Aptamers are short, chemically synthesized, single-stranded DNA or RNA oligonucleotides that fold into unique three-dimensional structures. In this study, we aim to determine the antibiofilm activity and binding specificity of the six polyclonal DNA aptamers (S15K3, S15K4, S15K6, S15K13, S15K15, and S15K20) on Staphylococcus aureus BPA-12 and Escherichia coli EPEC 4. Aptamer S15K6 showed the highest percentage of antibiofilm activity against S. aureus BPA-12 (37.4%) as shown by the lowest OD570 value of 0.313. Aptamer S15K20 showed the highest percentage of antibiofilm activity against E. coli EPEC 4 (15.4%) as shown by the lowest OD570 value of 0.515. Aptamers S15K13 and S15K20 showed antibiofilm activities against both S. aureus BPA-12 and E. coli EPEC4, and thus potentially have broad reactivity. Furthermore, based on the binding capacity and Kd values from our previous study, the binding specificity assay of selected polyclonal DNA aptamers (S15K3 and S15K15) against S. aureus BPA-12, E. coli EPEC 4, S. aureus BPA-6, S. agalactiae, E. coli MHA-6, and Listeria monocytogenes were performed using qPCR. Aptamers S15K3 and S15K15 showed specific binding to S. aureus BPA-12, E. coli EPEC 4, S. aureus BPA-6, and S. agalactiae, but could not bind to E. coli MHA-6 and L. monocytogenes. Therefore, this study showed that the polyclonal DNA aptamers have antibiofilm activity and were able to bind to S. aureus BPA-12 and E. coli EPEC 4 bacteria.
In a previous study, Salmonella Typhimurium-specific phage vB_SalA_KFSST3, which possess antibiofilm activity, was isolated and purified from wastewater used in slaughterhouses. This study aimed to perform bioinformatic analyses to investigate the genes associated with its antibiofilm activity. Phage genome consisted of a single chromosome of 156,555 bp with a GC content of 44.8%. Among its 202 open reading frames (ORFs), three tail spike proteins (TSPs; orf141, orf142, orf143) were identified with high confidence. All TSPs were predicted to encode putative depolymerase activities, including two endoglycosidases and one endorhamnosidase. The genome has been deposited in GenBank under the accession number PP_994976.1.
Background: Biofilms, such as those from Staphylococcus epidermidis, are generally insensitive to traditional antimicrobial agents, making it difficult to inhibit their formation. Although quercetin has excellent antibiofilm effects, its clinical applications are limited by the lack of sustained and targeted release at the site of S. epidermidis infection. Objectives: Polyethylene glycol-quercetin nanoparticles (PQ-NPs)-loaded gelatin-N,O-carboxymethyl chitosan (N,O-CMCS) composite nanogels were prepared and assessed for the on-demand release potential for reducing S. epidermidis biofilm formation. Methods: The formation mechanism, physicochemical characterization, and antibiofilm activity of PQ-nanogels against S. epidermidis were studied. Results: Physicochemical characterization confirmed that PQ-nanogels had been prepared by the electrostatic interactions between gelatin and N,O-CMCS with sodium tripolyphosphate. The PQ-nanogels exhibited obvious pH and gelatinase-responsive to achieve on-demand release in the micro-environment (pH 5.5 and gelatinase) of S. epidermidis. In addition, PQ-nanogels had excellent antibiofilm activity, and the potential antibiofilm mechanism may enhance its antibiofilm activity by reducing its relative biofilm formation, surface hydrophobicity, exopolysaccharides production, and eDNA production. Conclusions: This study will guide the development of the dual responsiveness (pH and gelatinase) of nanogels to achieve on-demand release for reducing S. epidermidis biofilm formation.
