بررسي اثر سوپرناتانت لاكتوباسيلوس پلانتاروم و كليستين بر رشد، آب گريزی سطحي، اگزوپلي ساكاريد خارج سلولي، و تشکيل بيوفيلم در كلبسيلا پنومونيه

محورهای موضوعی : میکروبیولوژی

فاطمه نوربخش ^{1 *} , فائزه عبادی ² , اکرم سادات طباطبایی بفرویی ³

1 - گروه میکروبیولوژی، دانشکده علوم زیستی، واحد ورامین-پیشوا، دانشگاه آزاد اسلامی، پیشوا، ایران
2 - گروه زیست شناسی، واحد تهران شرق، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
3 - گروه زیست شناسی، واحد تهران شرق، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

تاریخ دریافت : 1404/06/29 تاریخ پذیرش : 1404/07/26 تاریخ انتشار : 1404/06/18

کلید واژه: کلبسیلا پنومونیه, لاکتوباسیلوس پلانتاروم, کولیستین, بیوفیلم, مقاومت ضد میکروبی, هم‌افزایی,

چکیده مقاله :

مقدمه: کلبسیلا پنومونیه یک باکتری بیماریزا است که به دلیل مقاومت آنتی‌بیوتیکی و توانایی تشکیل بیوفیلم اهمیت بسیاری دارد. این مطالعه با هدف بررسی اثر سوپرناتانت لاکتوباسیلوس پلانتاروم و کولیستین بر کلبسیلا پنومونیه، با تمرکز بر فعالیت ضد میکروبی و مهار بیوفیلم انجام شد.

مواد و روش‌ها: این مطالعه روی 100 نمونه بالینی از بیماران انجام شد و با استفاده از آزمایش‌های بیوشیمیایی 20 جدایه کلبسیلا پنومونیه جدا شد. حساسیت آنتی‌بیوتیکی با روش آنتی‌بیوگرام تعیین شد. حداقل غلظت مهارکننده و حداقل غلظت کشنده  برای کولیستین و سوپرناتانت لاکتوباسیلوس پلانتاروم ارزیابی شدند. شاخص غلظت مهارکننده کسری، فعالیت ضد بیوفیلم، پراکندگی بیوفیلم، آبگریزی سطح سلول  و تولید پلی‌ساکارید خارج سلولی  تحت تیمار با کولیستین و سوپرناتانت ارزیابی شدند.

یافته ها: کولیستین فعالیت ضد میکروبی بالاتری در مقایسه با سوپرناتانت لاکتوباسیلوس پلانتاروم نشان داد. شاخص مهاری از 517/0 تا 827/0 متغیر بود که نشان دهنده اثرات افزایشی است. تشکیل بیوفیلم با تیمار کولیستین در مقایسه با تیمار سوپرناتانت به طور معنی دار کاهش نشان داد (05/0 > p). پراکندگی بیوفیلم با تیمار ترکیبی در مقایسه با تیمار‌های تکی افزایش یافت. آبگریزی سطح سلول از 62% (کنترل) به 34% با تیمار ترکیبی کاهش یافت. تولید پلی‌ساکارید خارج سلولی از 473 میلی‌گرم (کنترل) به 231 میلی‌گرم در 100 میلی‌لیتر با تیمار ترکیبی کاهش یافت.

نتیجه‌گیری: ترکیب سوپرناتانت لاکتوباسیلوس پلانتاروم و کولیستین افزایش اثربخشی ضد میکروبی و کنترل تشکیل بیوفیلم در برابر کلبسیلا پنومونیه را نشان داد. این رویکرد هم‌افزایی می‌تواند به طور بالقوه منجر به کاهش دوز آنتی‌بیوتیک و بهبود نتایج درمان برای عفونت‌های کلبسیلا پنومونیه شود.

چکیده انگلیسی:

Introduction: Klebsiella pneumoniae is a significant bacterial pathogen, notable for its antibiotic resistance and ability to form biofilms. This study aimed to investigate the effect of Lactobacillus plantarum supernatant and colistin on Klebsiella pneumoniae, focusing on antimicrobial activity and biofilm inhibition.

