Diseases caused by plant pathogenic bacteria constitute an emerging threat to global food security. Xanthomonas is a large genus of Gram-negative bacteria that cause disease in several host plants leading to considerable losses in productivity and quality of harvests. Despite the ranges of controlling techniques available, the microbiological safety of economically important crops and crop plants including fruits and vegetables continues to be a major concern to the agriculture industry. On the other hand, many of the currently available antimicrobial agents for agriculture are highly toxic, non-biodegradable and cause extended environmental pollution. Besides, the use of antibiotics has provoked an increased resistance among the bacterial pathogens and their pathovars. Thus, novel efficient and safe remedies for controlling plant bacterial diseases are necessary. There has been an increasing interest worldwide on therapeutic values of natural products such as essential oils, hence the purpose of this review is to provide an overview of the published data on the antibacterial efficacy of essential oils that could be considered suitable for application in agriculture as biocontrol measures against plant pathogenic bacteria of Xanthomonas species. The current knowledge on the use of essential oils to control Xanthomonas bacteria in vitro and in vivo models has been discussed. A brief description on the legal aspects on the use of essential oils against bacterial pathogens has also been presented. Through this review, a mode of antibacterial action of essential oils along with their chemical nature and the area for future research have been thoroughly discussed.
Kim, Myung-Hee;Jo, Sung-Hoon;Ha, Kyoung-Soo;Song, Ji-Hye;Jang, Hae-Dong;Kwon, Young-In
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.20
no.8
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pp.1204-1209
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2010
We evaluated the antibacterial activities of selected edible Korean plant seeds against the food-borne pathogens Staphylococcus aureus KCTC1927, Escherichia coli KCTC2593, Salmonella typhimurium KCTC2054, and Bacillus cereus KCTC1014. While screening for antibacterial agents, we discovered that wheat germ extract contains 2,6-dimethoxy-1,4-benzoquinone (DMBQ) and is highly inhibitory to S. aureus and B. cereus. This is the first report of the antibacterial activity of wheat germ extract. We also investigated the antibacterial activities of the 1,4-benzoquinone standards 1,4-benzoquinone (BQ), hydroquinone (HQ), methoxybenzoquinone (MBQ), and 2,6-dimethoxy-1,4-benzoquinone (DMBQ). DMBQ and BQ were the most highly inhibitory to S. aureus and S. typhimurium, followed by MBQ and HQ. MICs for DMBQ and BQ ranged between 8 and 64 ${\mu}g/ml$ against the four foodborne pathogens tested. DMBQ and BQ showed significant antibacterial activity; the most sensitive organism was S. aureus with an MIC of 8 ${\mu}g/ml$. BQ exhibited good activity against S. typhimurium (32 ${\mu}g/ml$) and B. cereus (32 ${\mu}g/ml$). The results suggest that wheat germ extract has potential for the development of natural antimicrobials and food preservatives for controlling foodborne pathogens.
Damodharan, Karthiyaini;Palaniyandi, Sasikumar Arunachalam;Yang, Seung Hwan;Suh, Joo Won
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.26
no.10
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pp.1675-1686
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2016
We characterized the probiotic properties of Lactobacillus helveticus strains KII13 and KHI1 isolated from fermented cow milk by in vitro and in vivo studies. The strains exhibited tolerance to simulated orogastrointestinal condition, adherence to Caco-2 cells, and antimicrobial activity. Both L. helveticus strains produced bioactive tripeptides, isoleucylprolyl-proline and valyl-prolyl-proline, during fermentation of milk. KII13 showed higher in vitro cholesterol-lowering activity (47%) compared with KHI1 (28%) and L. helveticus ATCC 15009 (22%), and hence, it was selected for in vivo study of cholesterol-lowering activity in atherogenic diet-fed hypercholesterolemic mice. For the study, mice were divided into four groups (viz., normal diet control group, atherogenic diet control group (HCD), KII13-atherogenic diet group (HCD-KII13), and Lactobacillus acidophilus ATCC 43121-atherogenic diet group (HCD-L.ac) as positive control). The serum total cholesterol level was significantly decreased by 8.6% and 7.78% in the HCD-KII13 and HCD-L.ac groups (p < 0.05), respectively, compared with the HCD group. Low-density lipoprotein cholesterol levels in both HCD-KII13 and HCD-L.ac groups were decreased by 13% and 11%, respectively, compared with the HCD group (both, p < 0.05). Analysis of cholesterol metabolism-related gene expression in mice liver showed increased expression of LDLR and SREBF2 genes in mice fed with KII13. By comparing all the results, we conclude that L. helveticus KII13 could be used as a potential probiotic strain to produce antihypertensive peptides and reduce serum cholesterol.
