ارزیابی تاثیر نانوذرات طلا بر بیان ژن های پمپ افلاکسMexA/B از خانوادهRND در سویه‌های سودوموناس آئروژینوزاهای مقاوم به چند دارو

محورهای موضوعی : باکتری شناسی

نحله فلاحتی ¹ , هوشنگ جمالی ² , محمد کارگر ³ , فرشید کفیل زاده ⁴

1 - دانشگاه آزاد اسلامی واحد جهرم بخش میکروبیولوژی دانشجوی دکتری ایران
2 - دانشگاه ازاد اسلامی ,واحد جهرم بخش میکروبیولوژی گروه علوم پایه ایران
3 - دانشگاه آزاد اسلامی، واحد جهرم، گروه میکروبیولوژی
4 - دانشگاه آزاد اسلامی، واحد جهرم، گروه میکروبیولوژی

تاریخ دریافت : 1400/10/08 تاریخ پذیرش : 1401/02/10 تاریخ انتشار : 1401/03/15

کلید واژه: سودوموناس آئروژینوزا, نانوذرات طلا, mexA/B, مقاومت چنددارویی,

چکیده مقاله :

سابقه و هدف: سودوموناس آئروژینوزا دارای چندین پمپ پروتینی است که با آنها آنتیبیوتیکها را به بیرون تخلیه میکند. این موضوع باعث شکلگیری مقاومتهای چند دارویی شده است. هدف از این مطالعه بررسی تاثیر نانوذرات طلا بر روی بیان ژن‌های mexA/B در سویههای سودوموناس آئروژینوزای مقاوم به چند دارو بوده است. مواد و روشها: در این مطالعه مقطعی-توصیفی تعداد 74 نمونه مشکوک به جنس سودوموناس جمعآوری و از تستهای فنوتیپی و ژنوتیپی برای غربالگری سودوموناس آئروژینوزا استفاده شد. سپس با استفاده از جداول استاندارد 2020CLSI و به روش انتشار دیسک با بکارگیری 11 آنتیبیوتیک از کلاسهای مختلف، تست آنتیبیوگرام انجام شد. فراوانی ژنهایmexA/B به روش واکنش زنجیرهای پلیمراز بررسی گردید و پس از تعیین حداقل غلظت بازداندگی نانوذرات طلا، تاثیرنانوذرات طلا بربیان ژنهای mexA/B بااستفاده ازتکنیک SYBER Green-Real Time PCR مورد بررسی قرار گرفت. یافتهها: در این مطالعه (67/57%)50 جدایه سودوموناس آئروژینوزا شناسایی شد. بیشترین وکمترین میزان مقاومت آنتیبیوتیکی مربوط به آزترونام (98%) و سفپیم (26%) بود. میزان شیوع ژنها به ترتیب، mexA(74%)، mexB(70%) و mexA/B(58%) و 12% نیز فاقد هر دو ژن بودند. نانوذرات طلا در ppm50≤MIC اثر بازدارندگی رشد و در غلظتppm25 به همراه سیپروفلوکساسین، اثر بازدارندگی در بیان ژنهایmexA/B ازخود نشان داد. نتیجهگیری: نانو ذرات طلا میتوانند از بیان ژنهایmexA وmexB در سودوموناس آئروژینوزاهای مقاوم به چند دارو جلوگیری کنند. باتوجه به اینکه نانوذره طلا اثرات سمی برسلولهای یوکاریوتی ندارد، میتواند در فرایند درمان این گروه از باکتریها، حائز اهمیت باشد.

چکیده انگلیسی:

