Bio-Control of Burkholderia pseudomallei in Soil by Bacillus amyloliquefaciens
Keywords:
Bio-control, secondary metabolites, B. amyloliquefaciens, B. pseudomallei, soi, การควบคุมทางชีวภาพ, สารทุติยภูมิ, ดินAbstract
การควบคุม Burkholderia pseudomallei ในดินด้วยวิธีทางชีวภาพโดย Bacillus amyloliquefaciens
โชติมา โพธิทรัพย์1,3, บุษปวัน โสภณฤทธิเดช1,3, สุรศักดิ์ วงศ์รัตนชีวิน2,3, รศนา เสริมสวรรค์1,3*
1ภาควิชา ชีวเคมี คณะแพทยศาสตร์ มหาวิทยาลัยขอนแก่น
2ภาควิชา จุลชีววิทยา คณะแพทยศาสตร์ มหาวิทยาลัยขอนแก่น
3ศูนย์วิจัยโรคเมลิออยโดสิส คณะแพทยศาสตร์ มหาวิทยาลัยขอนแก่น
หลักการและวัตถุประสงค์: Burkholderia pseudomallei เป็นแบคทีเรียแกรมลบที่ก่อให้เกิดโรคเมลิออยด์ พบได้ในดินและน้ำของบริเวณที่เป็นแหล่งระบาด ส่วน Bacillus amyloliquefacients N3-8 ที่แยกจากดินผลิตสารทุติยภูมิที่มีผลฆ่า B. Pseudomalleiได้ในอาหารเลี้ยงเชื้อ จึงนำมาใช้ควบคุมปริมาณ B. pseudomalleiในดิน
วิธีการศึกษา: เลี้ยงเชื้อ B. pseudomallei p37 และ B. amyloliquefaciens N3-8 ให้ได้ 1x106 และ 1x109 CFU.mL-1ในอาหารเหลว นำมาผสมในอัตราส่วนเซลล์ B. pseudomallei: B. amyloliquefaciens เท่ากับ 1:50, 1:100 และ 1:300 ในดิน10 กรัม pH ดินเริ่มต้นเท่ากับ 6.98 บ่มไว้ที่อุณหภูมิห้อง 4 สัปดาห์
ผลการศึกษา: พบว่า อัตราส่วน 1:300 ของ B. amyloliquefaciens N3-8 สามารถลดจำนวนของ B. pseudomallei p37 ในดินอย่างชัดเจน ในสัปดาห์ที่ 2 โดย pH ของดินที่มี B. amyloliquefaciens N3-8 เมื่อเปรียบเทียบระหว่างสัปดาห์ที่ 0 กับ 4 มีค่าเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ (p < 0.01) ในสัปดาห์ที่ 4 ดินที่มี B. pseudomallei p37 ค่า pH = 7.35±0.05 ดินที่มี B. amyloliquefaciens N3-8 มี pH = 8.26±0.06 ดินที่มีB. Pseudomalleip 37 ร่วมกับ B. amyloliquefaciens N3-8 อัตราส่วนเซลล์ 1:50, 1:100 และ 1:300 มีค่า pH =8.08 ±0.05, 8.03 ±0.05 และ 8.81 ±0.05
สรุป: B. amyloliquefaciens N3-8 ในสัดส่วน 1:300 สามารถลดปริมาณ B. pseudomallei p37ในดินได้ชัดเจน การทดสอบเพิ่มในดินธรรมชาติ จะช่วยประเมินศักยภาพการนำไปประยุกต์ใช้ลดปริมาณ B. pseudomalleiในพื้นที่ระบาดได้
causes a disease called Melioidosis. It is mostly found in soil and stagnant water in endemic areas. B. amyloliquefaciens N3-8 was isolated from soil and its secondary metabolites can kill B. pseudomallei that may be used to control B. pseudomallei in soil.
Methods: B. pseudomallei p37 and B. amyloliquefaciens N3-8 were separately cultured to obtain 1x 106and 1X109 CFU.mL-1. Then mixed B. pseudomallei p37: B. amyloliquefaciens N3-8 with 1:50, 1:100 and 1:300 ratios of cell into 10 g of soil and incubated at room temperature for 4 weeks. The soil has pH=6.98.
Results: The ratio of 1:300 can reduce the number of B. pseudomallei p37 in soil starting from the second week. The pH of soil in the presence of B. amyloliquefaciens N3-8 was significantly increased when compared at the beginning with the 4th week (p< 0.01). At the end, soil with B. pseudomallei p37 had pH = 7.35±0.05, soil with B. amyloliquefaciens N3-8 had pH = 8.26 ±0.06, soil with ratios of 1:50, 1:100 and 1:300 had pH = 8.08 ±0.05, 8.03 ±0.05 and 8.81 ±0.05.
