Studies on antibiofilm activity of two synthetic hexapeptides against Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000
- 주제(키워드) hexapeptide , biofilm
- 주제(DDC) 570
- 발행기관 아주대학교
- 지도교수 문은표
- 발행년도 2022
- 학위수여년월 2022. 8
- 학위명 박사
- 학과 및 전공 일반대학원 생명과학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000032142
- 본문언어 영어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
In an ecosystem that coexists with microorganisms, the control of microbial growth is essential for sustaining life. In particular, microorganisms can increase their viability even in harsh environments by forming a three-dimensional structure as a membrane with nucleic acids and proteins in the exopolysaccharide matrix secreted by themselves on a solid surface. A biofilm by microorganisms can be formed on almost any solid surface from the tissues of living organisms. The formed bacterial biofilm attacks the host immune system and has a higher antibiotic resistance than in the suspended state. Hence, it is tough to kill the bacteria in the biofilm. Therefore, it is vital to control the biofilm effectively. Therefore, in various fields such as agriculture, livestock, food, medicine, etc., continuous research on methods for controlling microorganisms by physical, chemical, and biological processes continues. Recent research on antibacterial agents using antimicrobial peptides (AMP), emerging as a new generation of antibacterial technology, is being actively conducted. As part of a study on substances that can effectively control plant pathogens, which are socially problematic due to resistance to some antibiotics, we tried to apply antibacterial peptide (AMP), which is emerging as a new generation of antibiotics. Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000 strain is an essential plant pathogenic microorganism that causes bacterial spot disease on plants such as tomatoes and Arabidopsis, and some other plants. It is characterized by necrosis symptoms on the fruits, stems, and leaves. There have been reports of significant damage to the yield of crops caused by this disease globally. Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000 also forms a biofilm, a multicellular aggregate with antibiotic resistance and increasing viability. Based on previous research conducted in the laboratory, two hexapeptides with antibacterial activity, KCM12, and KCM21, were selected. In addition to the inhibition efficacy of planktonic cells, the antibacterial effect on the biofilm environment was intensively examined, and the possibility of effective inhibition was confirmed. A brief examination of the D-enantiomer of KCM21 for plankton DC3000 also showed similar results, demonstrating the possibility of an option to be further considered along with the L-form. In expansion, the already developed N2 plasma treatment buffer (NPB) can act as an elective strategy for bacterial inactivation of crops and anti-microbials. Combination treatment of NPB with antimicrobial hexapeptide expanded the anti-biofilm impact compared to the effects of a single treatment on multilayered plant pathogen biofilms. These discoveries appear that the combination of hexapeptide and NPB might be connected to moving forward a trim generation.
more초록/요약
미생물과 더불어 살아가는 생태계에서 미생물의 생장 제어는 생명을 유지하는 데 필수적이다. 특히, 미생물은 고체 표면에서 스스로 분비하는 엑소폴리사카라이드 기질에 핵산과 단백질 등으로 3차원 구조물을 막형태로 형성하여 가혹한 환경에서도 생존력을 높일 수 있다. 미생물에 의한 바이오 필름은 살아있는 유기체의 조직부터 거의 모든 고체표면에 형성될 수 있으며, 형성된 박테리아의 바이오 필름은 숙주의 면역체계를 공격할 뿐만 아니라 부유상태보다 항생물질에 대한 내성이 높아져 생물막 내에 있는 박테리아를 죽이는 것은 매우 어렵기 때문에 생물막을 효과적으로 제어하는 것이 매우 중요하다. 따라서 농업, 축산, 식품, 의학 등 다양한 분야에서 물리적, 화학적, 생물학적 방법으로 미생물을 제어할 수 있는 방법에 대하여 꾸준한 연구가 지속되고 있다. 최근 새로운 세대의 항균 기술로 떠오르고 있는 항균 펩타이드(AntiMicrobial Peptide, AMP)를 이용한 항균제 연구가 활발히 진행되고 있다. 일부 항생제에 내성이 생겨 사회적으로 문제가 되고 있는 식물 병원체를 효과적으로 제어할 수 있는 물질에 대한 연구의 일환으로 차세대 항생제로 떠오르고 있는 항균 펩타이드(AMP)를 적용해 보고자 하였다. Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000 균주는 토마토, 애기장대 등의 식물에 세균성 반점병을 일으키는 중요한 식물 병원성 미생물이다. 열매, 줄기, 잎에 괴사 증상이 나타나는 것이 특징이며 세계적으로 이 질병으로 인한 작물 수확량에 심각한 피해가 보고되었다. Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000 역시 다세포 응집체인 바이오 필름을 형성하여 항생제에 대한 저항성을 갖고 생존력을 높인다. 실험실에서 진행된 선행 연구 결과를 바탕으로 항균 활성을 갖는 2개의 hexapeptide, KCM12와 KCM21을 선택하여 Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000 biofilm 내부의 세포에 대해 이들 hexapeptide의 처리가 어떠한 영향을 미치는지, planktonic 상태의 세포에 대한 직접적인 성장 억제 뿐만 아니라 biofilm 환경에 대한 항균효과를 집중적으로 검정하고자 하였고, 효과적인 억제 가능성을 확인하였다. 또한 두개의 hexapeptide 중 차이가 미비하긴 하지만, 비교적 더 강한 효과를 보여준 KCM21을 선택하여 L-form과 D-form의 planktonic 상태의 Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000에 대한 억제 activity를 간략하게 비교해보았다. D-form KCM21 역시 유사한 결과를 보여줌으로써 hexapeptide의 실제 적용에 있어 응용 및 선택의 범위를 넓힐 수 있는 가능성을 확인하였다. 이와 더불어 식물 병원체에 대한 N2 플라즈마 처리 완충액 (NPB)을 사용하여 항균성 헥사펩티드를 기반으로 하는 향상된 항균막 방법을 검정하였다. NPB와 항균성 헥사펩티드의 조합 처리는 다층구조를 가진 식물병원체 biofilm에 대한 단일 처리 효과에 비해 항 바이오 필름 효과를 증가시켰다. 이는 hexapeptide와 NPB의 조합이 작물 생산을 개선하기 위해 잠재적으로 적용될 수 있음을 보여준다.
more목차
I. INTRODUCTION 1
II. MATERIALS & METHODS 14
A. Materials 14
B. Hexapeptides by Synthetic Combinatorial Libraries (SCLs) 14
C. Growth condition of bacterial strain 15
D. Biofilm formation 15
E. Growth inhibition assay 15
F. Crystal violet staining 16
G. LIVE/DEAD bacterial viability assay 16
H. Confocal Laser Scanning Microscopy (CLSM) 17
I. Treatment of N2 Plasma-treated Buffer (NPB) 17
J. Statistical analysis 17
III. RESULTS 19
IV. DISCUSSION 24
V. REFERENCES 40
VI.국문요약 46
