The effectiveness of phage biocontrol depends on the activity of bacteriophage in a given environment. In order to investigate the infectivity and the stability of bacteriophages in representative environments, three virulent phages, Listeria phage A511, Salmonella phage Felix O1, and Escherichia coli phage T7, were subjected to different temperatures, pHs and salt concentrations (NaCl). Phage infectivity was also determined in the presence of divalent cations ($Mg^{2+}$ or $Ca^{2+}$). As a result, three phages exhibited a wide range of survival rates under various environments. Phage infectivity was directly correlated with bacterial growth under the applied conditions. One exception was Felix O1 that did not kill Salmonella grown in low pH (4.5). The failure was attributed to defective adsorption of Felix O1. This finding is significant as it provides an explanation for the inefficient phage biocontrol. Therefore, such information is crucial to improve phage biocontrol of pathogens.
Bacterial wilt caused by Ralstonia solanacearum is a devastating disease of many economically important crops. Since there is no promising control strategy for bacterial wilt, phage therapy could be adopted using virulent phages. We used phage PE204 as a model lytic bacteriophage to investigate its biocontrol potential for bacterial wilt on tomato plants. The phage PE204 has a short-tailed icosahedral structure and double-stranded DNA genome similar to that of the members of Podoviridae. PE204 is stable under a wide range of temperature and pH, and is also stable in the presence of the surfactant Silwet L-77. An artificial soil microcosm (ASM) to study phage stability in soil was adopted to investigate phage viability under a controlled system. Whereas phage showed less stability under elevated temperature in the ASM, the presence of host bacteria helped to maintain a stable phage population. Simultaneous treatment of phage PE204 at $10^8$ PFU/ml with R. solanacearum on tomato rhizosphere completely inhibited bacterial wilt occurrence, and amendment of Silwet L-77 at 0.1% to the phage suspension did not impair the disease control activity of PE204. The biocontrol activities of phage PE204 application onto tomato rhizosphere before or after R. solanacearum inoculation were also investigated. Whereas pretreatment with the phage was not effective in the control of bacterial wilt, post-treatment of PE204 delayed bacterial wilt development. Our results suggested that appropriate application of lytic phages to the plant root system with a surfactant such as Silwet L-77 could be used to control the bacterial wilt of crops.
Erwinia amylovora is a plant pathogen that causes fire blight on apples and pears. Bacteriophages, which are viruses that selectively infect specific species of bacteria and are harmless to animal cells, have been considered as biological control agents for the prevention of bacterial pathogens. In this study, we aimed to use bacteriophages that infect E. amylovora as biocontrol agents against fire blight. We isolated bacteriophages Fifi044 and Fifi318 infecting E. amylovora, and characterized their morphology, plaque form, and genetic diversity to use as cocktails for disease control. The stabilities of the two phages were investigated at various temperatures and pH values and under sunlight, and long-term storage experiment was conducted for a year. To evaluate whether the two phages were suitable for use in cocktail form, growth curves of E. amylovora were prepared after treating the bacterial cells with single phages and a phage cocktail. In addition, a disease control test was conducted using immature apples and in vitro cultured apple plantlets to determine the biocontrol effects of the phage cocktail. The two phages were morphologically and genetically different, and highly stable up to 50℃ and pH value from 4 to 10. The phages showed synergistic effect when used as a cocktail in the inhibition of host bacterial growth and the disease control. This study demonstrated that the potential of the phage cocktail as a biocontrol agent for commercial use.
Gwak, Kyoung Min;Choi, In Young;Lee, Jinyoung;Oh, Jun-Hyun;Park, Mi-Kyung
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.28
no.11
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pp.1946-1954
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2018
The aim of this study was to isolate and characterize a lytic Yersinia enterocolitica-specific phage (KFS-YE) as a biocontrol agent. KFS-YE was isolated and purified with the final concentration of ($11.72{\pm}0.03$) log PFU/ml from poultry. As observed by transmission electron microscopy, KFS-YE consisted of an icosahedral head and a contractile tail, and was classified in the Myoviridae family. KFS-YE showed excellent narrow specificity against Y. enterocolitica only. Its lytic activity was stable at wide ranges of pH (4-11) and temperature ($4-50^{\circ}C$). The latent period and burst size of KFS-YE were determined to be 45 min and 38 PFU/cell, respectively. KFS-YE showed relatively robust storage stability at -20, 4, and $22^{\circ}C$ for 40 weeks. KFS-YE demonstrated a bactericidal effect in vitro against Y. enterocolitica and provided excellent efficiency with a multiplicity of infection as low as 0.01. This study demonstrated the excellent specificity, stability, and efficacy of KFS-YE as a novel biocontrol agent. KFS-YE may be employed as a practical and promising biocontrol agent against Y. enterocolitica in food.
