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.
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.
In comparison to alternative advanced wastewater treatment technologies, the main problem associated with membrane bioreactor (MBR) technology, which has become prominent in recent years, is biofouling. Within these systems, biofouling is typically the result of a biofilm layer resulting from bacterial gathering. One biological system that can be employed to interrupt the process of bacterial gathering is called 'Quorum Quenching (QQ)'. Existing QQ applications can be classified using three main types: 1) bacterial/whole-cell applications, 2) direct enzyme applications, and 3) natural sourced compounds. The most common and widely recognized applications for membrane fouling control during MBR operation are bacterial and direct enzyme applications. The purpose of this review was to identify and assess biofilm formation mechanism and results, the suggestion of the QQ concept and its potential to control biofilm formation, and the means by which these QQ applications can be applied within the MBR and present QQ MBR studies.
Membrane biofouling impedes wide application of membrane bioreactor (MBR) for wastewater treatment. Recently, quorum sensing (QS) mechanisms are accounted for one of major mechanisms in biofouling of MBRs. In this study, vanillin was applied to investigate reduction of biofouling in MBRs. MBR sludge was analyzed to contain QS signal molecules by cross-feeding biosensor assay and HPLC. In addition, the inhibitory activity of vanillin against bacterial quorum sensing was verified using an indicator strain CV026. The vanillin doses greater than 125 mg/L to 100 mL of MBR sludge showed 25% reduction of biofilm formed on the membrane surfaces. Two MBRs, i.e., a typical MBR as a control and an MBR with vanillin, were operated. The TMP increases of the control MBR were more rapid compared to those of the MBR with the vanillin dose of 250 mg/L. The treatment efficiencies of the two MBRs on organic removal and MLSS were maintained relatively constant. Extracellular polymeric substance concentrations measured at the end of the MBR operation were 173 mg/g biocake for the control MBR and 119 mg/g biocake for the MBR with vanillin. Vanillin shows great potential as an anti-biofouling agent for MBRs without any interference on microbial activity for wastewater treatment.
이동 호스트들의 위치 정보를 관리하는 것은 이동 컴퓨터 시스템에서 중요한 문제이다. 이동 호스트가 이동할 때 위치 수정과 위치 탐색간에는 상반관계가 존재한다. 본 논문에서는 위치 서버를 이용한 간단한 quorum 기반 분산 동적 위치 관리 방법을 제안한다. 이 방법에서는 이동 호스트들의 위치 정보가 모든 위치 레지스터가 아닌 위치 레지스터들의 부분집합에서 효율적으로 관리되기 때문에 위치 수정 비용과 위치 탐색 비용이 감소된다. 그리고 위치 레지스터들의 부분집합은 동적으로 변하고, 각 위치 서버의 부하는 이동 호스트에 대한 질의율을 고려하므로 균등해진다. 제안된 알고리즘의 성능은 위치 수정비용과 위치 탐색비용의 전체비용으로 평가되었고, Prakash의 알고리즘과 비교되었다.Abstract Managing location information of mobile hosts is an important issue in mobile computing systems. There is a trade-off between location update and search, when a mobile host moves. This paper proposes a simple quorum-based distributed dynamic location management method using location registers. The cost of location updates and searches is reduced by our method because the location information of mobile hosts is managed efficiently in a subset of location registers instead of in all location registers. In our method, the subset of location registers is dynamically changed, and the load of each location register is balanced by considering query rate for mobile hosts. The performance of proposed algorithm is evaluated in terms of the total cost of a location update and a location search, and is compared with Prakash's algorithm.
Recently, spherical beads entrapping quorum quenching (QQ) bacteria have been reported as effective moving QQ-media for biofouling control in MBRs for wastewater treatment owing to their combined effects of biological (i.e., quorum quenching) and physical washing. Taking into account both the mass transfer of signal molecules through the QQ-medium and collision efficiencies of the QQ-medium against the filtration membranes in a bioreactor, a cylindrical medium (QQ-cylinder) was developed as a new shape of moving QQ-medium. The QQ-cylinders were compared with previous QQ-beads in terms of the QQ activity and the physical washing effect under identical loading volumes of each medium in batch tests. It was found that the QQ activity of a QQ-medium was highly dependent on its specific surface area, regardless of the shape of the medium. In contrast, the physical washing effect of a QQ-medium was greatly affected by its geometric structure. The enhanced anti-biofouling property of the QQ-cylinders relative to QQ-beads was confirmed in a continuous laboratory-scale MBR with a flat-sheet membrane module.
