نقش ژن بیوفیلم در مقاومت آنتی بیوتیکی و پاتوژنز ورم پستان استافیلوکوکوس اورئوس

محورهای موضوعی : میکروبیولوژی

سعیده فروتن ¹ , محمد امین اسلامپور ² , محمد ایمان عینی ³ , فرشته جبل عاملی ⁴ , قاسم اکبری ⁵

1 - گروه علوم درمانگاهی، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد، تهران، ایران
2 - گروه علوم درمانگاهی، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی ، تهران ، ایران
3 - گروه میکروب شناسی، دانشکده پزشکی، دانشگاه علوم پزشکی تهران، تهران، ایران
4 - گروه میکروب شناسی، دانشکده پزشکی، دانشگاه علوم پزشکی تهران، تهران، ایران
5 - گروه علوم درمانگاهی، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد، تهران، ایران

تاریخ دریافت : 1400/02/29 تاریخ پذیرش : 1400/05/10 تاریخ انتشار : 1400/12/01

کلید واژه: سلول های سوماتیک, ورم پستان تحت بالینی, بیوفیلم, سلول سوماتیک, استافیلوکوکوس اورئوس, ورم پستان گاوی,

چکیده مقاله :

زمینهاستافیلوکوکوس اورئوس شایع‌ترین پاتوژن واگیردار در ورم پستان گاو است. این پاتوژن توانایی تشکیل بیوفیلم و متعاقبا ایجاد مقاومت آنتی بیوتیکی را دارد. موضوعهدف از این مطالعه توصیف توانایی تشکیل بیوفیلم، عوامل حدت و الگوی مقاومت آنتی بیوتیکی استافیلوکوکوس اورئوس جدا شده از ورم پستان تحت بالینی و تاثیر آن در شدت بیماری‌زایی است. روش کارگاوهای شیری از نظر ابتلا به ورم پستان تحت بالینی غربالگری شدند. ایزوله‌ها با روش فنوتیپی و حضور ژن nuc شناسایی شدند. امکان تشکیل و کیفیت بیوفیلم با استفاده از روش رنگ سنجی مشخص شد. ژن‌های وابسته به بیوفیلم در استافیلوکوکوس اورئوس با استفاده از روش PCR شناسایی شد. حساسیت ضد میکروبی ایزوله‌ها در حالت پلانکتونی با استفاده از روش DAD انجام شد. حداقل غلظت ممانعت کننده از رشد توسط MIC50 تعیین گردید. حساسیت آنتی بیوتیکی و MBEC برای ایزوله‌ها در بیوفیلم با استفاده از روش XTT تعیین شد. روند افزایش سلول های سوماتیک شیر به عنوان شاخصی برای شدت بیماری در سویه‌های استافیلوکوکوس اورئوس دارای توانایی تولید بیوفیلم مورد بررسی قرار گرفت. نتایجنتایج بالاترین میزان مقاومت آنتی‌بیوتیکی را در برابر پنی‌سیلین و کمترین میزان مقاومت را در برابر سفتیوفور و سیپروفلوکساسین نشان داد. MIC50 سفتیوفور 2 μg/ml تعیین شد. 100٪ ایزوله‌ها توانایی تولید بیوفیلم را داشتند و اکثر آنها بیوفیلم قوی تشکیل دادند. فراوانی ژن‌های عوامل حدت icaA,D، fnbA,B و bap کدکننده بیوفیلم هستند، شناسایی شد. بیشترین و کمترین فراوانی را ژن‌های icaD، و fnbB به ترتیب داشتند. نتایج MBEC برای برای ایزوله‌ها محاصره شده در بیوفیلم مقاومت به سفتیوفور را نشان داد، در حالی که، این ایزوله‌ها در حالت پلانکتونی به سفتیوفور حساس بودند. میانگین سلول‌های سوماتیک در نمونه‌هایی که ژن‌های icaA و icaD داشتند بیشتر بود (P <0.05)، که می‌تواند نشانگر بالاتر بودن روند التهاب باشد. نتیجه گیریتشکیل بیوفیلم فاکتور حدت مهمی است که با نرخ تشکیل بالا و ایجاد مقاومت در برابر آنتی بیوتیک و افزایش روند التهاب و شمار تعداد سلول‌های سوماتیک همراه است. بر اساس این نتایج، می‌بایست باید به دنبال استراتژی‌های درمانی مناسب تری جهت جلوگیری از تشکیل یا پراکندگی بیوفیلم ها باشیم.

منابع و مأخذ:

• Ganaie, M. Y., Qureshi, S., Kashoo, Z., Wani, S. A., Hussain, M. I., Kumar, R., Maqbool, R., Sikander, P., Banday, M. S., Malla, W. A., Mondal P., Khan, R. I. N. (2018). Isolation and characterization of two lytic bacteriophages against Staphylococcus aureus from India: newer therapeutic agents against Bovine mastitis. Veterinary research communications. 4: 289-295.


