76043abf2ebed2c

مطالعة تأثیر برخی شرایط محیطی و تغذیه‌ای بر تولید بیوفیلم استرین‌های باکتری پروبیوتیک Bacillus subtilis

نوع مقاله: مقاله کامل

نویسنده

استادیار گروه گیاه‌پزشکی، دانشکدة کشاورزی، دانشگاه ارومیه

چکیده

تشکیل بیوفیلم در باکتری‌ها یک استراتژی مهم برای بقای آن‌هاست. بیوفیلم در باکتری پروبیوتیک Bacillus subtilisبه‌صورت زنجیرة طویلی از سلول‌هاست که با یک ماتریکس پلیمری از جنس پلی‌ساکاریدهای خارج سلولی احاطه شده است. این باکتری که یکی از عوامل مؤثر مهار زیستی بیمارگرهای گیاهی شناخته شده است، قابلیت زیادی در تولید بیوفیلم دارد. این مطالعه با هدف بررسی اثر شرایط محیطی شامل دما، اسیدیته و فشار اسمزی و همچنین، عناصر غذایی مانند قندها و اسیدآمینه‌های مترشحه از ریشة گندم و عناصر مهم خاک از قبیل کاتیون‌های کلسیم، منگنز، منیزیم، آهن، روی، مولیبدن، کبالت، بر و مس در تشکیل بیوفیلم این باکتری با استفاده از پلیت پلی‌استرن انجام شده است.براساسنتایج این تحقیق،بیشترین میزان بیوفیلم در سه استرین مورد مطالعه، در دمای 30 درجة سلسیوس، اسیدیتة 7 و فشار اسمزی حاصل از غلظت 75 درصد سوکروز تولید شد. عناصر منیزیم، کلسیم، روی، آهن، منگنز و مس موجب افزایش و عناصر کبالت، بر و مولیبدن موجب کاهش تولید بیوفیلم شدند. همة قندها و اسیدآمینه‌های مترشحه از ریشة گندم بر تولید بیوفیلم استرین‌های مورد مطالعه اثر افزایشی نشان دادند. بیشترین اثر افزایشی مربوط به قندهای آرابینوز و گلوکز و اسیدآمینه‌های لیزین و آسپارژین بود. براساس نتایج این پژوهش، شرایط محیطی و محتوای مواد غذایی می‌تواند بر تولید بیوفیلم و به تبع آن بقا و استقرار باکتری‌های پروبیوتیک در محیط و همچنین، کلنیزاسیون میزبان و توان مهار زیستی عوامل بیماریزای گیاهی تأثیرگذار باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


Ahmadzadeh M (2013) Biological control of plant diseases, plant probiotic bacteria. University of Tehran Press, Iran. (In Persian).

Bais HP, Fall R, Vivanco JM (2004) Biocontrol of Bacillus subtilis against infection of arabidopsis roots by Pseudomonas syringae is facilitated by biofilm formation and surfactin production. Plant Physiology 134: 307-319.

Brandenburg KS, Rodriguez KJ, McAnulty JF, Murphy CJ, Abbott NL, Schurr MJ, Czuprynski CJ (2013)Tryptophan inhibits biofilm formation by Pseudomonas aeruginosa. Antimicrobial Agents and Chemotherapy 57: 1921-1925.

Cruz LF, Cobine PA, De La Fuente L (2012)Calcium increases surface attachment, biofilm formation, and twitching motility in Xylella fastidiosa. Applied and Environmental Microbiology 75: 1321-1331.

Elhariry HM (2008)Biofilm formation by endospore-forming Bacilli on plastic surface under some food-related and environmental stress conditions. GlobalJournal of Biotechnology and Biochemistry3: 69-78.

Fiddaman PJ, Rossall S (1994) Effect of substrate on the production of antifungal volatiles from Bacillus subtilis. Journal of Applied Bacteriology 76: 395-405.

Flemming HC, Wingender J (2010) The biofilm matrix. Nature Reviews Microbiology8: 623-633.

Geesey GG, Wigglesworth-Cooksey B, Cooksey KE (2000)Influence of calcium and other cations on surface adhesion of bacteria and diatoms: a review. Biofouling 15: 195-205.

Goh SN, Fernandez A, Ang SZ, Lau WY, Ng DL, Cheah ESG (2013)Effects of different amino acids on biofilm growth, swimming motility and twitching motility in Escherichia coli BL21. Journal of Biology and Life Science4: 103-115.

Harrison F, Buckling A (2009) Siderophore production and biofilm formation as linked social traits. The ISME Journal 3: 632-634.

Jamil B, Hasan F, Hameed A, Ahmed S (2007)Isolation of Bacillus subtilis MH-4 from soil and its potential of polypeptidic antibiotic production. Pakistan Journal of Pharmaceutical Sciences 20: 26-31.

Kamali A, Ahmadzadeh M, Behboudi K (2011) Investigation on biofilm formation stages in some strains of Pseudomonas fluorescens and the influence of some nutritional factors on biofilm formation of selected strain. Iranian Journal of Plant Pathology47: 463-470. (In Persian).

Khezri M, Ahmadzadeh M, Salehi-Jouzani Gh, Behboudi K, Ahangaran A, Mousivand M, Rahimian H (2011)Characterization of some biofilm-forming Bacillus subtilis and evaluation of their biocontrol potential against Fusarium culmorum. Journal of Plant Pathology 93: 373-382.

