مجله دانشکده پزشکی اصفهان

مجله دانشکده پزشکی اصفهان

ارزیابی اثر مهاری و تخریبی پپتید LL-37 بر بیوفیلم سویه‌های اشرشیا کلای اوروپاتوژنیک جدا شده از بیماران مبتلا به عفونت ادراری در اصفهان

نوع مقاله : Original Article(s)

نویسندگان
نرگس سادات مصطفوی دارانی 1
فاتح رحیمی 2
علی قاسمی 3
1 دانشجوی دکتری تخصصی میکروبیولوژی، بخش میکروبیولوژی، گروه سلولی مولکولی و میکروبیولوژی، دانشکده‌ی علوم و فناوری‌های زیستی، دانشگاه اصفهان، اصفهان، ایران
2 دکتری تخصصی باکتری‌شناسی، دانشیار، بخش میکروبیولوژی، گروه سلولی مولکولی و میکروبیولوژی، دانشکده‌ی علوم و فناوری‌های زیستی، دانشگاه اصفهان، اصفهان، ایران
3 دکتری تخصصی میکروبیولوژی، استادیار، گروه زیست شناسی، دانشکده‌ی علوم، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان، ایران
10.48305/jims.v44.i864.0868
چکیده
مقدمه: پپتید ضدمیکروبی کاتلیسیدین انسانی LL-37، به‌عنوان بخشی از سیستم ایمنی ذاتی میزبان، قادر به مقابله با بیوفیلم‌های باکتریایی می‌باشد. این مطالعه با هدف ارزیابی تأثیر غلظت‌های sub-MIC کاتلیسیدین LL-37 بر بیوفیلم سویه‌های بالینی اشرشیا کلای اوروپاتوژنیک جدا شده از بیماران در اصفهان در سال 1403 انجام شد.
روش‌ها: در مجموع ۲4۷ ایزوله مشکوک به اشرشیا کلای جمع‌آوری و پس از شناسایی با آزمون‌های بیوشیمیایی استاندارد با استفاده از آزمون PCR با پرایمر ژن tufA مورد تأیید قرار گرفتند. توانایی تشکیل بیوفیلم با روش‌های کیفی ژلوز قرمز کنگو و کمی میکروتیتر پلیت ارزیابی گردید و فراوانی ژن‌های مرتبط با تولید بیوفیلم تعیین شد. ابتدا حداقل غلظت بازدارندگی (MIC) پپتید LL-37 (ProteoGenix، فرانسه) تعیین شد و سپس فعالیت LL-37 در غلظت‌های Sub-MIC بر مهار و تخریب بیوفیلم در ۶ سویه منتخب (به­عنوان نماینده گروه‌های بیوفیلم قوی، متوسط و ضعیف) بررسی گردید.
یافته‌ها: از مجموع ۲۰4 سویه تأیید شده، ۵۷ درصد بیوفیلم مثبت بودند. ژن yedQ در تمامی سویه‌های مولد بیوفیلم شناسایی شد. غلظت ۱۲ میکرومولار LL-37 تشکیل بیوفیلم را در سویه‌های بیوفیلم قوی و متوسط به ترتیب به میزان ۴۰-۳۴ درصد و ۴۸-۴۱ درصد کاهش داد. همچنین این غلظت توانست بیوفیلم‌های از پیش تشکیل‌شده را با کارآیی ۵۳-۳۸ درصد تخریب نماید؛ اما غلظت ۶ میکرومولار تأثیر کمتر از ۱۰ درصد بر سویه‌های بیوفیلم ضعیف داشت.
نتیجه‌گیری: پپتید LL-37 در غلظت‌های زیرمهاری دارای فعالیت ضدبیوفیلمی قابل‌توجهی علیه سویه‌های بالینی اشرشیا کلای اوروپاتوژنیک، به‌ویژه سویه‌های مولد بیوفیلم قوی است. این یافته‌ها پتانسیل LL-37 را به‌عنوان عامل کمکی در مدیریت عفونت‌های ادراری برجسته می‌سازد.

