Ability of Escherichia coli to attach to plant surfaces and to compete for adhesion with the endophytic microbiota representative Alcaligenes faecalis
##plugins.themes.bootstrap3.article.main##
Анотація
Introduction. Plants can be the possible reservoirs of Escherichia coli in nature, and it is necessary to study the possibility of these bacteria to attach to plant surfaces and compete with representatives of epiphytic and endophytic microbiota. Such studies will help to develop some biological preparations to minimize the spread of E. coli strains in environment. Taking into account the high danger of pathogenic E. coli strains, any perspective strategies for competing with E. coli on an adhesion stage should be evaluated.
Purpose. To study the ability of E. coli to attach to plant surface and the possibility to inhibit these bacteria by the antagonistic strain A. faecalis ONU 452.
Methods. To model the competition adhesion of the endophytic microbiota representative A. faecalis ONU 452 and E. coli, the strain E. coli pKEN carrying a plasmid encoding GFP-protein, has been used. Effect of E. coli pKEN GFP on plant growth was studied by inoculation of garden cress (Lepidium sativum L.) seeds with sterilized surfaces with 2% suspension of overnight culture. Germination and growth of seedlings were evaluated. Ability of E. coli pKEN to form biofilms was studied by incubation of bacterial culture with seedling roots overnight and subsequent staining of plant tissues with acridine orange (0,1%). Biofilms were observed under the light microscope (x600). Antagonistic activity of A. faecalis ONU 452 against E. coli pKEN GFP was initially found by diffusion-in-agar method. Competition for adhesion was studied under fluorescent microscope with exposition to blue range light 420 nm (x600). Cells of E. coli pKEN GFP exhibited green fluorescent opposite to non-fluorescent A. faecalis ONU 452.
Results. Growth characteristics of garden cress seedlings such as mean lengths of stems and roots increased in 30,0% when the seeds were inoculated with E. coli pKEN GFP and germinated under laboratory conditions. Percentage of germinated seeds was not changed as compared with the control. Stimulation activity was likely to be associated with the ability to attach to plant surfaces: bacteria of E. coli pKEN GFP strain formed developed biofilms on garden cress seedlings with the extensive matrix regularly covering the root surfaces. A. faecalis ONU 452 was found to be antagonistic against E. coli pKEN in a diffusion-in-agar assay. Only overnight culture inhibited E. coli pKEN GFP growth but not the filtrated cultural liquid. Due to absence of active secretion of antagonistic compounds in cultural liquid we suggested that A. faecalis ONU 452 inhibit E. coli pKEN GFP by direct cell-to-cell interactions - probably - at the stage of attachment to surfaces and biofilm formation. To test this hypothesis, we added the overnight culture of E. coli pKEN GFP diluted in different ratio to A. faecalis ONU 452 biofilms on polystyrol plates. Antagonistic strain could prevent the attachment of E. coli pKEN GFP if the ratio of A. faecalis ONU 452 : E. coli pKEN cells was 1 : 0,5 or 1 : 1. But if the number of E. coli pKEN GFP cells was higher than the concentration of antagonistic cells, E. coli could be intercalated in a formed A. faecalis ONU 452 biofilm. But as in nature the massive infiltration of certain microbial species is rarely to be occurred, it could be suggested that the present amount of antagonistic A. faecalis on plant surfaces may be sufficient for protection against E. coli penetration.
Conclusions. Bacteria of the model strain E. coli pKEN GFP attached to Lepidium sativum L. surfaces, formed developed biofilms and stimulated plant growth. Endophytic antagonistic bacterium A. faecalis ONU 452 inhibited E. coli pKEN GFP and could prevent its attachment.
##plugins.themes.bootstrap3.article.details##
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з такими умовами:
1. Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
2. Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
3. Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи.
УГОДА
ПРО ПЕРЕДАЧУ АВТОРСЬКИХ ПРАВ
Я, автор статті/Ми, автори рукопису статті _______________________________________________________________________
у випадку її прийняття до опублікування передаємо засновникам та редколегії наукового видання «Вісник Черкаського Університету: Серія Біологічні науки» такі права:
1. Публікацію цієї статті українською (англійською) мовою та розповсюдження її друкованої версії.
2. Розповсюдження електронної версії статті через будь-які електронні засоби (розміщення на офіційному web-сайті журналу, в електронних базах даних, репозитаріях, тощо).
При цьому зберігаємо за собою право без узгодження з редколегією та засновниками:
1. Використовувати матеріали статті повністю або частково з освітньою метою.
2. Використовувати матеріали статті повністю або частково для написання власних дисертацій.
