Kim, Pyoung-Il;Ryu, Jae-Won;Kim, Young-Hwan;Chi, Youn-Tae
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.20
no.1
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pp.138-145
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2010
A bacterial strain isolated from soil for its potential to control the anthracnose disease caused by Colletotrichum gloeosporioides was identified as a Bacillus subtilis. Bacillus subtilis CMB32 produced antifungal agents on M9 broth at $30^{\circ}C$. Biosurfactant lipopeptides produced by Bacillus subtilis CMB32 were precipitated by adjusting to pH 2 and extracting using chloroform/methanol, and then were purified using column chromatography and reverse-phase HPLC. The molecular masses of the lipopeptides were estimated by MALDI-TOF mass spectrometry as (a) 1,080, (b) 1,486, and (c) 1,044 Da, respectively. They had cyclic structures and amino acid compositions of (a) Pro, Asx, Ser, Tyr, Glx, (b) Glx, Tyr, Thr, Ala, Pro, lie, and (c) Glx, Leu, Val, Asx, respectively. Further analysis revealed that Bacillus subtilis CMB32 produced three antifungal lipopeptides: (a) iturin A, (b) fengycin, and (c) surfactin A.
Bacillus amyloliquefaciens Pc3 was isolated from Antarctic seawater with antifungal activity. In order to investigate the metabolic regulation mechanism in the biosynthesis of lipopeptides in B. amyloliquefaciens Pc3, GC/MS-based metabolomics was used when exogenous indole was added. The intracellular metabolite profiles showed decreased asparagine, aspartic acid, glutamine, glutamic acid, threonine, valine, isoleucine, hexadecanoic acid, and octadecanoic acid in the indole-treated groups, which were involved in the biosynthesis of lipopeptides. B. amyloliquefaciens Pc3 exhibited a growth promotion, bacterial total protein increase, and lipopeptide biosynthesis inhibition upon the addition of indole. Besides this, real-time PCR analysis further revealed that the transcription of lipopeptide biosynthesis genes ituD, fenA, and srfA-A were downregulated by indole with 22.4-, 21.98-, and 26.0-fold, respectively. It therefore was speculated that as the metabolic flux of most of the amino acids and fatty acids were transferred to the synthesis of proteins and biomass, lipopeptide biosynthesis was weakened owing to the lack of precursor amino acids and fatty acids.
Kim, Young-Sook;Song, Ja-Gyeong;Lee, In-Kyoung;Yeo, Woon-Hyung;Yun, Bong-Sik
Mycobiology
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v.41
no.3
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pp.164-166
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2013
A Bacillus sp. BS061 significantly reduced disease incidence of gray mold and powdery mildew. To identify the active principle, the culture filtrate was partitioned between butanol and water. The antifungal activity against B. cinerea was evident in the butanol-soluble portion, and active substances were identified as cyclic lipopeptides, iturin A series, by nuclear magnetic resonance spectrometry (NMR) and mass analysis. Interestingly, antifungal activity against powdery mildew was observed in the water-soluble portion, suggesting that cyclic lipopeptides have no responsibility to suppress powdery mildew. This finding reveals that biocontrol agents of Bacillus origin suppress gray mold and powdery mildew through the secretion of different bioactive substances.
Genus Bacillus is a spore-forming bacterium that has unique properties in cell differentiation, allowing the forming of spores in stress conditions and activated in the vegetative cell, with suitable environments occurring during the life cycle acting as a trigger. Their habitat is mainly in soil; thus, many species of Bacillus are associated with plants as well as rhizosphere bacteria and endophytic bacteria. Signal transduction is the principal mechanism of interactions, both within the cell community and with the external environment, which provides the subsequent functions or properties for the cell. The antimicrobial compounds of Bacillus sp. are potentially useful products, which have been used in agriculture for the inhibition of phytopathogens, for the stimulation of plant growth, and in the food industry as probiotics. There are two systems for the synthesis of these substances: nonribosomal synthesis of cyclic lipopeptides (NRPS) and polyketides (PKS). For each group, the structures, properties, and genes of the main products are described. The different compounds described and the way in which they co-exist exhibit the relationship of Bacillus substances to plants, humans, and animals.