Kinsella K, Schulthess CP, Morris TF, Stuart JD (2009) Rapid quantification of Bacillus subtilis antibiotics in the rhizosphere. Soil Biology and Biochemistry 41: 374-379.

Kloepper JW, Ryu CM, Zhang SA (2004) Induced system resistance and promotion of plant growth by Bacillus spp. Phytopathology 94: 1259-1266.

Knee EM, Gong FC, Gao M, Teplitski M, Jones AR, Foxworthy A, Mort MJ, Bauer WD (2001) Root mucilage from pea and its utilization by rhizosphere bacteria as a sole carbon source. Molecular Plant-Microbe Interaction Journal 14: 775-784.

Kovács AT, Smits WK, Miron´czuk AM, Kuipers OP (2009) Ubiquitous late competence genes in Bacillus species indicate the presence of functional DNA uptake machineries. Environmental Microbiology 11: 1911-1922.

Lin D, Qu LJ, Gu H, Chen Z (2001)A 3.1-kb genomic fragment of Bacillus subtilis encodes the protein inhibiting growth of Xanthomonas oryzae pv. oryzae. Journal of Applied Microbiology 91: 1044-1050.

McKenney PT, Driks A, Eichenberge P (2013) The Bacillus subtilis endospore: assembly and functions of the multilayered coat. Nature Reviews Microbiology11: 33-44.

Molina MA, Ramos JL, Urgel ME (2003) Plant-associated biofilms. Reviewin Environmental Science and Biotechnology 2: 99-108.

Morikawa M (2006)Beneficial biofilm formation by industrial bacteria Bacillus subtilis and related species.Journal of Bioscience and Bioengineering 101: 1-8.

Nagórska K, Hinc K, Stauch MA, Obuchowski M (2008) Influence of the sigmaB stress factor and yxaB, the gene for a putative exopolysaccharide synthase under sigmaB control, on biofilm formation. Journal of Bacteriology 190: 3546-3556.

Ongena M, Jourdan E, Adam A, Paquot M, Brans A, Joris B, Arpigny JL, Thonart P (2007) Surfactin and fengycin lipopeptides of Bacillus subtilis as elicitors of induced systemic resistance in plants. Environmental Microbiology 9: 1084-1090.

Toure Y, Ongena M, Jacques P, Guiro A, Thonart P (2004) Role of lipopeptides produced by Bacillus subtilis GA1 in the reduction of grey mould disease caused by Botrytis cinerea on apple. Journal of Applied Microbiology 96: 1151-1160.

Oglesby-Sherrouse AG, Djapgne L, Nguyen AT, Vasil A, Vasil ML (2014) The complex interplay of iron, biofilm formation, and mucoidy affecting antimicrobial resistance of Pseudomonas aeruginosa. Pathogens and Disease 70: 307-320.

O’Toole GO, Kolter R (1998) Initiation of biofilm formation in Pseudomonas fluorescens WCS365 proceeds via multiple, convergent signaling pathway: a genetic analysis. Molecular Microbiology 28: 449-461.

Patrauchan MA, Sarkisova S, Sauer K, Franklin MJ (2005) Calcium influences cellular and extracellular product formation during biofilm-associated growth of a marine Pseudoalteromonas sp. Microbiology 151: 2885-2897.

Prigent-Combaret C, Vidal O, Dorel C, Lejeune P (1999)Abiotic surface sensing and biofilm-dependent regulation of gene expression in Escherichia coli. Journal of Bacteriology181: 5993-6002.

Sauer K (2003) The genomics and proteomics of biofilm formation. Genome Biology, Available on line at: http://genomebiology.com

Shapiro JA (1998) Thinking about bacterial population as multicellular organisms. Annual Review of Microbiology 52: 81-104.

Shoda M, Ano T (1994) Basic analysis of Bacillus subtilis NB22 and its application to biological control. Bioprocess Technology 19: 641-664.

Slininger PJ, Jackson MA (1992) Nutritional factor regulating growth and accumulation of phenazine 1-carboxylic acid by Pseudomonas fluorescens 2-79. Applied Microbiology and Biotechnology 37: 388-399.

Song B, Leff LG (2006) Influence of magnesium ions on biofilm formation by Pseudomonas fluorescens.  Microbiological Research 161: 355-361.

Souto GI, Correa OS, Montecchia MS, Kerber NL, Pucheu NL, Bachur M, Gracia AF (2004) Genetic and functional characterization of a Bacillus sp. strain excreting surfactin and antifungal metabolites partially identified as iturin-like compounds. Journal of Applied Microbiology 97: 1247-1256.

Weller DM, Cook RJ (1983)Suppression of take-all of wheat by seed treatment with fluorescent pseudomonades. Phytopathology 73: 463-469.

Xu Z, Islam S, Wood TK, Huang Z (2015) An integrated modeling and experimental approach to study the influence of environmental nutrients on biofilm formation of Pseudomonas aeruginosa. Hindawi Publishing Corporation, Available on line at: http://dx.doi.org/10.1155/2015/506782.

Zhao Y, Selvaraj JN, Xing F, Zhou L, Wang Y, Song Y, Tan X, Sun L, Sangare L, Folly YME, Liu Y (2014) Antagonistic action of Bacillus subtilis strain SG6 on Fusarium graminearum. PLoS ONE 9: e92486