The Liquid Culture Assay using a recombinant Agrobacterium tumefaciens strain has been developed as a means for quorum sensing autoinducer screening. However, the low aqueous solubility of marine natural product extracts used as potential autoinducers has been a hindrance in the screening process. Although the addition of organic solvents and/or surfactants could increase aqueous solubility, errors in data interpretation including false positive results could be a serious problem. Therefore, determining the best possible solvent and surfactant at the optimum concentration is crucial. Evaluating methanol, ethanol, 1-propanol, DMSO and DMF at concentration ranges of 0~10% revealed < 2% methanol to be most favorable when tested for ${\beta}$-gal activity and growth inhibition of the recombinant A. tumefaciens strain. On the other hand, among surfactants tested, Triton X-100 was similarly effective in increasing the delivery of autoinducers for activity at less than 0.05% concentration.
Kim, A-Leum;Park, Son-Young;Lee, Chi-Ho;Lee, Chung-Hak;Lee, Jung-Kee
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.24
no.11
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pp.1574-1582
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2014
Bacteria recognize changes in their population density by sensing the concentration of signal molecules, N-acyl-homoserine lactones (AHLs). AHL-mediated quorum sensing (QS) plays a key role in biofilm formation, so the interference of QS, referred to as quorum quenching (QQ), has received a great deal of attention. A QQ strategy can be applied to membrane bioreactors (MBRs) for advanced wastewater treatment to control biofouling. To isolate QQ bacteria that can inhibit biofilm formation, we isolated diverse AHL-degrading bacteria from a laboratory-scale MBR and sludge from real wastewater treatment plants. A total of 225 AHL-degrading bacteria were isolated from the sludge sample by enrichment culture. Afipia sp., Acinetobacter sp. and Streptococcus sp. strains produced the intracellular QQ enzyme, whereas Pseudomonas sp., Micrococcus sp. and Staphylococcus sp. produced the extracellular QQ enzyme. In case of Microbacterium sp. and Rhodococcus sp., AHL-degrading activities were detected in the whole-cell assay and Rhodococcus sp. showed AHL-degrading activity in cell-free lysate as well. There has been no report for AHL-degrading capability in the case of Streptococcus sp. and Afipia sp. strains. Finally, inhibition of biofilm formation by isolated QQ bacteria or enzymes was observed on glass slides and 96-well microtiter plates using crystal violet staining. QQ strains or enzymes not only inhibited initial biofilm development but also reduced established biofilms.
KIPS Transactions on Computer and Communication Systems
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v.3
no.4
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pp.115-124
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2014
Since it costs a lot to build a home network system of new service provider, the entry barrier is quite high. If it would be possible to build a home network system with high performance at a low building cost, it would be quite attractive. If a home network would be built in P2P-SIP(Peer to peer - Session Initiation Protocol) structure, it is possible to decrease server maintenance cost and keep high usability by deconcentrating the traffic concentrated on the server. It is also possible to efficiently manage the location information of terminal, if quorum system based on fuzzy logic would be applied. In this paper we propose the P2P-SIP structure applied of quorum system based on fuzzy logic by which a home network system can be built at low cost. It was possible to know by comparing the structure with existing one that the structure has very good performance.
Several soil bacteria were found to degrade N-Acylhomoserine lactones (NAHLs), thereby interfering with the bacterial quorum sensing system. In this research, fifteen strains of NAHL degrading rhizobacteria were isolated from potato rhizosphere. Based on phenotypic characteristics and 16S rDNA sequence analyses, the strains were identified as members of genera Bacillus, Streptomyces, Arthrobacter, Pseudomonas and Mesorhizobium. All tested isolates were capable to degrade both synthetic and natural NAHL produced by Pectobacterium carotovorum subsp. carotovorum (Pcc) strain EMPCC. In quorum quenching experiments selected isolates, especially Mesorhizobium sp., were markedly reduced the pathogenicity of Pcc strain EMPCC in potato tubers and totally suppressed tissue maceration on potato tubers. These led to consider the latter as a useful biocontrol agent against Pectobacterium spp.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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