Concerns over drug-resistant bacteria have stimulated interest in developing alternative methods to control bacterial infections. Endolysin, a phage-encoded enzyme that breaks down bacterial peptidoglycan at the terminal stage of the phage reproduction cycle, is reported to be effective for the control of bacterial pathogenic bacteria. Bioinformatic analysis of the SPN9CC bacteriophage genome revealed a gene that encodes an endolysin with a domain structure similar to those of the endolysins produced by the P1 and P22 coliphages. The SPN9CC endolysin was purified with a C-terminal oligo-histidine tag. The endolysin was relatively stable and active over a broad temperature range (from $24^{\circ}C$ to $65^{\circ}C$). It showed maximal activity at $50^{\circ}C$, and its optimum pH range was from pH 7.5 to 8.5. The SPN9CC endolysin showed antimicrobial activity against only gram-negative bacteria and functioned by cutting the glycosidic bond of peptidoglycan. Interestingly, the SPN9CC endolysin could lyse intact gram-negative bacteria in the absence of EDTA as an outer membrane permeabilizer. The exogenous lytic activity of the SPN9CC endolysin makes it a potential therapeutic agent against gram-negative bacteria.
Objective : Arsenic trioxide ($As_2O_3$) has been used as an anticancer agent in traditional Chinese medicine for thousand years and berberine is an isoquinoline alkaloid present that has indicated significant antimicrobial activity. We have examined the combined anticancer effects of $As_2O_3$ and berberine against the human neuroblastoma (HNB) SH-SY5Y cells in vitro, and to elucidate underlying molecular mechanism. Methods : HNB SH-SY5Y cells were treated with $2\;{\mu}M\;As_2O_3$ and $75\;{\mu}g/ml$ berberine, and their survival, cell death mechanism as well as synergistic cytotoxic effects were estimated by using MTT assay, DAPI staining, agarose gel electrophoresis, flow cytometric analysis, and western blot analysis. Results : The combined treatment of two drugs also markedly decreased cell viability. The cytotoxic effects of two drugs were revealed as apoptosis characterized by chromatin condensation, DNA fragmentation, and the loss of mitochondrial membrane potential. The apoptotic cytotoxicity was accompanied by activation of caspase-3 protease as well as decreased the expression of Bcl-2, Bid, and Bcl-x/L. In addition, the cells treated with combination of two drugs also showed significantly increased intracellular reactive oxygen species levels and lipid peroxidation compared to cells $As_2O_3$or berberine only. Conclusion : Combined treatment of $As_2O_3$ with berberine induced activation of apoptotic signaling pathways in HNB SH-SY5Y cells. These results suggest that the possibility of the combined treatment of two chemotherapeutic agents with low concentration improving cytotoxic effect for cancer cells with minimal side effects.