Materials and Methods: In this study, 100 clinical samples were collected from patients, and 20 isolates of Klebsiella pneumoniae were identified using biochemical tests. Antibiotic susceptibility was determined by the antibiogram method. The Minimum Inhibitory Concentration (MIC) and Minimum Bactericidal Concentration (MBC) for colistin and Lactobacillus plantarum supernatant were evaluated. The Fractional Inhibitory Concentration (FIC) index, anti-biofilm activity, biofilm dispersion, cell surface hydrophobicity, and exopolysaccharide production under treatment with colistin and the supernatant were also assessed.

Results: Colistin demonstrated higher antimicrobial activity compared to Lactobacillus plantarum supernatant. The FIC index ranged from 0.517 to 0.827, indicating an additive effect. Biofilm formation was significantly reduced with colistin treatment compared to supernatant treatment (p < 0.05). Biofilm dispersion increased with the combined treatment compared to individual treatments. Cell surface hydrophobicity decreased from 62% (control) to 34% with the combined treatment. Exopolysaccharide production decreased from 473 mg (control) to 231 mg per 100 ml with the combined treatment.

Conclusion: The combination of Lactobacillus plantarum supernatant and colistin demonstrated enhanced antimicrobial efficacy and control of biofilm formation against Klebsiella pneumoniae. This synergistic approach could potentially lead to a reduction in antibiotic dosage and improved treatment outcomes for Klebsiella pneumoniae infections.

منابع و مأخذ:

1. Abbas R, Chakkour M, Zein El Dine H, Obaseki EF, Obeid ST, Jezzini A, et al. General Overview of Klebsiella pneumonia: Epidemiology and the Role of Siderophores in Its Pathogenicity. Biol (Basel). 2024;13(2). doi:10.3390/biology13020112

2. Riwu KHP, Effendi MH, Rantam FA, Khairullah AR, Widodo A. A review: Virulence factors of Klebsiella pneumonia as emerging infection on the food chain. Vet World. 2022;15(9):2172-9. doi:10.14202/vetworld.2022.2172-2179

3. Krasowska A, Sigler K. How microorganisms use hydrophobicity and what does this mean for human needs? Front Cell Infect Microbiol. 2014;4:112. doi:10.3389/fcimb.2014.00112

4. Singh S, Datta S, Narayanan KB, Rajnish KN. Bacterial exo-polysaccharides in biofilms: role in antimicrobial resistance and treatments. J Genet Eng Biotechnol. 2021;19(1):1-9. doi:10.1186/s43141-021-00242-y

5. Geladari A, Simitsopoulou M, Antachopoulos C, Roilides E. Immunomodulatory effects of colistin on host responses against carbapenem-resistant Klebsiella pneumoniae biofilms. Int J Antimicrob Agents. 2020;56(6):106182. doi:10.1016/j.ijantimicag.2020.106182

6. Narimisa N, Goodarzi F, Bavari S. Prevalence of colistin resistance of Klebsiella pneumoniae isolates in Iran: A systematic review and meta-analysis. Ann Clin Microbiol Antimicrob. 2022;21(1):1-9. doi:10.1186/s12941-022-00541-3

7. El-Mokhtar MA, Hassanein KM, Ahmed AS, Gad GF, Amin MM, Hassanein OF. Antagonistic activities of cell-free supernatants of lactobacilli against extended-spectrum β-lactamase producing Klebsiella pneumoniae and Pseudomonas aeruginosa. Infect Drug Resist. 2020;13:543-52. doi:10.2147/IDR.S238588

8. Yan R, Lu Y, Wu X, Yu P, Lan P, Wu X, et al. Anticolonization of carbapenem-resistant Klebsiella pneumoniae by Lactobacillus plantarum LP1812 through accumulated acetic acid in mice intestinal. Front Cell Infect Microbiol. 2021;11:1276. doi:10.3389/fcimb.2021.804177

9. Jin F, Yang H. Effects of Lactobacillus salivarius LN12 in combination with amoxicillin and clarithromycin on Helicobacter pylori biofilm in vitro. Microorganisms. 2021;9(8):1611. doi:10.3390/microorganisms9081611

