Пробиотическое нарушение чувства кворума снижает вирулентность и повышает чувствительность к цефокситину в метициллине.

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 4373 (2023) Цитировать эту статью

1380 Доступов

1 Цитаты

2 Альтметрика

Подробности о метриках

Терапия, нацеленная на системы кворума (QS), регулирующие вирулентность метициллин-резистентного золотистого стафилококка (MRSA), является многообещающей альтернативой антибиотикам. Системы QS играют решающую роль в регуляции устойчивости MRSA к антибиотикам, выработке экзотоксинов, антиоксидантной защите и уклонении иммунных клеток и, следовательно, являются привлекательными терапевтическими мишенями для снижения вирулентности патогена. В настоящей работе действие биоактивных пептидов, выделенных из двух штаммов молочнокислых бактерий, было проверено на устойчивость к антибиотикам, продукцию каротиноидов, устойчивость к окислительному уничтожению и структуру биопленок у двух клинических изолятов MRSA. Результаты, полученные с помощью анализов фракционной ингибирующей концентрации с нерасфасованными и полуочищенными биоактивными молекулами, показали значительный синергический эффект, увеличивающий опосредованное цефокситином уничтожение MRSA. Это сопровождалось шестикратным снижением содержания основного мембранного пигмента стафилоксантина и увеличением на 99% восприимчивости к гибели, опосредованной окислительным стрессом. Количественный ПЦР-анализ QS-генов agrA и luxS в реальном времени показал различную экспрессию между штаммами MRSA и значительное подавление гена гемолизина hla. Световая и сканирующая электронная микроскопия выявили изменения в формировании биопленок и поведении кластеризации. Эти результаты демонстрируют, что биоактивные метаболиты могут эффективно применяться в тандеме с бета-лактамными антибиотиками для повышения чувствительности MRSA к цефокситину. Более того, эти результаты показали, что пробиотические метаболиты ослабляют несколько ключевых механизмов вирулентности, контролируемых QS.

Чрезмерное использование антибиотиков исторически способствовало росту числа бактерий, устойчивых к антибиотикам, путем отбора новых резистентных штаммов1, и также больше не ожидается, что зависимость от монотерапии антибиотиками сможет идти в ногу с появлением новых устойчивых штаммов бактерий2,3. Одна из стратегий, помогающих справиться с распространением устойчивости к противомикробным препаратам, заключается в снижении давления отбора, которое способствует возникновению устойчивости, путем ограничения использования традиционных противомикробных препаратов4. Следовательно, больше внимания уделяется исследованию альтернатив традиционной монотерапии антибиотиками3,5. В частности, альтернативные методы лечения, которые мешают распознаванию бактериального кворума (QS) и межклеточной коммуникации, являются многообещающим подходом к лучшему управлению распространением резистентности к противомикробным препаратам. Бактериальные системы QS используют сложнейшие регуляторные механизмы, способствующие бактериальному патогенезу путем адаптации экспрессии генов вирулентности к изменяющейся среде хозяина во время инфекции. При низкой плотности патогенов концентрация сигнальных молекул, используемых для связи между клетками, низкая, но они накапливаются до пороговой концентрации по мере увеличения плотности клеточной популяции. Как только порог достигается, сигнальные молекулы QS захватываются клеткой через специфические транспортеры и активируются регуляторы транскрипции, которые, в свою очередь, индуцируют гены вирулентности, необходимые на этой стадии патогенеза6. Системы QS не участвуют напрямую в основных метаболических процессах, и, по крайней мере теоретически, эти неубивающие альтернативы будут оказывать меньшее избирательное давление на патогены, способные проявлять устойчивость7,8. Более того, поскольку системы QS часто играют жизненно важную роль в типичных характеристиках и поведении бактерий, которые способствуют их общей вирулентности, например, в выработке токсинов и уклонении иммунных клеток, разрушители QS представляют собой интригующих терапевтических кандидатов в борьбе с бактериальной инфекцией и сепсисом9,10.

