خاموشی حدنصاب حسگری باکتری‌ها توسط عصارۀ گیاهان و تأثیر آن بر بیماری‌زایی باکتری Pectobacterium carotovorum

نوع مقاله: مقاله علمی-پژوهشی

نویسنده

استادیار بیماری‌شناسی گیاهی، گروه گیاهپزشکی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد اصفهان (خوراسگان)، اصفهان، ایران

چکیده

باکتری‌ها از یک مکانیسم مولکولی پیشرفته به‌نام حدنصاب حسگری یا quorum sensing برای تنظیم بیان ژن‌ها و برنامه‌ریزی فعالیت‌های اجتماعی در جمعیت استفاده می‌کنند. این پدیده همراه با تولید مولکول‌های کوچک پیام‌رسان مانند
اسیل هموسرین لاکتون است و فرآیندهای بیولوژیک بسیار مهمی از جمله تولید بیوفیلم، آنتی‌بیوتیک و فاکتورهای بیماری‌زایی را تنظیم می‌کند. بعضی گیاهان به‌دلیل ارتباط طولانی مدت با باکتری‌ها قادر به تولید ترکیباتی هستند که فعالیت‌های وابسته به حدنصاب حسگری باکتری‌ها را سرکوب می‌کنند. در این پژوهش فعالیت مختل‌کنندگی سیستم حدنصاب حسگری در عصارۀ متانولی 25 گونه گیاهی با استفاده از باکتری گزارش‌گر Chromobacterium violaceum CV026 در حضور پنج میلی‌گرم در لیتر مولکول سیگنال C6-AHL در محیط کشت لوریا برتانی ردیابی شد. نتایج نشان داد عصاره‌های گیاهان گشنیز
Coriandrum sativum،شیرین‌بیان Glycyrrhiza glabra، منداب Eruca sativa، ختمی Althea officinalis و کرفس‌کوهی Kelussia odoratissima، تولید رنگ‌دانه ویولاسئین در باکتری C. violaceum CV026 را سرکوب کرده و باعث تشکیل پرگنه‌های روشن باکتری گزارش‌گر در اطراف چاهک عصاره‌ها شدند. عصاره‌های کرفس‌کوهی و منداب با اثر تخریبی در فعالیت پروتئین‌های LuxI و LuxR باکتری گزارش‌گر، بیشترین تأثیر را در سرکوب حدنصاب حسگری داشتند. در این پژوهش غده‌های ضدعفونی شده سیب‌زمینی با سوسپانسیون cfu/ml 106 باکتری Pectobacterium carotovorum و عصاره‌های گیاهی تلقیح و به‌مدت 72 ساعت در دمای 30 درجۀ سلسیوس و رطوبت نسبی 80 درصد قرار داده شدند. نتایج نشان داد غده‌های تیمار شده با عصارۀ گیاهان شیرین‌بیان و منداب کاهش شدید علائم پوسیدگی نرم (بیش از 60 درصد) را نشان دادند. این گیاهان حاوی ترکیباتی هستند که با اختلال در حدنصاب حسگری، تولید آنزیم‌های پکتینولیتیک را در باکتری پکتوباکتریوم مختل می‌کنند.

 

کلیدواژه‌ها


Chenia, Y.H.2013. Anti-quorum sensing potential of crude Kigelia africana fruit extracts. Sensors, 13:
2802-2817.

Choo, J.H., Rukayadi, Y. & Hwang, J.K. 2006. Inhibition of bacterial quorum sensing by vanilla extract. Letter of Applied Microbiology, 42: 637-641.

Cirou, A., Uroz, S., Chapelle, E., Latour, N.O., Faure, D. & Dessaux, Y. 2009. Quorum sensing as a target for novel biocontrol strategies directed at Pectobacterium. pp. 121-131. In: Gisi, U., Chet, I. & Gullino, M. (eds.), Recent Developments in Management of Plant Diseases. Plant Pathology in the 21st Century (Contributions to the 9th International Congress), Vol. 1. Springer, Dordrecht.

Delalande, L., Faure, D., Raffoux, A., Uroz, S., D’Angelo-Picard, C., Elasri, M., Carlier, A., Berruyer, R., Petit, A., Williams, P. & Dessaux, Y. 2005. N-hexanoyl-L-homoserine lactone, a mediator of bacterial quorum-sensing regulation, exhibits plant-dependent stability and may be inactivated by germinating Lotus corniculatus seedlings. EMS Microbiological Ecology, 52:13-20.

Dong, Y.H., Wang, L.Y. & Zhang, L.H. 2007. Quorum-quenching microbial infections: mechanisms and implications.  Philosophical Transactions of the Royal Society of London B, 362:1201-1211.

Fray, R.G. 2002. Altering plant-microbe interaction through artificially manipulating bacterial quorum sensing. Annal Botany (Lond), 89: 245-253.

Fuqua, C., Parsek, M.R. & Greenberg, E.P. 2001. Regulation of gene expression by cell-to cell communication: acyl-homoserine lactone quorum sensing. Annual Review of Genetics, 35: 439-468.

Gao, M., Teplitski, M., Robinson, J.B. & Bauer, W.D. 2003. Production of substances by Medicago truncatula that affect bacterial quorum sensing. Molecular Plant Microbe Interaction, 16: 827–834.

Hu, J.Y., Yang, F., Lin, Y.H., Zhang, H.B., Ong, S.L., Dong, N., Xu, J.L., Ng, W.J. & Zhang, L.H. 2003. Microbial diversity and prevalence of virulent pathogens in biofilms developed in a water reclamation system. Research in Microbiology,154: 623–629.