3. Використовувати матеріали статті для підготовки тез, доповідей конференцій, а також усних презентацій.
4. Розміщувати електронні копії статті (зокрема кінцеву електронну версію, завантажену з офіційного web-сайту журналу) на:
a. персональних web-pecypcax усіх авторів (web-сайти, web-сторінки, блоги, тощо);
b. web-pecypcax установ, де працюють автори (включно з електронними інституційними репозитаріями);
с. некомерційних web-pecypcax відкритого доступу (наприклад, arXiv.org).
Цією угодою ми також засвідчуємо, що поданий рукопис відповідає таким критеріям:
1. Не містить закликів до насильства, розпалювання расової чи етнічної ворожнечі, які викликають занепокоєння, є загрозливими, ганебними, наклепницькими, жорстокими, непристойними, вульгарними тощо.
2. Не порушує авторських прав та права інтелектуальної власності інших осіб або організацій; містить всі передбачені чинним законодавством про авторське право посилання на цитованих авторів та / або видання, а також використовувані в статті результати і факти, отримані іншими авторами чи організаціями.
3. Не був опублікований раніше в інших видавництвах та не був поданий до публікації в інші видання.
4. Не включає матеріали, що не підлягають опублікуванню у відкритій пресі, згідно з чинним законодавством.
____________________ ___________________
підпис П.І.Б. автора
"___"__________ 20__ р.
Посилання
Croxen, M. A. & Finlay, B. B. (2010). Molecular mechanisms of Escherichia coli pathogenicity. Nature Review Microbiology, 8 (1), 26-38.
Deering, A. J., Jack, D. R., Pruitt, R. E. & Mauer, L. J. (2015). Movement of Salmonella serovar typhimurium and E. coli O157:H7 to ripe tomato fruit following various routes of contamination. Microorganisms, 3, 809-825.
Burnett, S. L., Chen, J. & Beuchat, L. R. (2000). Attachment of Escherichia coli O157:H7 to the surfaces and internal structures of apples as detected by confocal scanning laser microscopy. Applied and Environmental Microbiology, 66 (11), 4679-4687.
Yokoyama, S., Adachi, Y., Asakura, S. & Kohyama, E. (2013). Characterization of Alcaligenes faecalis strain AD15 indicating biocontrol activity against pathogens. Journal of General and Applied Microbiology, 59 (2), 89-95.
Zahir, I., Houari, A., Bahafid, W., Iraqui, M. & Ibnsouda, S. (2013). A novel Alcaligenes faecalis antibacterial-producing strain isolated from a Moroccan tannery waste. African Journal of Microbiology Research, 7 (47), 5314-5323.
Nautiyal, C.S., Rehman, A. & Chauhan, P.S. (2010). Environmental Escherichia coli occur as natural plant growth-promoting soil bacterium. Archives of Microbiology, 192, (3), 185-193.
Pradeepa, V. & Jennifer, M. (2013). Screening and characterization of endophytic bacteria isolated from Tabernaemontana divaricata plant for cytokinin production. Advanced Biotechnology, 13 (4), 12-17.
Wu, J., Zhan, X., Liu, H. & Zheng, Z. (2008). Enhanced production of curdlan by Alcaligenes faecalis by selective feeding with ammonia water during the cell growth phase of fermentation. Chinese Journal of Biotechnology, 24, 1035-1039.
Joo, H.-S., Hirai, M. & Shoda, M. (2006). Piggery wastewater treatment using Alcaligenes faecalis strain No 4 with heterotrophic nitrification and aerobic denitrification. Water Research, 40 (16), 3029-3036.
Cormack, B. P., Valdivia, R. H. & Falkow, S. (1996). FACS-optimized mutants of the green fluorescent protein (GFP). Gene, 173, 33-38.
Bertani, G. (1951). Studies on lysogenesis. I. The mode of phage liberation by lysogenic Escherichia coli. Journal of Bacteriology, 62 (3), 293-300.
Honda, N., Hirai, M., Ano, T. & Shoda, M. (1998). Antifungal effect of a heterotrophic nutrifier Alcaligenes faecalis. Biotechnology Letters, 20 (7), 703-705.
Sayyed, R. Z., Gangurde, N. S., Patel, P. R., Joshi, S. A. & Chincholkar, S. B. (2010). Siderophore production of Alcaligenes faecalis and its application for growth promotion in Arachis hypogaea. Indian Journal of Biotechnology, 9, 302-307.
Davies, D. G. & Marques, C. N. H. (2009). A fatty acid messenger is responsible for inducing dispersion in microbial biofilms. Journal of Bacteriology,191,1393-1403.