10. Mirani ZA, Aziz M, Khan MN, Lal I, Hassan NU, Khan SI. Biofilm formation and dispersal of Staphylococcus aureus under the influence of oxacillin. Microb Pathog. 2013;61-62:66-72. doi:10.1016/j.micpath.2013.05.002

11. Haroun MF, Al-Kayali RS. Synergistic effect of Thymbra spicata L. extracts with antibiotics against multidrug-resistant Staphylococcus aureus and Klebsiella pneumoniae strains. Iran J Basic Med Sci. 2016;19(11):1193. doi:10.22038/IJBMS.2016.7633

12. Saidi N, Saderi H, Owlia P, Soleimani M. Anti-biofilm potential of Lactobacillus casei and Lactobacillus rhamnosus cell-free supernatant extracts against Staphylococcus aureus. Adv Biomed Res. 2023;12(1):50. doi:10.4103/abr.abr_268_22

13. Mu Y, Zeng H, Chen W. Quercetin inhibits biofilm formation by decreasing the production of EPS and altering the composition of EPS in Staphylococcus epidermidis. Front Microbiol. 2021;12:631058. doi:10.3389/fmicb.2021.631058

14. Li M, Xu X, Jia Y, Yuan Y, Na G, Zhu L, et al. Transformation of mulberry polyphenols by Lactobacillus plantarum SC-5: Increasing phenolic acids and enhancement of anti-aging effect. Food Res Int. 2024;192:114778. doi:10.1016/j.foodres.2024.114778

15. Olaitan AO, Morand S, Rolain JM. Mechanisms of polymyxin resistance: acquired and intrinsic resistance in bacteria. Front Microbiol. 2014;5:643. doi:10.3389/fmicb.2014.00643

16. Nation RL, Li J. Colistin in the 21st century. Curr Opin Infect Dis. 2015;28(6):517-25. doi:10.1097/QCO.0000000000000207

17. Li Y, Kumar S, Zhang L, Wu H. Klebsiella pneumonia and Its Antibiotic Resistance: A Bibliometric Analysis. Biomed Res Int. 2022;2022:1668789. doi:10.1155/2022/1668789

18. Oelschlaeger TA. Mechanisms of probiotic actions -- A review. Int J Med Microbiol. 2010;300(1):57-62. doi:10.1016/j.ijmm.2009.08.005

19. Gao Y, Li D, Liu J. Antimicrobial potential of Lactobacillus plantarum ZP11 by producing bacteriocins against Staphylococcus aureus. Food Control. 2019;98:274-9. doi:10.1016/j.foodcont.2018.11.023

20. Izhar MZ, Nawaz M, Yaqub T, Avais M, Anjum AA. In vitro characterization of probiotic potential of Lactobacillus plantarum CM49 against selected cattle mastitogens. BMC Microbiol. 2024;24(1):310. doi:10.1186/s12866-024-03459-2

21. Das MC, Samaddar S, Jawed JJ, Ghosh C, Acharjee S, Sandhu P, et al. Vitexin alters Staphylococcus aureus surface hydrophobicity to obstruct biofilm formation. Microbiol Res. 2022;263:127126. doi:10.1016/j.micres.2022.127126

22. Pimentel-Filho N, Martins MCF, Nogueira GB, Mantovani HC, Vanetti MCD. Bovicin HC5 and nisin reduce Staphylococcus aureus adhesion to polystyrene and change the hydrophobicity profile and Gibbs free energy of adhesion. Int J Food Microbiol. 2014;190:1-8. doi:10.1016/j.ijfoodmicro.2014.08.029

23. Gladysheva IV, Cherkasov SV. Antibiofilm activity of cell-free supernatants of vaginal isolates of Corynebacterium amycolatum against Pseudomonas aeruginosa and Klebsiella pneumonia. Arch Microbiol. 2023;205:158. doi:10.1007/s00203-023-03499-w

24. Elkashef SMM, Sahloul NS, Mowafy HL. Exploring the antibacterial potential of probiotics against colistin‑resistant Klebsiella pneumoniae: An in vitro study. Microbes Infect Dis. 2025. doi:10.21608/mid.2024.301152.1883