Jafra, S., Jalink, H., van der Schoor, R. & van der Wolf, J.M. 2006. Pectobacterium carotovorum subsp. carotovorum strains show diversity in production of and response to N-acyl homoserine lactones. Journal of Phytopathology,154: 729–739.

Keshavan, N.D., Chowdhary, P.K., Haines, D.C. & González, J.E. 2005. L-Canavanine made by Medicago sativa interferes with quorum sensing in Sinorhizobium meliloti. Journal of Bacteriology,
187: 8427-8436.

Khan, M.S.A., Zahin, M., Hasan, S., Husain, F.M. & Ahmad, I. 2009. Inhibition of quorum sensing regulated bacterial functions by plant essential oils with special reference to clove oil. Letters in Applied Microbiology, 49: 354–360.

Makhfian, M., Hasanzadeh, N., Larijani, A. & Mahmoudi, E. 2015. Anti quorum sensing properties of Anetum graveolens, Essential Oil of Bearing Plant, 18: 687–696.

Mahmoudi, E. 2015. Signaling  molecules  from  Lactuca  sativa induced  quorum  sensing  phenotypes  in  Bacteria. Journal of Research in Plant Protection, 52(2): 166–171.

Mahmoudi, E., Tarzaban, S. & Khodaygan, P. 2014. Dual behaviors of plant against bacterial quorum sensing: Inhibition or Excitation. Journal of Plant Pathology, 96: 295–301.

Manefield, M., Rasmussen, T.B., Henzter, M., Andersen, J.B., Steinberg, P., Kjelleberg, S. & Givskov, M. 2002. Halogenated furanones inhibit quorum sensing through accelerated LuxR turnover. Microbiology, 148: 1119–1127.

McClean, K.H., Winson, M.K., Fish, L., Taylor, A., Chhabra, S.R., Camara, M., Daykin, M., Lamb, J.H., Swift, S., Bycroft, B.W., Stewart, G.S. & Williams, P. 1997. Quorum sensing and Chromobacterium violaceum: exploitation of violacein production and inhibition for the detection of N-acylhomoserine lactones. Microbiology, 143: 3703–3711.

Rabbani, M., Sajjadi, S.E. & Sadeghi, M. 2011. Chemical composition of the essential oil from Kelussia odoratissima Mozaff. and the evaluation of its sedative and anxiolytic effects in mice. Clinics, 66: 843–848.

Rasmussen, T.B. & Givskov, M. 2006. Quorum sensing inhibitors: a bargain of effects. The Journal of Microbiology, 152: 895–904.

Rodrigues, A.C., de Dliveria, A.D., da Silva, E.R., Sacramentd, N.T.B., Bertoldi, M.C. & Pinto, U.M. 2016.  Anti-quorum sensing activity of phenolic extract from Eugenia brasiliensis (Brazilian cherry). Food Science and Technology, 36(2): 337–343.

Shukla, V. & Bhathena, Z. 2016. Broad Spectrum Anti-quorum sensing activity of tannin-rich crude extracts of indian medicinal plants. Scientifica, Article ID 5823013, 8 p.
Smith, D., Wang, J.H., Swatton, J.E., Davenport, P., Price, B., Mikkelsen, H., Stickland, H., Nishikawa, K., Gardiol, N., Spring, D.R. & Welch, M. 2006. Variations on a theme: diverse N-acyl homoserine lactone-mediated quorum sensing mechanisms in gram-negative bacteria. Science Progress,
89: 167-211.
Song, C., Ma, H., Zhao, Q., Song, S. & Jia, Z. 2012. Inhibition of quorum sensing activity by ethanol extract of Scutellaria baicalensis georgi. Plant Pathology and Microbiology, 7: 1–4.

Sperandio, V. 2007. Novel approaches to bacterial infection therapy by interfering with bacteria to bacteria signaling. Expert Review of AntiInfection Therapy, 5: 271–276.

Tan, L.Y., Yin, W.F. & Chan, K.G. 2012. Silencing quorum sensing through extracts of melicope lunu-ankenda. Sensors, 12: 4339–4351.

Tiwary, B.K., Ghosh, R., Moktan, S., Ranjan, V.K., Dey, P., Choudhury, D., Dutta, S., Deb, D., Das, A.P. & Chakraborty,R. 2017. Prospective bacterial quorum sensing inhibitors from Indian medicinal plant extracts. Letters in Applied Microbiology, 65: 2–10.  

Tolmacheva, A.A., Rogozhin, E.A. & Deryabin, D.G. 2014. Antibacterial and quorum sensing regulatory activities of some traditional Eastern-European medicinal plants, Acta Pharmacology. 64: 173–186.

Uroz, S., Dessaux, Y. & Oger, P. 2009. Qourum sensing and Qourum quenching: The Yin and Yang of bacterial communication. Chemistry and Biochemistry, 10: 205–216.

Whitehead, N.A., Barnard, A.M., Slater, H., Simpson, N.J. & Salmond, G.P. 2001. Quorum-sensing in Gram-negative bacteria. FEMS Microbiological Review, 25: 365–404.

Williams, P., Winzer, K., Chan, W.C. & Cámara, M. 2007. Look who’s talking: communication and quorum sensing in the bacterial world. Philosophy Trans R Society, London Biological Science,
362: 1119–1134.

Yeo, S.S.M. & Tham, F.Y. 2012. Anti-quorum sensing and antimicrobial activities of some traditional Chinese medicinal plants commonly used in South-East Asia. Malaysian Journal of Microbiology, 8: 11–20.