• Shah, M. S., Qureshi, S., Kashoo, Z., Farooq, S., Wani, S. A., M. Hussain, M. I., Banday M.S., Khan, A. A., Gull, B., Habib, A., Khan, S. M., Dar, B. A. .(2019). Methicillin resistance genes and in vitro biofilm formation among Staphylococcus aureus isolates from bovine mastitis in India. Comparative immunology, microbiology and infectious diseases. 64: 117-124.


• Ren, Q., Liao, G., Wu, Z., Lv, J., & Chen, W. (2020). Prevalence and characterization of Staphylococcus aureus isolates from subclinical bovine mastitis in southern Xinjiang, China. Journal of dairy science. 4: 3368-3380.


• Varela-Ortiz, D. F., Barboza-Corona, J. E., González-Marrero, J., León-Galván, M. F., Valencia-Posadas, M., Lechuga-Arana, A. A., Sánchez-Felipe, C. G., Ledezma-García, F., Gutiérrez-Chávez, A. J. (2018). Antibiotic susceptibility of Staphylococcus aureus isolated from subclinical bovine mastitis cases and in vitro efficacy of bacteriophage. Veterinary research communications. 3: 243-250.


• Cramton, S. E., Gerke, C., Schnell, N. F., Nichols, W. W., Götz, F. (1999). The Intercellular Adhesion (ica) Locus Is Present in Staphylococcus aureus and Is Required for Biofilm Formation. Infection and Immunity. 10: 5427-5433.


• Christner, M., Franke, G. C., Schommer, N. N., Wendt, U., Wegert, K., Pehle, P., Kroll, G., Schulze, C., Buck, F., Mack, D., Aepfelbacher, M., Rohde, H. (2010). The giant extracellular matrix-binding protein of Staphylococcus epidermidis mediates biofilm accumulation and attachment to fibronectin. Molecular Microbiology. 1: 187-207.


• Melchior, M.B., Fink-Gremmels, J., Gaastra, W. (2007). Extended antimicrobial susceptibility assay for Staphylococcus aureus isolates from bovine mastitis growing in biofilms. Veterinary Microbiology. 1: 141-149.


• Høibya, N., Bjarnsholt, T., Givskov, M., Molin, M., Ciofu, O. (2010). Antibiotic resistance of bacterial biofilms. International Journal of Antimicrobial Agents. 4: 322-332.


• Periasamy, S., Joo, H., Duong, A. C., Bach, T. L., Tan, V. Y., Chatterjee, S. S., Cheung, G. Y. C., Otto, M. (2012). How Staphylococcus aureus biofilms develop their characteristic structure. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 4: 1281-1286.


• Otto, M. (2013). Staphylococcal Infections: Mechanisms of Biofilm Maturation and Detachment as Critical Determinants of Pathogenicity. Annual Review of Medicine. 1: 175-188.


• Cramton, S. E., Ulrich, M., Götz, F., Döring, G. (2001). Anaerobic Conditions Induce Expression of Polysaccharide Intercellular Adhesin in Staphylococcus aureus and Staphylococcus Infection and Immunity. 6: 4079-4085.


• Tormo, M. A., Knecht, E., Götz, F., Lasa, I., Penadés, J. R. (2005). Bap-dependent biofilm formation by pathogenic species of Staphylococcus: evidence of horizontal gene transfer? . 7: 2465-2475.


• Fatholahzadeh, B, Emaneini, M., Feizabadi, M. M., Sedaghat, H., Aligholi, M., Taherikalani, M., Jabalameli, F. (2009). Characterisation of genes encoding aminoglycoside-modifying enzymes among meticillin-resistant Staphylococcus aureus isolated from two hospitals in Tehran, Iran. International journal of antimicrobial agents. 3: 264-265.


• Sahebekhtiari, N., Nochi, Z., Eslampour, M., Dabiri, H., Bolfion, M., Taherikalani, M., Khoramian, B., Zali, M., Emaneini, M. (2011). Characterization of Staphylococcus aureus strains isolated from raw milk of bovine subclinical mastitis in Tehran and Mashhad. Acta microbiologica et immunologica Hungarica. 2: 113-121.


• Baldassarri, L., Bertuccini, L., Ammendolia, M. G., Arciola, C. R., Montanaro, L. (2001). Effect of iron limitation on slime production by Staphylococcus aureus. European Journal of Clinical Microbiology and Infectious Diseases. 5: 343-345.


• Stepanović, S., Vuković, D., Hola, V., Djukić, S., Ćirković, I., Ruzicka, F. (2007). Quantification of biofilm in microtiter plates: overview of testing conditions and practical recommendations for assessment of biofilm production by staphylococci. Apmis. 8: 891-899.


• Vancraeynest, D., Hermans, K., Haesebrouck, F. (2004). Genotypic and phenotypic screening of high and low virulence Staphylococcus aureus isolates from rabbits for biofilm formation and MSCRAMMs. Veterinary microbiology. 3: 241-247.