Microbial enhanced oil recovery (MEOR) is being used more widely, and the biological contributions involved in MEOR need to be identified and quantified for the improvement of field applications. Owing to the excellent interfacial activity and the wide distribution of producing strains in oil reservoirs, lipopeptides have proved to be an essential part of the complex mechanisms in MEOR. In this study, crude lipopeptides were produced by a strain isolated from an indigenous community in an oil reservoir. It was found that crude lipopeptides can effectively reduce the IFT (interfacial tension) to 10-1~10-2 mN/m under high salinity without forming stable emulsions, and the wettability of natural sandstone can be enhanced (Amott index, from 0.36 to 0.48). The results of core flooding experiments indicate that an additional 5.2% of original oil in place can be recovered with a 9.5% reduction of injection pressure. After the shut-in period, the wettability of the core, the reduction of injection pressure, and the oil recovery can be improved to 0.63, 16.2% and 9.6%, respectively. In the microscopic flooding experiments, the crude oil in membrane, cluster, and throat states contribute nearly 90% in total of the additional oil recovery, and the recovery of membranestate oil was significantly enhanced by 93.3% after shut in. Based on the results in macro and pore scale, the IFT reduction and the wettability alteration are considered primary contributors to oil recovery, while the latter was more dominant after one shut-in period.
The nutritional requirements for the maximum production of lipopeptides by Bacillus subtilis N7 (B. subtilis N7) were investigated and optimized using response surface methodology (RSM) under shake flask fermentation. A one-factor-at-a-time experimental setup was used to screen carbon and nitrogen sources. A Plackett-Burman design (PBD) was employed to screen the most critical variables for lipopeptides production amongst ten nutritional elements. The central composite experimental design (CCD) was finally adopted to elucidate the composition of the fermentation medium. Statistical analyses (analysis of variance, ANOVA) of the results showed that KCl, $MnSO_4$ and $FeSO_4{\cdot}6H_2O$ were important components and that their interactions were strong. Lipopeptide production was predicted to reach 709.87 mg/L after a 60 h incubation using an optimum fermentation medium composed of glucose 7.5 g/L, peanut oil 1.25 g/L, $MgSO_4$ 0.37 g/L, $KH_2PO_4$ 0.75 g/L, monosodium glutamate 6.75 g/L, yeast extract and $NH_4Cl$ (5:3 w/w) 10 g/L, KCl 0.16 g/L, $FeSO_4{\cdot}6H_2O$ 0.24 mg/L, $MnSO_4$ 0.76 mg/L, and an initial pH of 7.0. Lipopeptide production ($706.57{\pm}3.70$ mg/L) in the optimized medium confirmed the validity of the predicted model.
Abdelmoteleb, Ali;Troncoso-Rojas, Rosalba;Gonzalez-Soto, Tania;Gonzalez-Mendoza, Daniel
Mycobiology
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v.45
no.4
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pp.385-391
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2017
The ability of Bacillus subtilis, strain ALICA to produce three mycolytic enzymes (chitinase, ${\beta}$-1,3-glucanase, and protease), was carried out by the chemical standard methods. Bacillus subtilis ALICA was screened based on their antifungal activity in dual plate assay and cell-free culture filtrate (25%) against five different phytopathogenic fungi Alternaria alternata, Macrophomina sp., Colletotrichum gloeosporioides, Botrytis cinerea, and Sclerotium rolfesii. The B. subtilis ALICA detected positive for chitinase, ${\beta}$-1,3-glucanase and protease enzymes. Fungal growth inhibition by both strain ALICA and its cell-free culture filtrate ranged from 51.36% to 86.3% and 38.43% to 68.6%, respectively. Moreover, hyphal morphological changes like damage, broken, swelling, distortions abnormal morphology were observed. Genes expression of protease, ${\beta}$-1,3-glucanase, and lipopeptides (subtilosin and subtilisin) were confirmed their presence in the supernatant of strain ALICA. Our findings indicated that strain ALICA provided a broad spectrum of antifungal activities against various phytopathogenic fungi and may be a potential effective alternative to chemical fungicides.
