Identification of antifungal antibiotics of Bacillus species isolated from different microhabitats using polymerase chain reaction and MALDI-TOF mass spectrometry

Authors: Athukorala, Sarangi N.P.; Fernando, W. G. Dilantha; Rashid, Khalid. Y.

Source: Canadian Journal of Microbiology, Volume 55, Number 9, September 2009 , pp. 1021-1032(12)

Publisher: NRC Research Press

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Abstract:

Although many Bacillus species are known to be good antibiotic producers capable of acting as biocontrol agents, the underlying antimicrobial mechanisms are often poorly understood. In this study, 21 Bacillus strains, demonstrating over 50% mycelial inhibition against Sclerotinia sclerotiorum as well as significant control in plant assays, were examined for the presence of antibiotic biosynthetic genes. Primers specific for bacillomycin D, iturin A, surfactin, mycosubtilin, fengycin, and zwittermicin A were used to amplify biosynthetic genes from these bacteria using PCR. The majority of strains harbored surfactin (21/21) and iturin A (20/21) biosynthetic genes. Three strains (Bacillus subtilis 3057, Bacillus amyloliquefaciens BS6, and Bacillus mycoides 4079) were positive for bacillomycin D, whereas 4 strains (B. subtilis H-08-02, B. subtilis 3057, B. amyloliquefaciens BS6, and B. mycoides 4079) showed the presence of the fengycin biosynthetic gene. The zwittermicin A gene was detected in B. mycoides S, Bacillus thuringiensis BS8, and B. amyloliquefaciens BS6. Sequence analysis of purified PCR products revealed homology with corresponding genes from other Bacillus sp. in the GenBank database. Production of particular antibiotics in strains BS6, H-08-02, 3057, and 4079 was confirmed through matrix-assisted laser desorption ionization - time of flight - mass spectroscopy (MALDI-TOF-MS). This study revealed the equivalent capability of different Bacillus strains from various microhabitats to produce the above-mentioned antibiotics and highlights the possibility of using some strains as potential biocontrol agents under different microhabitats distant from their original habitat. Furthermore, it will enable researchers to develop rational strategies for the application of the antagonists and their metabolites within an agroecosystem. To the best of our knowledge, this is the first report of a B. mycoides strain that carries biosynthetic genes and produces fengycin and surfactin.

Même si plusieurs espèces de Bacillus sont reconnues comme étant de bonnes productrices d’antibiotiques capables d’agir comme agents de contrôle biologique, les mécanismes antimicrobiens sous-jacents sont souvent peu compris. Dans cette étude, 21 souches de Bacillus montrant un pouvoir d’inhibition de la croissance mycéliale de Sclerotinia sclerotiorum de plus de 50 % ainsi qu’un pouvoir de contrôle significatif lors d’analyses sur végétaux, ont été examinées relativement à la présence de gènes de biosynthèse d’antibiotiques. Des amorces spécifiques à la bacillomycine D, à l’iturine A, à la surfactine, à la mycosubtiline, à la fengycine et à la zwittermicine A ont été utilisées pour amplifier par réaction en chaîne par polymérase (PCR) les gènes de biosynthèse présents chez ces bactéries. La majorité des souches possédaient les gènes de biosynthèse de la surfactine (21/21) et de l’iturine A (20/21). Trois souches (Bacillus subtilis 3057, Bacillus amyloliquefaciens BS6 et Bacillus mycoides 4079) étaient positives à la bacillomycine D alors que 4 souches (B. subtilis H-08-02, B. subtilis 3057, B. amyloliquefaciens BS6 et B. mycoides 4079) révélaient la présence du gène de biosynthèse de la fengycine. Le gène de la zwittermicine A a été détecté chez B. mycoides S, Bacillus thuringiensis BS8 et B. amyloliquefaciens BS6. L’analyse de la séquence des produits de PCR purifiés a révélé une homologie avec les gènes correspondants chez d’autres espèces de Bacillus dans la base de données GenBank. La production d’antibiotiques particuliers dans les souches BS6, H-08-02, 3057 et 4079 a été confirmée par spectroscopie MALDI-TOF-MS. Cette étude a révélé que différentes souches de Bacillus provenant de microhabitats variés possèdent des capacités équivalentes de production des antibiotiques mentionnés plus haut et souligne la possibilité d’utiliser quelques unes de ces souches comme agents de contrôle biologique potentiels dans différents microhabitats éloignés de leur habitat original. De plus, elle permettra d’entreprendre de la recherche pour développer des stratégies rationnelles visant l’application d’antagonistes et de leurs métabolites dans un écosystème agricole. À notre connaissance, il s’agit de la première description d’une souche de B. mycoides portant des gènes de biosynthèse et produisant de la fengycine et de la surfactine.

Document Type: Research Article

Publication date: September 1, 2009

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