กิจกรรมการต้านควอรัมเซนซิงของแอคติโนแบคทีเรีย ต่อเชื้อ Serratia marcescens

วนิสา จีนหลง; เอกศิษฏ์ สุพรรณโรจน์; พงศ์ระวี นิ่มน้อย; จินตนาถ วงศ์ชวลิต; อารีย์ อินทร์นวล; รัชนี มิ่งมา

ผู้แต่ง

วนิสา จีนหลง สาขาวิชจุลชีววิทยา ภาควิชาวิทยาศาสตร์และนวัตกรรมชีวภาพ คณะศิลปศาสตร์และวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ วิทยาเขตกำแพงแสน อำเภอกำแพงแสน จังหวัดนครปฐม 73140
เอกศิษฏ์ สุพรรณโรจน์ สาขาวิชจุลชีววิทยา ภาควิชาวิทยาศาสตร์และนวัตกรรมชีวภาพ คณะศิลปศาสตร์และวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ วิทยาเขตกำแพงแสน อำเภอกำแพงแสน จังหวัดนครปฐม 73140
พงศ์ระวี นิ่มน้อย สาขาวิชจุลชีววิทยา ภาควิชาวิทยาศาสตร์และนวัตกรรมชีวภาพ คณะศิลปศาสตร์และวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ วิทยาเขตกำแพงแสน อำเภอกำแพงแสน จังหวัดนครปฐม 73140
จินตนาถ วงศ์ชวลิต สาขาวิชจุลชีววิทยา ภาควิชาวิทยาศาสตร์และนวัตกรรมชีวภาพ คณะศิลปศาสตร์และวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ วิทยาเขตกำแพงแสน อำเภอกำแพงแสน จังหวัดนครปฐม 73140
อารีย์ อินทร์นวล สาขาวิชจุลชีววิทยา ภาควิชาวิทยาศาสตร์และนวัตกรรมชีวภาพ คณะศิลปศาสตร์และวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ วิทยาเขตกำแพงแสน อำเภอกำแพงแสน จังหวัดนครปฐม 73140
รัชนี มิ่งมา สาขาวิชจุลชีววิทยา ภาควิชาวิทยาศาสตร์และนวัตกรรมชีวภาพ คณะศิลปศาสตร์และวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ วิทยาเขตกำแพงแสน อำเภอกำแพงแสน จังหวัดนครปฐม 73140

คำสำคัญ:

แอคติโนแบคทีเรีย, การยับยั้งควอรัมเซนซิง, Serratia marcescens, Streptomyces sp.

บทคัดย่อ

ระบบควอรัมเซนซิง (quorum sensing; QS) ของแบคทีเรียเป็นกลไกการสื่อสารระหว่างเซลล์ที่มีบทบาทในการควบคุมกระบวนการทางสรีรวิทยาหลายประการของจุลินทรีย์ รวมถึงการสร้างไบโอฟิล์มและการผลิตปัจจัยก่อความรุนแรง ดังนั้น การยับยั้งระบบควอรัมเซนซิง (quorum sensing inhibition; QSI) จึงเป็นอีกหนึ่งวิธีที่กำลังได้รับสนใจเพื่อใช้ในการควบคุมโรคติดเชื้อในแบคทีเรีย การศึกษานี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษากิจกรรมการต้านควอรัมเซนซิงของเชื้อแอคติโนแบคทีเรียต่อแบคทีเรีย Serratia marcescens ผลการทดสอบเชื้อแอคติโนแบคทีเรียจำนวน 10 ไอโซเลต พบว่ามีเพียงไอโซเลต PKS22-27 เท่านั้นที่แสดงกิจกรรมการต้านระบบควอรัมเซนซิง โดยสามารถยับยั้งการสร้างรงควัตถุโพรดิจิโอซิน (prodigiosin) ของ S. marcescens ได้ โดยไม่แสดงฤทธิ์ยับยั้งการเจริญของเชื้อแบคทีเรีย จากนั้นทำการสกัดสารเมแทบอไลต์ทุติยภูมิของไอโซเลต PKS22-27 จากน้ำเลี้ยงเชื้อปราศจากเซลล์ด้วยตัวทำละลายเอทิลอะซิเตต และประเมินฤทธิ์การต้านควอรัมเซนซิงด้วยวิธี agar well diffusion พบว่าสารสกัดหยาบของไอโซเลต PKS22-27 สามารถยับยั้งการสร้างรงควัตถุได้โดยไม่ยับยั้งการเจริญของเชื้อ ซึ่งยืนยันถึงศักยภาพในการยับยั้งควอรัมเซนซิง การระบุชนิดโดยอาศัยการวิเคราะห์ลำดับเบสบางส่วนของยีน 16S rRNA พบว่าไอโซเลต PKS22-27 จัดอยู่ในสกุล Streptomyces และมีความคล้ายคลึงสูงสุดกับ Streptomyces badius JCM4350^T (99.14 เปอร์เซ็นต์) ผลการศึกษานี้แสดงให้เห็นว่า Streptomyces sp. PKS22-27 เป็นแหล่งของสารที่มีฤทธิ์ต้านควอรัมเซนซิง การยับยั้งการสร้างรงควัตถุโพรดิจิโอซินซึ่งเป็นลักษณะที่ถูกควบคุมโดยระบบควอรัมเซนซิง บ่งชี้ถึงผลกระทบที่อาจส่งผลต่อการสร้างชั้นไบโอฟิล์ม ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีการทดสอบการสร้างไบโอฟิล์มเพิ่มเติม เพื่อยืนยันกลไกการออกฤทธิ์ต่อไป

