Bacillus amyloliquefaciens GA1 as a source of potent antibiotics and other secondary metabolites for biocontrol of plant pathogens

Phytopathogenic fungi affecting crop and post-harvested vegetables are a amajor threat to food production and food storage. To face these drawbacks, producers have become increasingly dependent on agrochemicals. However, intensive use of these compounds has led to the emergence of pathogen resistance and severe negative environmental impacts. There are also a number of plant diseases for which chemical solutions are ineffective or non-existent as well as an increasing demand by consumers for pesticide-free food. Thus, biological control through the use of natural antagonistic microorganisms has emerged as a promising alternative to chemical pesticides for more rational and safe crop management. RESULTS: The genome of the plant-associated B. amyloliquefaciens GA1 was sample sequenced. Several gene clusters involved in the synthesis of biocontrol agents were detected. Four gene clusters were shown to direct the synthesis of the cyclic lipopeptides surfactin, iturin A and fengycin as well as the iron-siderophore bacillibactin. Beside these non-ribosomaly synthetised peptides, three additional gene clusters directing the synthesis of the antibacterial polyketides macrolactin, bacillaene and difficidin were identified. Mass spectrometry analysis of culture supernatants led to the identification of these secondary metabolites, hence demonstrating that the corresponding biosynthetic gene clusters are functional in strain GA1. In addition, genes encoding enzymes involved in synthesis and export of the dipeptide antibiotic bacilysin were highlighted. However, only its chlorinated derivative, chlorotetaine, could be detected in culture supernatants. On the contrary, genes involved in ribosome-dependent synthesis of bacteriocin and other antibiotic peptides were not detected as compared to the reference strain B. amyloliquefaciens FZB42. CONCLUSION: The production of all of these antibiotic compounds highlights B. amyloliquefaciens GA1 as a good candidate for the development of biocontrol agents

Cyclic lipopeptide‐producing Pseudomonas koreensis group strains dominate the cocoyam rhizosphere of a Pythium root rot suppressive soil contrasting with P. putida prominence in conducive soils

Pseudomonas isolates from tropical environments have been underexplored and may form an untapped reservoir of interesting secondary metabolites. In this study, we compared Pseudomonas and cyclic lipopeptide (CLP) diversity in the rhizosphere of a cocoyam root rot disease (CRRD) suppressive soil in Boteva, Cameroon with those from four conducive soils in Cameroon and Nigeria. Compared with other soils, Boteva andosols were characterized by high silt, organic matter, nitrogen and calcium. Besides, the cocoyam rhizosphere at Boteva was characterized by strains belonging mainly to the P . koreensis and P . putida (sub)groups, with representations in the P . fluorescens , P . chlororaphis , P . jessenii and P . asplenii (sub)groups. In contrast, P . putida isolates were prominent in conducive soils. Regarding CLP diversity, Boteva was characterized by strains producing 11 different CLP types with cocoyamide A producers, belonging to the P . koreensis group, being the most abundant. However, putisolvin III‐V producers were the most dominant in the rhizosphere of conducive soils in both Cameroon and Nigeria. Furthermore, we elucidated the chemical structure of putisolvin derivatives—putisolvin III‐V, and described its biosynthetic gene cluster. We show that high Pseudomonas and metabolic diversity may be driven by microbial competition, which likely contributes to soil suppressiveness to CRRD

Identification, production et caractérisation de l’amylolysine, un lantibiotique de Type-B produit par Bacillus amyloliquefaciens GA1

