10 mg/kg/2d) and saline were administered by oral gavage at two different periods (with and without the presence of dental biofilm) to all rats except for the ten non-medicated rats. Alveolar bone area, alveolar bone level, and attachment level were determined by histomorphometric analysis, and gingival tissue levels of MMP-1, MMP-8, and TIMP-2 were detected by biochemical analysis. Results: Significantly greater bone area and significantly less alveolar bone and attachment loss were observed in the kaempferol application groups compared to the control groups (P<0.05). In addition, gingival tissue MMP-1 and -8 levels were significantly lower in the kaempferol application groups compared to the control groups and the periodontitis group (P<0.001). There were no statistically significant differences in TIMP-2 levels between the kaempferol and saline application groups (P>0.05). Conclusions: Kaempferol application may be useful in decreasing alveolar bone resorption, attachment loss, and MMP-1 and -8 production in experimental periodontitis.
Jeong, Hii Sun;Lee, Byeong Ho;Lee, Hye Kyung;Kim, Hyoung Suk;Moon, Min Seon;Suh, In Suck
Archives of Plastic Surgery
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v.42
no.1
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pp.59-67
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2015
Background Negative-pressure wound therapy (NPWT) induces angiogenesis and collagen synthesis to promote tissue healing. Although acetic acid soaks normalize alkali wound conditions to raise tissue oxygen saturation and deconstruct the biofilms of chronic wounds, frequent dressing changes are required. Methods Combined use of NPWT and acetic acid irrigation was assessed in the treatment of chronic wounds, instilling acetic acid solution (1%) beneath polyurethane membranes twice daily for three weeks under continuous pressure (125 mm Hg). Clinical photographs, pH levels, cultures, and debrided fragments of wounds were obtained pre- and posttreatment. Tissue immunostaining (CD31, Ki-67, and CD45) and reverse transcription-polymerase chain reaction (vascular endothelial growth factor [VEGF], vascular endothelial growth factor receptor [VEGFR]; procollagen; hypoxia-inducible factor 1 alpha [HIF-1-alpha]; matrix metalloproteinase [MMP]-1,-3,-9; and tissue inhibitor of metalloproteinase [TIMP]) were also performed. Results Wound sizes tended to diminish with the combined therapy, accompanied by drops in wound pH (weakly acidic or neutral) and less evidence of infection. CD31 and Ki-67 immunostaining increased (P<0.05) post-treatment, as did the levels of VEGFR, procollagen, and MMP-1 (P<0.05), whereas the VEGF, HIF-1-alpha, and MMP-9/TIMP levels declined (P<0.05). Conclusions By combining acetic acid irrigation with negative-pressure dressings, both the pH and the size of chronic wounds can be reduced and infections be controlled. This approach may enhance angiogenesis and collagen synthesis in wounds, restoring the extracellular matrix.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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