• Pfaller, M. A., Jones, R. N., Walter, D. H. (2001). Proposed quality control guidelines for National Committee for Clinical Laboratory Standards susceptibility tests using the veterinary antimicrobial agent tiamulin. Diagnostic microbiology and infectious disease. 2: 67-70.


• Amorena, B., Gracia, E., Monzón, M., Leiva, J., Oteiza, C., Pérez, M., Alabart, J., Hernández-Yago, J. (1999). Antibiotic susceptibility assay for Staphylococcus aureus in biofilms developed in vitro. Journal of Antimicrobial Chemotherapy. 1: 43-55.


• Pettit, R. K., Weber, C. A., Kean, M. J., Hoffmann, H., Pettit, G. R., Tan, R., Franks, K. S., Horton, M. L. (2005). Microplate Alamar blue assay for Staphylococcus epidermidis biofilm susceptibility testing. Antimicrobial Agents and Chemotherapy. 7: 2612-2617.


• Sepandj, F., Ceri, H., Gibb, A., Read, R., Olson, M. (2004). Minimum inhibitory concentration (MIC) versus minimum biofilm eliminating concentration (MBEC) in evaluation of antibiotic sensitivity of gram-negative bacilli causing peritonitis. Peritoneal dialysis international. 1: 65-67.


• Melo, P. C., Ferreira, L. M., Filho, A. N. (2013). Comparison of methods for the detection of biofilm formation by Staphylococcus aureus isolated from bovine subclinical mastitis. Brazilian Journal of Microbiology. 1: 119-124.


• Ahmed, D. M., Abdel Wahab Abel Messih, M., Ibrahim, N. M., Meabed, M. H., Abdel-Salam, S. M., (2019). Frequency of icaA and icaD determinants and biofilm formation among coagulase-negative staphylococci associated with nasal carriage in neonatal intensive care units. Germs. 2:


• Salina, A., Guimarães, F. F., Pereira, V. B., Menozzi, B. D., Rall, V. L. M., Langoni, H. (2020). Detection of icaA, icaD, and bap genes and biofilm production in Staphylococcus aureus and non-aureus staphylococci isolated from subclinical and clinical bovine mastitis. Arquivo Brasileiro de Medicina Veterinária e Zootecnia. 3: 1034-1038.


• Costa, F. N., Belo, N. O., Costa, E. A., Andrade, G. I., Pereira, L. S., Carvalho, I. A., Santos, R. L. (2018). Frequency of enterotoxins, toxic shock syndrome toxin-1, and biofilm formation genes in Staphylococcus aureus isolates from cows with mastitis in the Northeast of Brazil. Tropical animal health and production. 5: 1089-1097.


• Khoramian, B., Jabalameli, F., Niasari-Naslaji, A., Taherikalani, M., Emaneini, M. (2015). Comparison of virulence factors and biofilm formation among Staphylococcus aureus strains isolated from human and bovine infections. Microbial pathogenesis. 88: 73-77.


• Ghasemian, A., Peerayeh, S. N., Bakhshi, B., Mirzaee, M. (2016). Comparison of biofilm formation between methicillin-resistant and methicillin-susceptible isolates of Staphylococcus aureus. Iranian biomedical journal. 2: 175.


• Campoccia, D., Speziale, P., Ravaioli, S., Cangini, I., Rindi, S., Pirini, V., Montanaro, L., Arciola, C. R. (2009). The presence of both bone sialoprotein-binding protein gene and collagen adhesin gene as a typical virulence trait of the major epidemic cluster in isolates from orthopedic implant infections. Biomaterials. 3: 6621-6628.


• Vautor, E., Abadie, G., Pont, A., Thiery, R. (2008). Evaluation of the presence of the bap gene in Staphylococcus aureus isolates recovered from human and animals species. Veterinary microbiology. 4: 407-411.


• Vijayakumar, k., Manigandan, V., Jeyapragash, D., Bharathidasan, V., Anandharaj, B., Sathya, M. (2020). Eucalyptol inhibits biofilm formation of Streptococcus pyogenes and its mediated virulence factors. Journal of Medical Microbiology. 11: 1308-1318.


• Liu, Y., Zhang, J., Ji, Y. (2020). Environmental factors modulate biofilm formation by Staphylococcus aureus. Science progress. 1: 1308-1318.


• Gao, J., Ferreri, M., Yu, F., Liu, X., Chen, L., Su, J., Han, B. (2012). Molecular types and antibiotic resistance of Staphylococcus aureus isolates from bovine mastitis in a single herd in China. The Veterinary Journal. 3: 550-552.


• Jamali, H., Radmehr, B., Ismail, S. (2014). Prevalence and antibiotic resistance of Staphylococcus aureus isolated from bovine clinical mastitis. Journal of dairy science. 4: 2226-2230.


• Aslantaş, Ö., Demir, C. (2016). Investigation of the antibiotic resistance and biofilm-forming ability of Staphylococcus aureus from subclinical bovine mastitis cases. Journal of dairy science. 11: 8607-8613.