Bacillus amyloliquefaciens GA1, antérieurement dénommée Bacillus subtilis GA1, est décrit dans la littérature comme étant une souche capable d’inhiber la croissance de nombreux micro-organismes. Afin d’identifier les molécules responsables de ces activités biologiques, un séquençage partiel et aléatoire du génome de cette souche a été entrepris au laboratoire. Parallèlement à ce séquençage, nous avons entrepris une caractérisation globale des propriétés biologiques des métabolites secondaires produits par cette souche. La production de ces métabolites, essentiellement de type PKs et NRPs, a été mise en évidence par chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse (LC-MS). Ainsi, nous avons pu mettre en évidence la présence de plusieurs clusters de gènes mais également la production de lipopeptides, polykétides et sidérophores. Lors du séquençage partiel du génome de B. amyloliquefaciens GA1, l’identification d’une séquence de 800 paires de bases (bp) homologue à celle d’un gène de Bacillus licheniformis ATCC 14580 codant pour une enzyme de modification d’un lantibiotique (« Lanthionine containing antibiotic »), nous a permis d’émettre l’hypothèse que B. amyloliquefaciens GA1 pourrait produire une molécule de type lantibiotique. Afin de vérifier cette hypothèse, nous avons entrepris l’identification, la purification et la caractérisation de ce peptide antibactérien. Pour permettre cette caractérisation, nous avons tout d’abord mis au point une méthode de production et de purification adaptée aux lantibiotiques. En parallèle, un séquençage des gènes responsables de la biosynthèse de ce lantibiotique, dénommé amylolysine, a également été réalisé. Les gènes responsables de la biosynthèse du lantibiotique sont au nombre de sept, formant quatre opérons, pour une taille totale de 9,6 kilobases (kb). La masse moléculaire du lantibiotique purifié, ainsi que les gènes de biosynthèse de celui-ci, nous ont confirmé que le lantibiotique produit par B. amyloliquefaciens GA1 est un lantibiotique qui n’avait pas encore été décrit dans la littérature. Nous avons mis en évidence le mode d’action de cette bactériocine de Type 1 et initier une étude structurale de cette dernière. Nos résultats ont démontrés que l’amylolysine est un lantibiotique de Type-B bien que son mode d’action soit atypique pour ce type de molécule. En effet, l’amylolysine est capable, à la fois, d’interagir avec le lipide II, ce qui inhibe la synthèse du peptidoglycane, et de former des pores dans la membrane des bactéries sensibles. Ce double mode d’action, décrit chez les lantibiotiques de Type-A, n’a jamais été décrit chez les lantibiotiques de Type-B, qui, en général ne sont pas capables de former des pores dans la membrane des bactéries. Enfin, dans le but de démontrer une application biotechnologique de l’amylolysine, sa capacité à inhiber la croissance de souches pathogènes, tel que Listeria monocytogenes, sur de la viande de volaille a été démontrée et comparée à la nisine, un lantibiotique utilisé en tant qu’agent de conservation dans l’industrie agro-alimentaire depuis de nombreuses années. En plus d’inhiber la croissance de L. monocytogenes, nous avons démontré que l’amylolysine est plus stable que la nisine par rapport aux protéases présentes naturellement dans la viande de volaille. Ce qui fait de l’amylolysine un excellent candidat pour l’utilisation de cette dernière en tant qu’agent de conservation

Dual mode of action of amylolysin, a type-B lantibiotic produced by Bacillus amyloliquefaciens GA1

The partial genome sequencing of Bacillus amyloliquefaciens GA1 led to the identification of the aml gene cluster involved in the synthesis of the novel lantibiotic named amylolysin. Pure amylolysin was shown to have an antibacterial activity toward Gram-positive bacteria including methicillin resistant Staphylococcus aureus. The lantibiotic was also found efficient to inhibit the growth of Listeria monocytogenes strains on poultry meat upon a long storage at 4°C. In silico analyses of the aml gene cluster revealed the presence of a characteristic motif involved in interaction with peptidoglycan precursor lipid II. In the present work, this interaction was further investigated using the LiaRS based reporter gene that is able to sense specifically antibiotics that interfere with lipid II cycle. Beside this, the pore-forming ability of amylolysin was evidenced by means of membrane depolarization measurements and cell leaking experiments. © 2014 Bentham Science Publishers.SCOPUS: ar.jinfo:eu-repo/semantics/publishe

Science against microbial pathogens: communicating current research and technological advances: Gram-positive antibiotic biosynthesis cluster: a review

info:eu-repo/semantics/publishe

Gram-positive antibiotic biosynthesis cluster: a review.

peer reviewe