Waqas Hussain Shah;Wajiha Khan;Sobia Nisa;Michael H.J. Barfuss;Johann Schinnerl;Markus Bacher;Karin Valant-Vetschera;Ashraf Ali;Hiba-Allah Nafidi;Yousef A. Bin Jardan;John P. Giesy
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.34
no.7
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pp.1452-1463
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2024
Fungi generate different metabolites some of which are intrinsically bioactive and could therefore serve as templates for drug development. In the current study, six endophytic fungi namely Aspergillus flavus, Aspergillus tubigenesis, Aspergillus oryzae, Penicillium oxalicum, Aspergillus niger, and Aspergillus brasiliensis were isolated and identified from the medicinal plant, Silybum marianum. These endophytic fungi were identified through intra transcribed sequence (ITS) gene sequencing. The bioactive potentials of fungal extracts were investigated using several bioassays such as antibacterial activity by well-diffusion, MIC, MBC, anti-biofilm, antioxidant, and haemolysis. The Pseudomonas aeruginosa PAO1 was used to determine the antibiofilm activity. The ethyl acetate extract of Aspergillus flavus showed strong to moderate efficacy against Staphylococcus aureus, Escherichia coli, P. aeruginosa, and Bacillus spizizenii. Aspergillus flavus and Aspergillus brasiliensis exhibited significant antibiofilm activity with IC50 at 4.02 and 3.63 mg/ml, while A. flavus exhibited maximum antioxidant activity of 50.8%. Based on HPLC, LC-MS, and NMR experiments kojic acid (1) and carbamic acid (methylene-4, 1-phenylene) bis-dimethyl ester (2) were identified from A. flavus. Kojic acid exhibited DPPH free radical scavenging activity with an IC50 value of 99.3 ㎍/ml and moderate activity against ovarian teratocarcinoma (CH1), colon carcinoma (SW480), and non-small cell lung cancer (A549) cell lines. These findings suggest that endophytic fungi are able to produce promising bioactive compounds which deserve further investigation.
Rajasekharan, Satish Kumar;Ramesh, Samiraj;Satish, Ann Susan;Lee, Jintae
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.27
no.3
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pp.542-551
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2017
Small phytochemicals have been successfully adopted as antibacterial chemotherapies and are being increasingly viewed as potential antibiofilm agents. Some of these molecules are known to repress biofilm and toxin production by certain bacterial and yeast pathogens, but information is lacking with regard to the genes allied with biofilm formation. The present study was performed to investigate the inhibitory effect of burdock root extract (BRE) and of chlorogenic acid (CGA; a component of BRE) on clinical isolates of Klebsiella pneumoniae. BRE and CGA exhibited significant antibiofilm activity against K. pneumoniae without inflicting any harm to its planktonic counterparts. In vitro assays supported the ${\beta}$-lactamase inhibitory effect of CGA and BRE while in silico docking showed that CGA bound strongly with the active sites of sulfhydryl-variable-1 ${\beta}$-lactamase. Furthermore, the mRNA transcript levels of two biofilm-associated genes (type 3 fimbriae mrkD and trehalose-6-phosphate hydrolase treC) were significantly downregulated in CGA- and BRE-treated samples. In addition, CGA inhibited biofilm formation by Escherichia coli and Candida albicans without affecting their planktonic cell growth. These findings show that BRE and its component CGA have potential use in antibiofilm strategies against persistent K. pneumoniae infections.
Methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) and methicillin-susceptible S. aureus (MSSA) are major causes of hospital- and community-acquired infections. The treatment of biofilm-related infections caused by these bacteria is a global healthcare challenge. Therefore, the development of alternative therapeutics is required. An essential oil extracted from Curcuma zedoaria (CZ) Rosc, also known as white turmeric, has been reported to possess various antimicrobial activities. In the present study, we evaluated the antibiofilm activities of an ethanolic extract of the CZ rhizome against MRSA and MSSA. The results showed that the CZ extract with the highest sub-minimum inhibitory concentration (sub-MIC), 1/2 MIC (0.312 mg/ml), significantly inhibited biofilm production by up to 80-90% in both tested strains. Subsequently, we evaluated the ability of the CZ extract to prevent cell-surface attachment to a 96-well plate and extracellular DNA (eDNA) release from the biofilm. The CZ extract demonstrated an inhibitory effect on bacterial attachment and eDNA release from the biofilm biomass. The CZ extract may inhibit biofilm formation by preventing eDNA release and cell-surface attachment. Therefore, this CZ extract is a potential candidate for the development of alternative treatments for biofilm-associated MRSA and MSSA infections.
Pseudomonas aeruginosa is one of the most common pathogenic species associated with canine otitis externa (OE). Their resilience is achieved by forming a biofilm, which allows these bacteria to evade even the harshest of treatments. This study evaluated the in vitro synergistic efficacy of N-acetylcysteine (NAC) with different antimicrobial agents against P. aeruginosa isolated from dogs with OE to develop an effective treatment against P. aeruginosa. The antimicrobial activity was evaluated by the minimum inhibitory concentration test using the microdilution method. The efficacy of antibiofilm formation was evaluated using a crystal violet stain method. The treatment solutions included NAC alone, and in synergy with enrofloxacin, polymyxin B, and gentamicin. NAC alone exhibited antimicrobial and antibiofilm abilities. On the other hand, the combination of NAC and the antibiotics did not show any significant synergistic effects against P. aeruginosa.