Lichen-forming fungi are known to have various biological activities, such as antioxidant, antimicrobial, antitumor, antiviral, anti-inflammation, and anti proliferative effects. However, the immunosuppressive effects of Bryoria sp. extract (BSE) have not previously been investigated. In this study, the inhibitory activity of BSE on the proliferation of $CD8^+$ T cells and the mixed lymphocytes reaction (MLR) was evaluated in vitro. BSE was non-toxic in spleen cells and suppressed the growth of splenocytes induced by anti-CD3. The suppressed cell population in spleen cells consisted of $CD8^+$ T cells and their proliferation was inhibited by the treatment with BSE. This extract significantly suppressed the IL-2 associated with T cell growth and $IFN-{\gamma}$ as the $CD8^+$ T cell marker. Furthermore, BSE reduced the expression of the IL-2 receptor alpha chain ($IL-2R{\alpha}$) on $CD8^+$ T cells and CD86 on dendritic cells by acting as antigen-presenting cells. Finally, the MLR produced by the co-culture of C57BL/6 and MMC-treated BALB/c was suppressed by BSE. IL-2, $IFN-{\gamma}$, and CD69 on $CD8^+$ T cells in MLR condition were inhibited by BSE. These results indicate that BSE inhibits the MLR via the suppression of $IL-2R{\alpha}$ expression in $CD8^+$ T cells. BSE has the potential to be developed as an anti-immunosuppression agent for organ transplants.
Tadee, Pakpoom;Tadee, Phacharaporn;Hitchings, Matthew D.;Pascoe, Ben;Sheppard, Samuel K.;Patchanee, Prapas
Microbiology and Biotechnology Letters
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v.46
no.2
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pp.162-170
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2018
Non-typhoidal Salmonella is one of the main pathogens causing food-borne illness in humans, with up to 20% of cases resulting from consumption of pork products. Over the gastroenteritis signs, multidrug resistant Salmonella has arisen. In this study, pan-susceptible phenotypic strains of Salmonella enterica serotype Weltevreden recovered from pig production chain in Chiang Mai, Thailand during 2012-2014 were chosen for analysis. The aim of this study was to use whole genome sequencing (WGS) data with an emphasis on antimicrobial resistance gene investigation to assess their pathogenic potential and genetic diversity determination based on whole genome Multilocus Sequence Typing (wgMLST) to expand epidemiological knowledge and to provide additional guidance for disease control. Analyis using ResFinder 3.0 for WGS database tracing found that one of pan-susceptible phenotypic strain carried five classes of resistance genes: aminoglycoside, beta-lactam, phenicol, sulfonamide, and tetracycline associated genes. Twenty four and 36 loci differences were detected by core genome Multilocus Sequence Typing (cgMLST) and pan genome Multilocus Sequence Typing (pgMLST), respectively, in two matching strains (44/13 vs A543057 and A543056 vs 204/13) initially assigned by conventional MLST and Pulsed-field Gel Electrophoresis (PFGE). One hundread percent discriminant ability can be achieved using the wgMLST technique. WGS is currently the ultimate molecular technique for various in-depth studies. As the findings stated above, a new of "gold standard typing method era" for routine works in genome study is being set.
Kim, Seong Keun;Kim, Hyuna;Kim, Song Ah;Park, Hee Kuk;Kim, Wonyong
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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v.17
no.1
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pp.73-79
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2013
The fruit of the black raspberry (Rubus coreanus Miquel) has been employed in traditional medicine, and recent studies have demonstrated its measureable biological activities. However, the root of the black raspberry has not been studied. Therefore, in this study, we evaluated the anti-inflammatory and antibacterial properties of the root and unripe fruit polyphenols of the black raspberry. Both polyphenols proved to have anti-inflammatory activity as evidenced by the decreased nitric oxide (NO), cytokines (IL-$1{\beta}$, IL-6, and IL-10) and prostaglandin E2 ($PGE_2$) levels in lipopolysaccharide (LPS)-stimulated RAW 264.7 murine macrophages. However, root polyphenols showed stronger anti-inflammatory activity than fruit polyphenols. LPS-induced mRNA and protein expressions of inducible NO synthase (iNOS) and cyclooxygenase (COX)-2 levels were also decreased, confirming the anti-inflammatory activity. Root polyphenols showed lethal activity against methicillin-resistant Staphy-lococcus aureus (MRSA), carbapenem-resistant Acinetobacter baumannii (CRAB), and Bacillus anthracis. In contrast, the black raspberry fruit did not demonstrate these properties. These data provide the first demonstration that black raspberry root has potential anti-inflammatory and anti-superbacterial properties that can be exploited as alternatives for use in the food and cosmetic industries and/or as pharmaceuticals.
