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.
Kim, Tae-Woo;Cha, Ji-Young;Lee, Jun-Seung;Min, Bok-Kee;Baik, Hyung-Suk
Journal of Life Science
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v.18
no.2
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pp.206-212
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2008
The quorum sensing (QS) regulatory network has been the subject of extensive studies during recent years and has also attracted a lot of attention because it both positively and negatively regulates various putative virulence factors, although initially considered to be a specialized system of Vibrio fischeri and related species. In this study, to identify the novel materials which inhibit QS system of microorganisms, extracts of eighteen natural products were tested by bioassay using N-(3-oxohexanoyl)-$_L$-homoserine lactone and N-(3-oxooctanoyl)-$_L$-homoserine lactone synthesized in this experiment and an Agrobacterium tumefaciens NT1 biosensor strain containing a traI::lacZ fusion. The result indicated that the extracts of cabbage, leek, and onion exhibited the QS inhibition activity. Thus, materials contained in the extracts were isolated via recycling preparative HPLC and were purified via a JAIGEL-LS255 column. The common fraction corresponding to a peak of the 83 min point of them quenched the quorum sensing of A. tumefaciens NT1 biosensor strain in ABMM containing X-gal and was designated quorum sensing inhibitor-83 min (QSI-83). The QSI-83 exhibited the heat stability and did not inhibit the growth of A. tumefaciens NTl. Furthermore, thin layer chromatography (TLC) results suggested that these novel materials may be antagonists of N-acyl homoserine lactone or may inhibit the QS autoinducer synthesis by Pseudomonas syringae pv. tabaci.
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.
Kim, Cheoljin;Kim, Jaeeun;Park, Hyung-Yeon;Park, Hee-Jin;Kim, Chan Kyung;Yoon, Jeyong;Lee, Joon-Hee
Molecules and Cells
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v.28
no.5
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pp.447-453
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2009
The quorum sensing (QS) inhibitors that antagonize TraR, a receptor protein for N-3-oxo-octanoyl-L-homoserine lactones (3-oxo-C8-HSL), a QS signal of Agrobacterium tumefaciens were developed. The structural analogues of 3-oxo-C8-HSL were designed by in silico molecular modeling using SYBYL packages, and synthesized by the solid phase organic synthesis (SPOS) method, where the carboxamide bond of 3-oxo-C8-HSL was replaced with a nicotinamide or a sulfonamide bond to make derivatives of N-nicotinyl-L-homoserine lactones or N-sulfonyl-L-homoserine lactones. The in vivo inhibitory activities of these compounds against QS signaling were assayed using reporter systems and compared with the estimated binding energies from the modeling study. This comparison showed fairly good correlation, suggesting that the in silico interpretation of ligand-receptor structures can be a valuable tool for the pre-design of better competitive inhibitors. In addition, these inhibitors also showed anti-biofilm activities against Pseudomonas aeruginosa.
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, 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, a Gram-negative bacterium, is an ubiquitous and opportunistic human pathogen, which expresses many virulence factors through quorum sensing (QS) regulation. QscR, one of the QS signal receptors of P. aeruginosa, has unique features that make it possible to distinguish QscR from other QS receptors. In the present study, we focused on amino acid residues responsible for such a broad signal specificity of QscR. Thus we constructed mutant QscRs: $QscR_{T72I}$, $QscR_{R132M}$, and $QscR_{T140I}$ by substituting $72^{nd}$ threonine, $132^{nd}$ arginine, and $140^{th}$ threonine residues with isoleucine, methionine, and isoleucine, respectively by site-directed mutagenesis. When we examined the activity of these mutant QscRs, $QscR_{R132M}$ failed to respond to N-3-oxododecanoyl homoserine lactone (3OC12-HSL), but $QscR_{T72I}$ and $QscR_{T140I}$ remained the ability to respond to 3OC12-HSL despite much reduction of the sensitivity. When we treated a variety of acyl-HSLs with different structure, $QscR_{T72I}$ and $QscR_{T140I}$ showed better responsiveness to N-decanoyl HSL (C10-HSL) or N-dodecanoyl HSL (C12-HSL) that has no oxo-moiety at $3^{rd}$ carbon of acyl group than to 3OC12-HSL, and $QscR_{R132M}$ showed no responsiveness to any acyl-HSLs tested here. In addition, $QscR_{T72I}$ and $QscR_{T140I}$ were inhibited by 5f, a QscR inhibitor as similarly as wild type QscR was. These results suggest that while the $130^{th}$ arginine is crucial in both activity and acyl-HSL binding of QscR, the $72^{nd}$ and $140^{th}$ threonines are important in the activity, but they are little responsible for the discrimination of acyl-HSLs or competitive inhibitor.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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