Одной из таких новых альтернатив, которая недавно появилась в качестве средства борьбы с патогенными бактериями, является использование пробиотических бактерий и их метаболитов, которые действуют как нарушители QS8. Хотя научных доказательств, подтверждающих утверждения о пользе пробиотиков для здоровья человека и животных, недостаточно, недавние работы выявили несколько механизмов, с помощью которых пробиотики напрямую препятствуют вирулентности патогенов. Было показано, что метаболические пептиды, продуцируемые Lactobacillus acidophilus, снижают вирулентность патогенных бактериальных штаммов за счет уменьшения использования ими QS для восприятия и общения в окружающей среде: решающий вклад в способность патогена вырабатывать токсины, вторгаться в клетки-хозяева, уклоняться от иммунных клеток и образуют биопленки11,12. Было также показано, что метаболиты, выделенные из бесклеточной отработанной среды (CFSM) культур Bifidobacterium, подавляют основные регуляторные гены, контролирующие факторы вирулентности, необходимые для прикрепления и адгезии у серовара Salmonella enterica Typhimurium и энтерогеморрагической Escherichia coli O157:H713,14. Примечательно, что in vivo было показано, что пробиотик Bacillus subtilis продуцирует метаболиты, подавляющие кворум, что в значительной степени способствовало исключению комменсального патогена Staphylococcus aureus из кишечника сельского населения Таиланда15.

0.5–1.0), an indifferent outcome was observed if the combination was equal to the effect observed from the most active component (FIC > 1.0–2.0), and an antagonistic outcome was observed when the combination of the two compounds had a reduced effect in comparison to the most active individual component (FIC > 2.0). The FICs obtained for both MRSA 81M and 414M show an inverse relation for FIC values with increasing concentration of Ef 30616 bioactive metabolites (Fig. 1c). Only strain 81M showed synergistic FIC values at all concentrations of CFSM tested, with a significant decrease in MIC at both 30 and 60 mg/ml relative to the untreated CFSM control (p < 0.0001, Dunnett's multiple comparison test). However, strain 414M only had additive effects and did not lead to significantly different MIC with any concentration of CFSM used. Therefore, the two strains of MRSA in this study have differential sensitivity to the bioactive material when treated with cefoxitin, indicating strain specific differences in response to CFSM and/or antibiotic resistance./p> 3000 Da) (n = 3). Averages of biological replicates are shown for heat maps and are presented as the means in terms of percent growth inhibition (ANOVA, p < 0.05 Dunnett's multiple comparison test)./p> 3000 Da). A checkerboard method was again used to determine the MIC of the MRSA 81M strain using the same combination of cefoxitin concentrations (0–100 µg/mL) with equal starting inoculum, and a similar pattern in reduced MIC was seen in the filtrate (Fig. 1d)./p> 99.99% cell death for MRSA strains 414M and 81M, respectively (W = 0; p < 0.05; Wilcoxon signed-rank); as opposed to the untreated 414M and 81M cells, which exhibited only 16.67% and 19.70% cell death, respectively (Fig. 4e). However, the reduction in untreated 414M was not deemed significant (W = 5; p > 0.05; Wilcoxon signed-rank)./p> 99.99% and 99.67%, respectively, even though lingering orange pigment appeared to remain in the bioactive-treated MRSA. However, this low pigment level was possibly from intermediate pigment 4,4′-diaponeurosporene, which has been indicated previously through sigB interruption40. As wildtype MRSA 414M appeared to have little carotenoid production (compared to MRSA 81M), an alternative theory is that the bioactive metabolites are also able to disrupt the intrinsic component of the agr system responsible for sensing oxidative environments8. In terms of toxin production, the transcription of hla varies amongst strains of MRSA41, and downregulation by the bioactive material may be through a conserved mechanism like quorum sensing. The reduction in hla was phenotypically observed in the growth of MRSA colonies following treatment with the bioactive material, which showed strong reduction in hemolysis rings on blood agar media for both strains. In addition, most of the colonies with reduced hemolysis displayed different morphologies than the wildtype MRSA: colonies were small, slow-growing and had lost most of their original pigmentation (Fig. 3a,b). These colonies have been previously described in MRSA cultures as small colony variants. Disruption of the agr system has been linked to SVCs within wildtype MRSA populations, and which have been shown to display reduced virulence and increased cell aggregation. Together, these findings support the notion that certain Ef 30616 proteobiotic molecules may disrupt typical cell wall synthesis in MRSA by blocking carotenoid production that acts as a crucial antioxidant, resulting in increased sensitivity to oxidant killing./p>

Блог

Пробиотическое нарушение чувства кворума снижает вирулентность и повышает чувствительность к цефокситину в метициллине.