Background and purpose: Pseudomonas aeruginosa has several protein pumps with which it puts antibiotics out. This has led to the formation of multidrug resistance. The aim of this study was to investigate the effect of gold nanoparticles on the expression of mexA/B genes in multidrug       resistant Pseudomonas aeruginosa strains. Materials and Methods: In this cross-sectional descriptive study, 74 suspected samples of        Pseudomonas genus were collected and phenotypic and genotypic tests were used to screen     Pseudomonas aeruginosa.Then, anibiogram test using 11 antibiotics from different classes was performed by the use of CLSI 2020 standard tables and the disk diffusion method.The frequency of mexA/B genes was evaluated by polymerase chain reaction method and after determining the minimum inhibitory concentration of gold nanoparticles, the effect of gold nanoparticles on the expression of mexA/B genes was evaluated using SYBER Green-Real Time PCR technique. Results: In this study (67.57%) 50 isolates of Pseudomonas aeruginosa were identified. The     highest and lowest levels of antibiotic resistance were related to azteronam (98%) and cefpime (26%). The prevalence of mexA/B genes was respectively  MexA (74%), mexB (70%) and      mexA/B (58%) and also 12% lacked both genes. Gold nanoparticles showed growth inhibitory effect at MIC ≥ 50ppm and at 25 ppm concentration with ciprofloxacin, showed inhibitory effect on the expression of mexA/B genes. Conclusion: The results of this study showed that gold nanoparticles can inhibit the expression of mexA and mexB genes in multidrug-resistant Pseudomonas aeruginosa. Due to the fact that gold nanoparticle does not have toxic effects on eukaryotic cells, it can be important in the treatment process of this group of bacteria.  

منابع و مأخذ:

References

1. Tillotson GS, Zinner SH. Burden of antimicrobial resistance in an era of decreasing susceptibility. Expert Review of Anti-infective Therapy.2017; 15:663–676


2. TorresMR, Slate AJ, Ryder SF, Akram M, Iruzubieta3 CJC, Whitehead KA. Ionic gold demonstrates antimicrobial activity against Pseudomonas aeruginosa strains due to cellular   ultrastructure damage. Archives of Microbiology.  2021;203:3015–3024


3. Li X, Robinson SM, Gupta A. Functional gold nanoparticles as potent antimicrobial agents against multidrug-resistant bacteria. ACS Nano.2014; 8(10): 10682–10686


4. Dreier J and Ruggerone P. Interaction of antibacterial compounds with RND efflux pumps in Pseudomonas aeruginosa. Frontiers in Microbiology. 2015;8(660):1-21


5. Ali SG, Ansari MZ, Alzohairy MA. Biogenic gold nanoparticles as potent antibacterial and antibiofilmnano-antibiotics against Pseudomonas aeruginosa. Antibiotics.2020;9(100): 1-13


6. Cao Q.HaemophilusparasuisCpxRA two-component system confers bacterial tolerance to environmental stresses and macrolide resistance. Microbiol Research. 2018; 206:177–185


7. Housseini B Issa K, Phan G, Broutin I. Functional mechanism of the efflux pumps transcription regulators from Pseudomonas aeruginosa based on 3D structures. Frontiers in Molecular Biosciences. 2018; 5(57):1-20.


8. Fernando D, Kumar A. Resistance-nodulation-division multidrug efflux pumps in gram-negative bacteria: role in virulence. Antibiotics.2013; 2(1):163–181


9. Hasani A, MadhiM,Gholizadeh P. Metal nanoparticles and consequences on multi‑drug resistant bacteria: reviving their role. SN Applied Sciences.2019;1(360): 1-13


10. FernandezL, and HancockRE.Adaptive and mutational resistance: role of porins and efflux pumps in drug resistance. Clinical Microbiology Reviews.2012;25: 661–681


11. Ding F, Songkiatisak P, Cherukuri PK, Huang T, Xu XHN. Size-dependent inhibitory effects of antibiotic drug nanocarriers against Pseudomonas aeruginosa. ACS Omega. 2018;3:1231−1243


12. Skwarecki AS,MilewskiS,SchielmannM,Milewska MJ. Antimicrobial molecular nanocarrier-drug conjugates. Nanomedicine.2016;12: 2215−2240


13. Pelgrift RY, Friedman AJ. Nanotechnology as a therapeutic tool to combat microbial resistance.Advanced Drug Delivery Reviews. 2013;65(13):1803–1815


14. Imlay JA. Diagnosing oxidative stress in bacteria: not as easy as you might think. Current Opinion in Microbiology.2015; 24:124–131


15. Ashraf S,Pelaz B, del Pino P. Gold-based nanomaterials for applications in nanomedicine. Topics in Current Chemistry.2016;370: 169–202


16. Jiang X, and Jia Y. Adjust the surface modification of gold nanoparticles to adjust their antibacterial properties.the Chinese Chemical Society Conference.2016;pp: 142-143


