اثر هم افزایی نانوذرات اکسید نقره عامل دار شده با عصاره برگ چوچاق و مروپنم در کاهش بیان ژن های مؤثر در پمپ افلاکس و افزایش بیان پورین در جدایه های بالینی E. coli

هم افزایی Ag₂O-چوچاق و مروپنم

محورهای موضوعی : ژنتیک

زهرا رحیمی پور ¹ , علی پابوسی سادات محله ² , محمد نیک پسند ³ , مهدی شهریاری نور ⁴ , نجمه رنجی ^{5 *}

1 - کارشناس ارشد، گروه زیست شناسی، واحد رشت، دانشگاه آزاد اسلامی، رشت، ایران
2 - کارشناس ارشد، گروه زیست شناسی، واحد رشت، دانشگاه آزاد اسلامی، رشت، ایران
3 - استاد تمام، گروه شیمی، واحد رشت، دانشگاه آزاد اسلامی، رشت، ایران
4 - استادیار، گروه زیست شناسی، واحد رشت، دانشگاه آزاد اسلامی، رشت، ایران
5 - دانشیار، گروه زیست شناسی، واحد رشت، دانشگاه آزاد اسلامی، رشت، ایران

تاریخ دریافت : 1404/05/13 تاریخ پذیرش : 1404/05/27 تاریخ انتشار : 1404/06/09

کلید واژه: نانوذرات اکسید نقره, چوچاق, اشریشیاکلی, پمپ افلاکس, پورین,

چکیده مقاله :

مقدمه: چوچاق یک گیاه دارویی است که با خواص ضد باکتریایی، ضد سرطانی و ضد التهابی شناخته شده است. هدف از این مطالعه ارزیابی اثرات ضد باکتریایی نانوذرات اکسید نقره عامل دار شده با عصاره برگ چوچاق بر علیه جدایه های بیمارستانی و استاندارد اشریشیا کلی بود.

مواد و روش‌ها: در این مطالعه جدایه های بالینی اشریشیا کلی از بیمارستان کودکان 17 شهریور در شهر رشت (ایران)، جمع آوری شد. بعد از تعیین هویت جدایه ها، پروفایل حساسیت آنتی بیوتیکی آنها تعیین شد. نانوذرات اکسید نقره با عصاره برگ چوچاق، عامل دار شد و با استفاده از FT-IR و FE-SEM، مورد ارزیابی فیزیکوشیمیایی قرار گرفت. اثرات ضد باکتریایی این نانوذرات در ترکیب با مروپنم به روش چکر بورد و Q-RT-PCR بررسی شد.

یافته‌ها: آنالیزهای فیزیکوشیمیایی سنتز موفق نانوذرات اکسید نقره عامل دار شده با عصاره برگ چوچاق را با اندازه ذرات 75 تا 95 نانومتر تأیید کرد. اثر هم افزایی نانوذرات اکسید نقره عامل دار شده با چوچاق و مروپنم در چندین جدایه بالینی و سویه استاندارد مشاهده شد. همچنین تیمارها بطور معنی داری (*P<0.05 یا **P<0.01) باعث کاهش بیان ژن‌های پمپ افلاکس  acrA و acrB و افزایش بیان پورین ompC در باکتریهای تحت تیمار با نانوذرات اکسید نقره عامل دار شده با چوچاق و مروپنم شد.

نتیجه‌گیری: نتایج این مطالعه پیشنهاد می کند که  نانوذرات اکسید نقره عامل دار شده با چوچاق، باعث افزایش اثربخشی مروپنم در جدایه های مقاوم شد. بدین ترتیب به نظر می رسد که چوچاق، با کاهش بیان ژن های پمپ افلاکس، افزایش بیان پورین و محبوس کردن مقدار بیشتری مروپنم در این جدایه ها، باعث کاهش رشد آنها شد.

چکیده انگلیسی:

Introduction:: Eryngium planum is a medicinal plant known for its antibacterial, anticancer, and anti-inflammatory properties. This study aimed to evaluate the antibacterial effects of silver oxide nanoparticles functionalized with Eryngium planum leaf extract against hospital-acquired and standard isolates of Escherichia coli.

Materials and Methods: In this study, clinical isolates of E. coli were collected from 17 Shahrivar Children's Hospital in Rasht city (Iran). After the identification of isolates, their antibiotic susceptibility profiles were determined. Silver oxide nanoparticles were functionalized with Eryngium planum leaf extract and physiochemically evaluated using FT-IR and FE-SEM. The antibacterial activity of the nanoparticles in combination with meropenem was assessed using the checkerboard method and Q-RT-PCR.