Choi, In Young;Lee, Ju-Hoon;Kim, Hye-jin;Park, Mi-Kyung
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.27
no.12
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pp.2151-2155
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2017
Bacteriophages have gained substantial attention as biocontrol and biorecognition agents, substituting antibodies. In this study, a Salmonella Enteritidis-specific bacteriophage, KFS-SE1, was isolated, identified, and characterized. This Siphoviridae phage infects S. Enteritidis with high specificity. This phage is highly stable under various pH (5-11), temperature ($4-60^{\circ}C$), and organic solvent conditions. The KFS-SE1 genome consisted of 59,715 bp with 73 predicted open reading frames and 57.14% GC content; it had a complete set of genes required for phage reconstruction. Comparative phylogenetic analysis of KFS-SE1 revealed that it was very similar to the other Salmonella phages in the Siphoviridae family. These characteristics suggest that KFS-SE1 with its high specificity and host lysis activity toward S. Enteritidis may have various potential applications.
In this study, we reported the morphogenetic analysis and genome sequence by genomic analysis of the newly isolated staphylococcal phage SMSAP5 from soil of slaughterhouses for cattle. Based on transmission electron microscopy evident morphology, phage SMSAP5 belonged to the Siphoviridae family. Phage SMSAP5 had a double-stranded DNA genome with a length of 45,552 bp and 33 % G+C content. Bioinformatics analysis of the phage genome revealed 43 open reading frames. A blastn search revealed that its nucleotide sequence shared a high degree of similarity with that of the Staphylococcus phage tp310-2. In conclusion, this study is the first report to show the morphological features and the complete genome sequence of the phage SMSAP5 from soil of slaughterhouses for cattle.
Bacteriophages (phages) are known determinants of kimchi microbial ecology. Lactobacillus plantarum is related to kimchi over-acidification during the late stages of kimchi fermentation. A phage infecting Lac. plantarum was isolated from kimchi and characterized. The phage population for kimchi in a market was 2.3 log particles/mL, which corresponded to 32% of the bacterial population on a log scale. The isolated phage was designated as ΦLP12116. ΦLP12116 which belonged to the Siphoviridae family and has a very narrow host range, infecting only Lac. plantarum. The phage was stable at a lactic acid concentration of 1.0% and pH 4.0 at 4℃, indicating that it could survive in kimchi. In the kimchi extract broth treated by the phage, the growth of Lac. plantarum KCCM 12116 was inhibited by 2.2 log CFU/mL compared to the growth in non-phage-treated broth. Therefore, this study suggests that the growth of Lac. plantarum, which is known as an acid-producing strain during late fermentation in kimchi, may be controlled using the phage.
This study aimed to characterize a lytic Salmonella Typhimurium-specific (ST) phage and its biofilm control capability against S. Typhimurium biofilm on polypropylene surface. ST phage was isolated, propagated, and purified from water used in a slaughterhouse. The morphology of ST phage was observed via transmission electron microscopy. Its bactericidal effect was evaluated by determining bacterial concentrations after the phage treatment at various multiplicities of infection (MOIs) of 0.01, 1.0, and 100. Once the biofilm was formed on the polypropylene tube after incubation at 37℃ for 48 h, the phage was treated and its antibiofilm capability was determined using crystal violet staining and plate count method. The phage was isolated and purified at a final concentration of ~11 log PFU/mL. It was identified as a myophage with an icosahedral head (~104 nm) and contractile tail (~90-115 nm). ST phage could significantly decrease S. Typhimurium population by ~2.8 log CFU/mL at an MOI of 100. After incubation for 48 h, biofilm formation on polypropylene surface was confirmed with a bacterial population of ~6.9 log CFU/cm2. After 1 h treatment with ST phage, the bacterial population in the biofilm was reduced by 2.8 log CFU/cm2. Therefore, these results suggest that lytic ST phage as a promising biofilm control agent for eradicating S. Typhimurium biofilm formed on food contact surfaces.
Pectobacterium carotovorum subsp. carotovorum (formerly Erwinia carotovora subsp. carotovora) is a plant pathogen that causes soft rot and stem rot diseases in several crops, including Chinese cabbage, potato, and tomato. To control this bacterium, we isolated a bacteriophage, PP1, with lytic activity against P. carotovorum subsp. carotovorum. Transmission electron microscopy revealed that the PP1 phage belongs to the Podoviridae family of the order Caudovirales, which exhibit icosahedral heads and short non-contractile tails. PP1 phage showed high specificity for P. carotovorum subsp. carotovorum, and several bacteria belonging to different species and phyla were resistant to PP1. This phage showed rapid and strong lytic activity against its host bacteria in liquid medium and was stable over a broad range of pH values. Disease caused by P. carotovorum subsp. carotovorum was significantly reduced by PP1 treatment. Overall, PP1 bacteriophage effectively controls P. carotovorum subsp. carotovorum.
The efficacy of using a bacteriophage (phage) to control Flavobacterium psychrophilum (F. psychrophilum) infection of ayu (Plecoglossus altivelis altivelis) was evaluated in this study. Intramuscular challenge failed to induce sufficient infection levels; therefore, a newly designed net-scratch challenge method was also used to induce bacterial infection. Administration of phage PFpW-3 in F. psychrophilum-infected ayu showed notable protective effects, increased survival rates and mean times to death. Additionally, the fate of inoculated bacteria and phage in ayu were investigated. Our results suggest that the phage PFpW-3 could be considered an alternative biocontrol agent against F. psychrophilum infections in ayu culture.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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