Conclusions: B. amyloliquefaciens N3-8 at 1:300 ratio can clearly reduce the number of B. pseudomallei p37 in soil. Further investigation in natural soil environment could support the potential use of B. amyloliquefaciensN3-8 as a bio-control to reduce B. pseudomallei in endemic areas.
References
Cheng AC, Currie BJ. Melioidosis: epidemiology, pathophysiology, and management. Clin Microbiol Rev 2005; 182: 383-416.
Wiersinga WJ, Currie BJ, Peacock SJ. Melioidosis. N Engl J Med 2012; 36711: 1035-44.
Chaowagul W, White NJ, Dance DA, Wattanagoon Y, Naigowit P, Davis TM et al. Melioidosis: a major cause of community-acquired septicemia in northeastern Thailand. J Infect Dis 1989; 1595: 890-9.
Leelarasamee A. Melioidosis in Southeast Asia. Acta Trop 2000; 742-3: 129-32.
Baker R. Mechanisms of biological control of soil-borne pathogens. Annual Review of Phytopathology 1968; 61: 263-94.
Athukorala SN, Fernando WG, Rashid KY. Identification of antifungal antibiotics of Bacillus species isolated from different microhabitats using polymerase chain reaction and MALDI-TOF mass spectrometry. Can J Microbiol 2009; 559: 1021-32.
Errington J. Regulation of endospore formation in Bacillus subtilis. Nat Rev Microbiol 2003; 12: 117-26.
Boottanun P, Potisap C, Hurdle JG, Sermswan RW. Secondary metabolites from Bacillus amyloliquefaciens isolated from soil can kill Burkholderia pseudomallei. AMB Express 2017; 71: 16.
Wang-Ngarm S, Chareonsudjai S, Chareonsudjai P. Physicochemical factors affecting the growth of Burkholderia pseudomallei in soil microcosm. Am J Trop Med Hyg 2014; 903: 480-5.
Umer S, Tekewe A, Kebede N. Antidiarrhoeal and antimicrobial activity of Calpurnia aurea leaf extract. BMC Complement Altern Med 2013; 1321: 1472-6882.
Robe P, Nalin R, Capellano C, Vogel TM, Simonet P. Extraction of DNA from soil. European Journal of Soil Biology 2003; 394: 183-90.
Sansinenea E, Ortiz A. Secondary metabolites of soil Bacillus spp. Biotechnol Lett 2011; 338: 1523-38.
Fan B, Chen XH, Budiharjo A, Bleiss W, Vater J, Borriss R. Efficient colonization of plant roots by the plant growth promoting bacterium Bacillus amyloliquefaciens FZB42, engineered to express green fluorescent protein. J Biotechnol 2011; 1514: 303-11.
Weng J, Wang Y, Li J, Shen Q, Zhang R. Enhanced root colonization and biocontrol activity of Bacillus amyloliquefaciens SQR9 by abrB gene disruption. Appl Microbiol Biotechnol 2013; 9719: 8823-30.
Chowdhury SP, Hartmann A, Gao X, Borriss R. Biocontrol mechanism by root-associated Bacillus amyloliquefaciens FZB42 - a review. Front Microbiol 2015; 6: 780.
Manivanh L, Pierret A, Rattanavong S, Kounnavongsa O, Buisson Y, Elliott I et al. Burkholderia pseudomallei in a lowland rice paddy: seasonal changes and influence of soil depth and physico-chemical properties. Sci Rep 2017; 71: 3031.
Barnes JL, Ketheesan N. Route of infection in melioidosis. Emerg Infect Dis 2005; 114:638-9.
Setlow P. Germination of spores of Bacillus species: what we know and do not know. J Bacteriol 2014; 1967: 1297-305.
Palasatien S, Lertsirivorakul R, Royros P, Wongratanacheewin S, Sermswan RW. Soil physicochemical properties related to the presence of Burkholderia pseudomallei. Trans R Soc Trop Med Hyg 2008; 102 (Suppl 1): S5-9.
Ngamsang R, Potisap C, Boonmee A, Lawongsa P, Chaianunporn T, Wongratanacheewin S et al. The Contribution of Soil Physicochemical Properties to the Presence and Genetic Diversity of Burkholderia Pseudomallei. Southeast Asian J Trop Med Public Health 2015; 461: 38-50.