Results: Physicochemical analyses confirmed the successful synthesis of Eryngium planum leaf extract-functionalized silver oxide nanoparticles with particle sizes ranging from 75 to 95 nm. A synergistic antibacterial effect between the functionalized nanoparticles and meropenem was observed in several clinical and standard isolate. Furthermore, the treatments significantly (P<0.05 or P<0.01) led to a downregulation of efflux pump genes acrA and acrB and an upregulation of the porin gene ompC in treated bacterial cells Eryngium planum leaf extract-functionalized silver oxide nanoparticles and meropenem.

Conclusion: The findings suggest that E. planum-functionalized silver oxide nanoparticles led to enhancing the antibacterial efficacy of meropenem against resistant isolates. It seems that E. planum with downregulation of efflux pump genes, upregulation of the porin and increasing intracellular accumulation of meropenem, leading to reduced bacterial growth.

منابع و مأخذ:

1. Alizade H, Teshnizi SH, Azad M, Shojae S, Gouklani H, Davoodian P, et al. An overview of diarrheagenic Escherichia coli in Iran: A systematic review and meta-analysis. J Res Med Sci. 2019;24(1):23. doi:10.4103/jrms.JRMS_1010_18
2. Reinthaler F, Posch J, Feierl G, Wüst G, Haas D, Ruckenbauer G, et al. Antibiotic resistance of E. coli in sewage and sludge. Water Res. 2003;37(8):1685–90. doi:10.1016/S0043-1354(02)00569-9
3. Alizade H. Escherichia coli in Iran: An overview of antibiotic resistance: A review article. Iran J Public Health. 2018;47(1):1–12. doi:10.18502/ijph.v47i1.825
4. Fernández Llamas L, Hancock RE. Adaptive and mutational resistance: role of porins and efflux pumps in drug resistance. Clin Microbiol Rev. 2012;25(4):661–81. doi:10.1128/CMR.00043-12
5. Amaral L, Martins A, Spengler G, Molnar J. Efflux pumps of Gram-negative bacteria: what they do, how they do it, with what and how to deal with them. Front Pharmacol. 2014;4:168. doi:10.3389/fphar.2014.00168
6. Jaramillo LMM. Structural and functional study of efflux pumps involved in drug resistance [PhD Thesis]. Université Claude Bernard-Lyon I; 2014.
7. Choi U, Lee CR. Distinct roles of outer membrane porins in antibiotic resistance and membrane integrity in Escherichia coli. Front Microbiol. 2019;10:953. doi:10.3389/fmicb.2019.00953
8. Lee Y-S, Jang K-A, Cha J-D. Synergistic antibacterial effect between silibinin and antibiotics in oral bacteria. Biomed Res Int. 2012;2012:618081. doi:10.1155/2012/618081
9. Alzayn M, Dulyayangkul P, Satapoomin N, Heesom KJ, Avison MB. OmpF downregulation mediated by sigma E or OmpR activation confers cefalexin resistance in Escherichia coli in the absence of acquired β-lactamases. Antimicrob Agents Chemother. 2021;65(11):e01004-21. doi:10.1128/AAC.01004-21
10. Choi U, Lee C-R. Distinct roles of outer membrane porins in antibiotic resistance and membrane integrity in Escherichia coli. Front Microbiol. 2019;10:953. doi:10.3389/fmicb.2019.00953
11. Wang Z, Fan G, Hryc CF, Blaza JN, Serysheva II, Schmid MF, et al. An allosteric transport mechanism for the AcrAB-TolC multidrug efflux pump. eLife. 2017;6:e24905. doi:10.7554/eLife.24905
12. Kikowska M, Budzianowski J, Krawczyk A, Thiem B. Accumulation of rosmarinic, chlorogenic and caffeic acids in in vitro cultures of Eryngium planum L. Acta Physiol Plant. 2012;34(6):2425–33. doi:10.1007/s11738-012-1041-8
13. Wani SUD, Kakkar V, Gautam SP, Hv G, Ali M, Masoodi MH, et al. Enhancing therapeutic potential of poor aqueous soluble herbal drugs through solid dispersion-An overview. Phytomed Plus. 2021;1(4):100069. doi:10.1016/j.phyplu.2021.100069
14. Pourasgar S, Ranji N, Asadpour L, Shahriarinour M, Nikpassand M. Antibacterial and Anti-cancer Properties of Curcumin-Functionalized Silica-Coated Fe3O4 Magnetic Nanoparticles. Arab J Sci Eng. 2024. doi:10.1007/s13369-024-08908-8
15. Hossainzadeh S, Ranji N, Naderi Sohi A, Najafi F. Silibinin encapsulation in polymersome: A promising anticancer nanoparticle for inducing apoptosis and decreasing the expression level of miR-125b/miR-182 in human breast cancer cells. J Cell Physiol. 2019;234(12):22285–98. doi:10.1002/jcp.28796