In the current study we assessed a new crystallized compound, 5-(1-hydroxybutyl)-4-methoxy-3-methyl-2H-pyran-2-one (C-HMMP), from the endophytic fungus Colletotrichum acutatum residing in the medicinal plant Angelica sinensis for its in vitro antimicrobial, antibiofilm, antioxidant, antimalarial, and anti-proliferative properties. The promising compound was identified as C-HMMP through antimicrobial-guided fraction. The structure of C-HMMP was unambiguously confirmed by 2D NMR and HIRS spectroscopic analysis. Antimicrobial property testing of C-HMMP showed it to be effective against a variety of pathogenic bacteria and fungi with MICs ranging from 3.9 to 31.25 ㎍/ml. The compound displayed excellent antibiofilm activity against C. albicans, S. aureus, and K. pneumonia. Furthermore, the antimalarial and radical scavenging activities of C-HMMP were clearly dosedependent, with IC50 values of 0.15 and 131.2 ㎍/ml. The anti-proliferative activity of C-HMMP against the HepG-2, HeLa, and MCF-7 cell lines in vitro was investigated by MTT assay, revealing notable anti-proliferative activity with IC50 values of 114.1, 90, and 133.6 ㎍/ml, respectively. Moreover, CHMMP successfully targets topoisomerase I and demonstrated beneficial anti-mutagenicity in the Ames test against the reactive carcinogenic mutagen, 2-aminofluorene (2-AF). Finally, the compound inhibited the activity of α-glucosidase and α-amylase with IC50 values of 144.7 and 118.6 ㎍/ml, respectively. To the best of our knowledge, the identified compound C-HMMP was obtained for the first time from C. acutatum of A. sinensis, and this study demonstrated that C-HMMP has relevant biological significance and could provide better therapeutic targets against disease.
Hamzah, Haider M.;Salah, Reyam F.;Maroof, Mohammed N.
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.28
no.10
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pp.1654-1663
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2018
Finding a safe and broad-spectrum medication is a goal of scientists, pharmacists, and physicians, but developing and fabricating the right medicine can be challenging. The current study describes the formation of silver nanoparticles (AgNPs) by Fusarium mangiferae. It involves the antibiofilm activity of the nanoparticles against Staphylococcus aureus. It also involves cytotoxic effect against mammalian cell lines. Well-dispersed nanoparticles are formed by F. mangiferae. The sizes of the nanoparticles were found to range from 25 to 52 nm, and UV-Vis scan showed absorption around 416-420 nm. SEM, TEM, and AFM results displayed spherical and oval shapes. Furthermore, the FTIR histogram detected amide I and amide II compounds responsible for the stability of AgNPs in an aqueous solution. AgNPs were observed to decrease the formation of biofilm at 75% (v/v). DNA reducing, smearing, and perhaps fragmentation were noticed after treating the bacterial cells with 50% (v/v). Additionally, cell lysis was detected releasing proteins in the supernatant. It was also observed that the AgNPs have the ability to cause 59% cervical cancer cell line (HeLa) deaths at 25% (v/v), however, they showed about 31% toxicity against rat embryo fibroblast transformed cell lines (REF). The results of this study prove the efficiency of AgNPs as an antibiofilm against S. aureus, suggesting that AgNPs could be an alternative to antibiotics. It must also be emphasized that AgNPs displayed cytotoxic behavior against mammalian cell lines. Further studies are needed for assessing risk in relation to the possible benefit of prescribing AgNPs.
Di Salle, Anna;Spagnuolo, Gianrico;Conte, Raffaele;Procino, Alfredo;Peluso, Gianfranco;Rengo, Carlo
Journal of Periodontal and Implant Science
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v.48
no.6
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pp.373-382
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2018
Purpose: The aim of this study was to evaluate the effects of various prophylactic treatments of titanium implants on bacterial biofilm formation, correlating surface modifications with the biofilms produced by Pseudomonas aeruginosa PAO1, Staphylococcus aureus, and bacteria isolated from saliva. Methods: Pure titanium disks were treated with various prophylactic procedures, and atomic force microscopy (AFM) was used to determine the degree to which surface roughness was modified. To evaluate antibiofilm activity, we used P. aeruginosa PAO1, S. aureus, and saliva-isolated Streptococcus spp., Bacteroides fragilis, and Staphylococcus epidermidis. Results: AFM showed that the surface roughness increased after using the air-polishing device and ultrasonic scaler, while a significant reduction was observed after using a curette or polishing with Detartrine ZTM (DZ) abrasive paste. In addition, we only observed a significant (P<0.01) reduction in biofilm formation on the DZ-treated implant surfaces. Conclusion: In this study, both AFM and antibiofilm analyses indicated that using DZ abrasive paste could be considered as the prophylactic procedure of choice for managing peri-implant lesions and for therapy-resistant cases of periodontitis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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