17. Su C,HuangK,LiHH,Lu YG, Zheng DL. Antibacterial properties of functionalized gold nanoparticles and their application in oral biology. Journal of Nanomaterials .2020;pp:1-13


18. Clifford R, Milillo M, PrestwoodJ. Detection of bacterial 16S rRNA and identification of four clinically important bacteria by Real-Time PCR.Plos One.2012;7(11):1-6


19. Aghamollaei H, MoghaddamMM, KooshkiH, HeiatM,MirnejadR, BarziNS.Detection of Pseudomonas aeruginosa by a triplex polymerase chain reaction assay based on lasI/R and gyrB genes. Journal of Infection and Public Health. 2015; 8(4): 314-322


20. Weinstein M.P. Lewis JS. BobenchikAM, et al. Performance Standards for Antimicrobial Susceptibility Testing. 30thed. CLSI supplement M100.Clinical and Laboratory Standards Institute.2020;  pp: 42-45


21. Izadi Pour JahromiS, Mardaneh J, Sharifi A, Pezeshkpour V,Behzad-Behbahani, A,SeyyediN,Dehbidi GR, Manzouri L, Pourmasoudi M, Khoramrooz SS. Occurrence of a multidrug resistant pseudomonas aeruginosa strains in hospitalized patients in southwest of Iran: Characterization of resistance trends and virulence determinants. Jundishapur Journal of Microbiology,2018;pp: 1-11


22. Guitor AK, Wright GD. Antimicrobial Resistance and Respiratory Infections. Chest.2018; 154: 1202–1212


23. El SayedZaki M, Elewa A, Al-Kasaby NM. Molecular study of efflux genes in Pseudomonas aeruginosa isolated from clinical samples.International Journal of Current Microbiology and Applied Sciences.2017; 6(7): 4549-4556


24. JamaliS,Shahid M,Farrukh S, Singh A, Khan HM. Molecular characterization of genes encoding AmpC beta-lactamases in clinical isolates of Pseudomonas and Acinetobacter species. Journal of Pharmaceutical Sciences.2015;5: 048–051


25. Singh P, Pandit S, Beshay M, Mokkapati VRSS. Anti-biofilm effects of gold and silver nanoparticles synthesized by the Rhodiolarosea rhizome extracts. Artificial cells, nanomedicine and Biotechnology. 2018;pp:1-14


26. Khan F, Manivasagan P, Lee JW, Pham DTN, Oh J, Kim YM.Fucoidan-stabilized gold nanoparticle-mediated biofilm inhibition, attenuation of virulence and motility properties in Pseudomonas aeruginosa PAO1.Marine drugs.2019;pp: 1-19


27. Khare T, Mahalunkar S, Shriram V, Gosavi S, Kumar V. Embelin-loaded chitosan gold nanoparticles interact synergistically with ciprofloxacin by inhibiting efflux pumps in multidrug-resistant Pseudomonas aeruginosa and Escherichia coli. Environmental                 Research.2021; 199:1-12


28. Ahmed FY, Aly UF, Abd El-Baky RM, WalyNGFM.Effectoftitaniumdioxidenanoparticles on the expression ofeffluxpump and quorum-sensing genes in MDR Pseudomonas aeruginosa isolates. Antibiotics. 2021; 10(625):1-15


29. Sharif R, and Amini K. Effect of Iron Oxide Nanoparticles and Probiotic Bifidobacterium Bifidum on MexA Gene Expression in Drug Resistant Isolates of Pseudomonas aeruginosa. Research in Medicine.2019;43(3): 118-123[ in Persian ]


30. AbdolhosseiniM,Zamani H, Salehzadeh1A. Synergistic antimicrobial potential of ciprofloxacin with silver nanoparticles conjugated to thiosemicarbazide against ciprofloxacin resistant Pseudomonas aeruginosa by attenuation of MexA-B efflux pump genes.Biologia. 2019; pp: 1-6


31. Dashtizadeh1Y, MoattariA, GorzinAA.Phenotypic and genetically evaluation of the prevalence of efflux pumpsand antibiotic resistance in clinical isolates of Pseudomonas aeruginosa among burned patients admitted to GhotbodinShiraziHospital.Journal of Microbial World. 2014; 4(2): 118-127 [ in Persian ]