16. Jafarian Z, Nikpassand M, Pourahmad A, Fekri LZ. Synthesis of fused azo-linked acridine derivatives using MCM-41/Ag2S-RHA nanocomposite. Curr Org Synth. 2021;18(7):719–25. doi:10.2174/1570179418666210319105501
17. Borji S, Shahriarinour M, Shariati S, Ranji N, Nikpassand M. Enhanced therapeutic efficacy of silibinin loaded silica coated magnetic nanocomposites against Pseudomonas aeruginosa in combination with ciprofloxacin and HepG2 cancer cells. Sci Rep. 2025;15(1):21498. doi:10.1038/s41598-025-87682-2
18. Goudarzi V, Mirzaee M, Ranjbar R. O-serogrouping of Escherichia coli strains isolated from patients with urinary tract infection by using PCR method. Iran J Med Microbiol. 2017;10(6):1–8.
19. Kowalska-Krochmal B, Dudek-Wicher R. The minimum inhibitory concentration of antibiotics: methods, interpretation, clinical relevance. Pathogens. 2021;10(2):165. doi:10.3390/pathogens10020165
20. Zhou C, Wang Q, Jin L, Wang R, Yin Y, Sun S, et al. In vitro synergistic activity of antimicrobial combinations against blaKPC and blaNDM-producing Enterobacterales with blaIMP or mcr genes. Front Microbiol. 2020;11:533. doi:10.3389/fmicb.2020.00533
21. Fekri Kohan S, Nouhi Kararoudi A, Bazgosha M, Adelifar S, Hafezolghorani Esfahani A, Ghaderi Barmi F, et al. Determining the potential targets of silybin by molecular docking and its antibacterial functions on efflux pumps and porins in uropathogenic E. coli. Int Microbiol. 2025;28(1):63–74. doi:10.1007/s10123-024-00535-3
22. Yektadoust F, Kazemi A, Yalfani R. Comparison of antibiotic susceptibility testing of Escherichia coli and Klebsiella pneumonia isolated from urinary tract infections against five antibiotics by disc diffusion and microdilution methods. Jundishapur Sci Med J. 2017;16(5):525–34.
23. Fatahi L, Soleymani Zar M. Evaluation of urine isolated bacteria and their antimicrobial resistance in hospitalized patients in Ahvaz Golestan Hospital in 2019. Jundishapur Sci Med J. 2021;20(2):128–39.
24. Rajabpour M, Arabestani MR, Yousefi Mashof R, Alikhani MY. MIC determination of Pseudomonas aeruginosa strains were isolated from clinical specimens of patients admitted to educational hospitals in Hamedan (90-91). Iran J Med Microbiol. 2013;7(3):18–25.
25. Karami A, Mazloom Zadeh S, Rastin A, Karami A, Shiri P. The consistency of antibiotic resistance results in two methods of disk diffusion and MIC in isolated organisms from patients with urinary tract infections. J Med Life. 2015;8(Spec Iss 4):282–6.
26. Touchaei AS, Ramaneh K, Nikpassand M, Ranji N, Shahriarinour M. Synergistic effect of Froriepia subpinnata-functionalized Fe3O4 nanocomposite and ciprofloxacin on the expression of efflux pump genes in ciprofloxacin resistant isolates of Pseudomonas aeruginosa. J Microb World. 2024;58(17):73–83.
27. Li H, Ahmad W, Rong Y, Chen Q, Zuo M, Ouyang Q, et al. Designing an aptamer based magnetic and upconversion nanoparticles conjugated fluorescence sensor for screening Escherichia coli in food. Food Control. 2020;107:106761. doi:10.1016/j.foodcont.2019.106761
28. Wang D, Xie K, Zou D, Meng M, Xie M. Inhibitory effects of silybin on the efflux pump of methicillin-resistant Staphylococcus aureus. Mol Med Rep. 2018;18(1):827–33. doi:10.3892/mmr.2018.9026
29. Zhang S, Wang J, Ahn J. Advances in the discovery of efflux pump inhibitors as novel potentiators to control antimicrobial-resistant pathogens. Antibiotics. 2023;12(9):1417. doi:10.3390/antibiotics12091417
30. Ali S, Hashemi DSM, Bita S, Amir J. The effect of thyme (Thymus vulgaris) extract on the expression of norA efflux pump gene in clinical strains of Staphylococcus aureus. J Genet Resour. 2018;4(1):26–36. doi:10.22080/jgr.2018.14118.1116
31. Alzayn M, Dulyayangkul P, Satapoomin N, Heesom KJ, Avison MB. OmpF downregulation mediated by sigma E or OmpR activation confers cefalexin resistance in Escherichia coli in the absence of acquired β-lactamases. Antimicrob Agents Chemother. 2021;65(11):e01004-21. doi:10.1128/AAC.01004-21
32. Zhou G, Wang Q, Wang Y, Wen X, Peng H, Peng R, et al. Outer membrane porins contribute to antimicrobial resistance in Gram-negative bacteria. Microorganisms. 2023;11(7):1690. doi:10.3390/microorganisms11071690