เอกสารอ้างอิง

Bérdy, J. (2005). Bioactive microbial metabolites. The Journal of Antibiotics, 58(1), 1-26. https://doi.org/10.1038/ja.2005.1

Chalita, M., Kim, Y. O., Park, S., Oh, H. S., Cho, J. H., Moon, J., Baek, N., Moon, C., Lee, K., Yang, J., Nam, G. G., Jung, Y., Na, S. I., Bailey, M. J., & Chun, J. (2024). EzBioCloud: a genome-driven database and platform for microbiome identification and discovery. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology, 74(6). https://doi.org/10.1099/ijsem.0.006421

Devi, K. R., Srinivasan, S., & Ravi, A. V. (2018). Inhibition of quorum sensing-mediated virulence in Serratia marcescens by Bacillus subtilis R-18. Microbial Pathogenesis, 120, 166-175. https://doi.org/10.1016/j.micpath.2018.04.023

Dimitrova, P. D., Ivanova, V., Trendafilova, A., & Paunova-Krasteva, T. (2024). Anti-biofilm and anti-quorum-sensing activity of inula extracts: A strategy for modulating Chromobacterium violaceum virulence factors. Pharmaceuticals, 17(5), 573. https://www.mdpi.com/1424-8247/17/5/573

Felsenstein, J. (1985). Confidence limits on phylogenies: An approach using the bootstrap. Evolution, 39(4), 783-791.

Ghannay, S., Aouadi, K., Kadri, A., & Snoussi, M. (2022). In vitro and in silico screening of anti-Vibrio spp., antibiofilm, antioxidant and anti-quorum sensing activities of Cuminum cyminum L. volatile oil. Plants (Basel), 11(17). https://doi.org/10.3390/plants11172236

Gowrishankar, S., Pandian, S. K., Balasubramaniam, B., & Balamurugan, K. (2019). Quorum quelling efficacy of marine cyclic dipeptide -cyclo(L-leucyl-L-prolyl) against the uropathogen Serratia marcescens. Food and Chemical Toxicology, 123, 326-336. https://doi.org/10.1016/j.fct.2018.11.013

Horng, Y.-T., Deng, S.-C., Daykin, M., Soo, P.-C., Wei, J.-R., Luh, K.-T., Ho, S.-W., Swift, S., Lai, H.-C., & Williams, P. (2002). The LuxR family protein SpnR functions as a negative regulator of N-acylhomoserine lactone-dependent Quorum Sensing in Serratia marcescens. Molecular Microbiology, 45, 1655-1671. https://doi.org/10.1046/j.1365-2958.2002.03117.x

Husain, F. M., Ahmad, I., Al-thubiani, A. S., Abulreesh, H. H., AlHazza, I. M., & Aqil, F. (2017). Leaf extracts of Mangifera indica L. inhibit quorum sensing – regulated production of virulence factors and biofilm in test bacteria. Frontiers in Microbiology, 8, 727. https://doi.org/10.3389/fmicb.2017.00727

Jakubiec-Krzesniak, K., Rajnisz-Mateusiak, A., Guspiel, A., Ziemska, J., & Solecka, J. (2018). Secondary metabolites of actinomycetes and their antibacterial, antifungal and antiviral Properties. Polish Journal of Microbiology, 67(3), 259-272. https://doi.org/10.21307/pjm-2018-048

Lacey, H. J., & Rutledge, P. J. (2022). Recently discovered secondary metabolites from Streptomyces Species. Molecules, 27(3). https://doi.org/10.3390/molecules27030887

Morohoshi, T., Shiono, T., Takidouchi, K., Kato, M., Kato, N., Kato, J., & Ikeda, T. (2007). Inhibition of quorum sensing in Serratia marcescens AS-1 by synthetic analogs of N-acylhomoserine lactone. Applied and Environmental Microbiology, 73(20), 6339-6344. https://doi.org/10.1128/AEM.00593-07