In the present work, we describe a simple, cheap, and unexplored method for "green" synthesis of silver nanoparticles using cell extracts of the cyanobacterium Anabaena doliolum. An attempt was also made to test the antimicrobial and antitumor activities of the synthesized nanoparticles. Analytical techniques, namely UV-vis spectroscopy, X-ray diffraction, Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy, transmission electron microscopy (TEM), and TEM-selected area electron diffraction, were used to elucidate the formation and characterization of silver-cyanobacterial nanoparticles (Ag-CNPs). Results showed that the original color of the cell extract changed from reddish blue to dark brown after addition of silver nitrate solution (1 mM) within 1 h, suggesting the synthesis of Ag-CNPs. That the formation Ag-CNPs indeed occurred was also evident from the spectroscopic analysis of the reaction mixture, wherein a prominent peak at 420 nm was noted. TEM images revealed well-dispersed, spherical Ag-CNPs with a particle size in the range of 10-50 nm. The X-ray diffraction spectrum suggested a crystalline nature of the Ag-CNPs. FTIR analysis indicated the utilization of a hydroxyl (-OH) group in the formation of Ag-CNPs. Ag-CNPs exhibited strong antibacterial activity against three multidrug-resistant bacteria. Additionally, Ag-CNPs strongly affected the survival of Dalton's lymphoma and human carcinoma colo205 cells at a very low concentration. The Ag-CNPs-induced loss of survival of both cell types may be due to the induction of reactive oxygen species generation and DNA fragmentation, resulting in apoptosis. Properties exhibited by the Ag-CNP suggest that it may be used as a potential antibacterial and antitumor agent.
Kim, Jin-Sik;Sung, Jae-Hyuck;Ji, Jun-Ho;Song, Kyung-Seuk;Lee, Ji-Hyun;Kang, Chang-Soo;Yu, Il-Je
Safety and Health at Work
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v.2
no.1
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pp.34-38
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2011
Objectives: The antimicrobial activity of silver nanoparticles has resulted in their widespread use in many consumer products. Yet, despite their many advantages, it is also important to determine whether silver nanoparticles may represent a hazard to the environment and human health. Methods: Thus, to evaluate the genotoxic potential of silver nanoparticles, in vivo genotoxicity testing (OECD 474, in vivo micronuclei test) was conducted after exposing male and female Sprague-Dawley rats to silver nanoparticles by inhalation for 90 days according to OECD test guideline 413 (Subchronic Inhalation Toxicity: 90 Day Study) with a good laboratory practice system. The rats were exposed to silver nanoparticles (18 nm diameter) at concentrations of $0.7\;{\times}\;10^6$ particles/$cm^3$ (low dose), $1.4\;{\times}\;10^6$ particles/$cm^3$ (middle dose), and $2.9\;{\times}\;10^6$ particles/$cm^3$ (high dose) for 6 hr/day in an inhalation chamber for 90 days. The rats were killed 24 hr after the last administration, then the femurs were removed and the bone marrow collected and evaluated for micronucleus induction. Results: There were no statistically significant differences in the micronucleated polychromatic erythrocytes or in the ratio of polychromatic erythrocytes among the total erythrocytes after silver nanoparticle exposure when compared with the control. Conclusion: The present results suggest that exposure to silver nanoparticles by inhalation for 90 days does not induce genetic toxicity in male and female rat bone marrow in vivo.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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