About seven hundred bacterial strains were collected from Jeot-Kal, a Korean traditional fermented fishes, in various Korean districts. One of the strains designated JKK238 has its ability to antagonize in vitro the growth of a wide variety of plant pathogenic fungi responsible for diseases of economical importance. The JKK238 strain was isolated from Oh-Jeot, a kind of fermented shrimps, of Kangkyeung in Korea, and was identified as Bacillus subtilis based on its physiological characteristics, fatty acids compositions of cellular wall, and 16S rDNA sequence analysis. We isolated simply antimicrobial lipopeptides (AMLP) by $25\%$ ammonium sulfate precipitation of 3 days-old tryptic soy broth cultures of the JKK238 strain. Further analysis of AMLP revealed that B. subtilis JKK238 produces a wide variety of antifungal lipopeptide isomers from the iturin, fengycin and surfactin families simultaneously. Above results indicate that the JKK238 strain can be added to the limited number B. subtilis strains reported to co-produce the three kinds of lipopeptide families.
Bacillus licheniformis N1, previously developed as a biofungicide formulation N1E to control gray mold disease of plants, was investigated to study the bacterial traits that may be involved in its biological control activity. Two N1E based formulations, bacterial cell based formulation PN1E and culture supernatant based formulation SN1E, were evaluated for disease control activity against gray mold disease of tomato and strawberry plants. Neither PN1E nor SN1E was as effective as the original formulation N1E. Fractionation of antifungal compounds from the bacterial culture supernatant of B. licheniformis N1 indicated that two different cyclic lipopeptides were responsible for the antimicrobial activity of the N1 strain. These two purified compounds were identified as iturin A and surfactin by HPLC and LCMS. The purified lipopeptides were evaluated for plant disease control activity against seven plant diseases. Crude extracts and purified compounds applied at 500 ${\mu}g/ml$ concentration controlled tomato gray mold, tomato late blight and pepper anthracnose effectively with over 70% disease control value. While iturin showed broad spectrum activity against all tested plant diseases, the control activity by surfactin was limited to tomato gray mold, tomato late blight, and pepper anthracnose. Although antifungal compounds from B. licheniformis N1 exhibited disease control activity, our results suggested that bacterial cells present in the N1E formulation also contribute to the disease control activity together with the antifungal compounds.
Bacterial strain BAS23 was isolated from rice field soil and identified as Bacillus amyloliquefaciens. Based on dual culture method results, the bacterium BAS23 exhibited potent in vitro inhibitory activity on mycelial growth against a broad range of dirty panicle fungal pathogens of rice (Curvularia lunata, Fusarium semitectum and Helminthosporium oryzae). Cell-free culture of BAS23 displayed a significant effect on germ tube elongation and mycelial growth. The highest dry weight reduction (%) values of C. lunata, H. oryzae and F. semitectum were 92.7%, 75.7%, and 68.9%, respectively. Analysis of electrospray ionization-mass spectrometry (ESI-MS) and $^1H$ nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy revealed that the lipopeptides were iturin A with a C14 side chain (C14 iturinic acid), and a C15 side chain (C15 iturinic acid), which were produced by BAS23 when it was cultured in nutrient broth (NB) for 72 h at $30^{\circ}C$. BAS23, the efficient antagonistic bacterium, also possessed in vitro multiple traits for plant growth promotion and improved rice seedling growth. The results indicated that BAS23 represents a useful option either for biocontrol or as a plant growth-promoting agent.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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