Packiavathy, I. A. S. S., Agilandeswari, P., Musthafa, K. S., Pandian, S. K., & Ravi, A. V. (2012). Antibiofilm and quorum sensing inhibitory potential of Cuminum cyminum and its secondary metabolite methyl eugenol against Gram negative bacterial pathogens. Food Research International, 45(1), 85-92. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.foodres.2011.10.022

Polkade, A. V., Mantri, S. S., Patwekar, U. J., & Jangid, K. (2016). Quorum sensing: an under-explored phenomenon in the Phylum Actinobacteria. Frontiers in Microbiology, 7, 131. https://doi.org/10.3389/fmicb.2016.00131

Qi, Y., Ji, P., Yin, K., Zheng, Y., Niu, J., Jia, A., Zhou, J., & Li, J. (2023). Phloretin inhibits quorum sensing and biofilm formation in Serratia marcescens. Molecules, 28(24), 8067. https://www.mdpi.com/1420-3049/28/24/8067

Rasmussen, T. B., Manefield, M., Andersen, J. B., Eberl, L., Anthoni, U., Christophersen, C., Steinberg, P. D., Kjelleberg, S., & Givskov, M. (2000). How Delisea pulchra furanones affect quorum sensing and swarming motility in Serratia liquefaciens MG1. Microbiology, 146(12), 3237-3244.

Reichardt, C., Estes, D., Carlson, C. M., Currie, C. R., & May, D. S. (2025). Endophytic Streptomyces from honeybee hives inhibit plant and honeybee pathogens. Frontiers in Microbiology, 16, 1644842. https://doi.org/10.3389/fmicb.2025.1644842

Rasmussen, T. B., Manefield, M., Andersen, J. B., Eberl, L., Anthoni, U., Christophersen, C., Steinberg, P. D., Kjelleberg, S., & Givskov, M. (2000). How Delisea pulchra furanones affect quorum sensing and swarming motility in Serratia liquefaciens MG1. Microbiology, 146(12), 3237-3244.

Samreen, Qais, F. A., & Ahmad, I. (2022). Anti-quorum sensing and biofilm inhibitory effect of some medicinal plants against gram-negative bacterial pathogens: in vitro and in silico investigations. Heliyon, 8(10), e11113. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2022.e11113

Shirling, E. B., & Gottlieb, D. (1966). Methods for characterization of Streptomyces species. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology, 16(3), 313-340. https://doi.org/https://doi.org/10.1099/00207713-16-3-313

Shivlata, L., & Satyanarayana, T. (2017). Characteristics of Raw Starch-Digesting α-Amylase of Streptomyces badius DB-1 with transglycosylation activity and its applications. Applied Biochemistry and Biotechnology, 181(4), 1283-1303. https://doi.org/10.1007/s12010-016-2284-4

Tamura, K., Stecher, G., & Kumar, S. (2021). MEGA11: Molecular evolutionary genetics analysis version 11. Molecular Biology and Evolution, 38(7), 3022-3027. https://doi.org/10.1093/molbev/msab120

Thabit, A. K., Eljaaly, K., Zawawi, A., Ibrahim, T. S., Eissa, A. G., Elbaramawi, S. S., Hegazy, W. A. H., & Elfaky, M. A. (2022). Muting bacterial communication: Evaluation of prazosin anti-quorum sensing activities against Gram-negative bacteria Pseudomonas aeruginosa, Proteus mirabilis, and Serratia marcescens. Biology, 11(9), 1349. https://www.mdpi.com/2079-7737/11/9/1349

Tongtoht, J., Wongchawalit, J., & Mingma, R. (2024). Antimicrobial activities against pathogenic bacteria of marine actinobacteria isolated from mangrove sediments at Klong Khon Mangrove Forest, Thailand. Science Essence Journal, 40(1), 74-87.

Zhang, K., Gu, L., Zhang, Y., Liu, Z., & Li, X. (2020). Dinactin from a new producer, Streptomyces badius gz-8, and its antifungal activity against the rubber anthracnose fungus Colletotrichum gloeosporioides. Microbiological Research, 240, 126548. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.micres.2020.126548

Zhang, Z., Sun, Y., Yi, Y., Bai, X., Zhu, L., Zhu, J., Gu, M., Zhu, Y., & Jiang, L. (2023). Screening and identification of a Streptomyces strain with quorum-sensing inhibitory activity and effect of the crude extracts on virulence factors of Pseudomonas aeruginosa. Microorganisms, 11(8), 2079. https://www.mdpi.com/2076-2607/11/8/2079