تازه های تحقیق

نرگس سادات مصطفوی دارانی:  Google Scholar

فاتح رحیمی:  Google Scholar , PubMed

علی قاسمی: Google Scholar , PubMed

کلیدواژه‌ها
اشرشیا کلای
بیوفیلم‌ها
کاتلیسیدین‌ها
عفونت‌های مجاری ادراری
مقاومت دارویی باکتریایی
موضوعات

عنوان مقاله English

Evaluation of the Inhibitory and Destructive Effects of LL-37 Peptide on Biofilms of Uropathogenic Escherichia coli Strains Isolated from Patients with Urinary Tract Infections in Isfahan

نویسندگان English

Narges Sadat Mostafavi Darani 1
Fateh Rahimi 2
Ali Qasemi 3
1 PhD Candidate of Microbiology, Division of Microbiology, Department of Cell and Molecular Biology & Microbiology, Faculty of Biological Science and Technology, University of Isfahan, Isfahan, Iran
2 PhD of Bacteriology, Division of Microbiology, Associate Professor, Department of Department of Cell and Molecular Biology & Microbiology, Faculty of Biological Science and Technology, University of Isfahan, Isfahan, Iran
3 PhD of Microbiology, Assistant Professor, Department of Biology, Faculty of Science, University of Sistan and Baluchestan, Zahedan, Iran
چکیده English

Background: The human cathelicidin antimicrobial peptide (LL-37), a component of the host innate immune system, possesses the capability to combat bacterial biofilms. This study aimed to evaluate the effect of sub-MIC concentrations of LL-37 on biofilms formed by clinical uropathogenic Escherichia coli (UPEC) strains isolated from patients in Isfahan, Iran, during 2024.
Methods: A total of 247 suspected E. coli isolates were collected from patients and identified by standard biochemical tests, and finally confirmed using PCR by specific primers for tufA gene. Biofilm-forming ability was assessed using qualitative Congo Red Agar (CRA) and quantitative Microtiter Plate (MTP) methods, and the frequency of biofilm-associated genes was determined. The minimum inhibitory concentration (MIC) of the LL-37 cathelicidin (ProteoGenix France) was evaluated; and subsequently, the activity of LL-37 at sub-MIC concentrations on biofilm inhibition and destruction among six selected strains (strong, moderate, and weak biofilm-producers) was investigated.
Findings: Of the 204 confirmed strains, 57% were biofilm producers. The yedQ gene was detected in all biofilm-producing strains. The 12 µM concentration of LL-37 reduced biofilm formation in strong and moderate biofilm producers by 34-40% and 41-48%, respectively. Furthermore, this concentration disrupted pre-formed biofilms with an efficacy of 38-53%; however, the 6 µM concentration showed a limited effect (<10%) on weak biofilm producers.
Conclusion: TThe LL-37 peptide exhibits significant anti-biofilm activity at sub-MIC concentrations against clinical UPEC strains, particularly strong biofilm producers. These findings highlight the potential of LL-37 as an adjunctive therapeutic agent in the management of urinary tract infections.

کلیدواژه‌ها English

Escherichia coli
Biofilms
Cathelicidins
Urinary Tract Infections
Bacterial Drug Resistance
1.     Tullus K, Shaikh N. Urinary tract infections in children. The Lancet. 2020;395(10237):1659-68.
2.     Rahimi F, Khashei S. Investigation the effect of nitric oxide on biofilm-producing uropathogenic Escherichia coli strains isolated from patients [in Persian]. Tehran Univ Med Sci J 2024; 82(7): 528-37.
3.     Mahale RP, Solomon AP, Maheshwarappa YD, Mahadevaiah S. Comparative evaluation of biofilm-forming capacity in uropathogenic and commensal Escherichia coli. Front Cell Infect Microbiol 2025; 15: 1570422.
4.     Flores-Mireles AL, Walker JN, Caparon M, Hultgren SJ. Urinary tract infections: epidemiology, mechanisms of infection and treatment options. Nat Rev Microbiol 2015; 13(5): 269-84.
5.     Micali S, Isgro G, Bianchi G, Miceli N, Calapai G, Navarra M. Cranberry and recurrent cystitis: more than marketing? Crit Rev Food Sci Nutr 2014; 54(8): 1063-75.
6.     Jhang J-F, Kuo H-C. Recent advances in recurrent urinary tract infection from pathogenesis and biomarkers to prevention. Tzu Chi Medical Journal 2017; 29(3): 131-7.
7.     Soto SM, Marco F, Guiral E, Vila J. Biofilm formation in uropathogenic Escherichia coli strains: Relationship with urovirulence factors and antimicrobial resistance. Clinical Management of Complicated Urinary Tract Infection. 1st ed. London, UK: IntechOpen; 2011.
8.     Oelschlaeger T, Dobrindt U, Hacker J. Pathogenicity islands of uropathogenic E. coli and the evolution of virulence. Int J Antimicrob Agents 2002; 19(6): 517-21.
9.     Qasemi A, Rahimi F, Katouli M. Clonal groups of extended-spectrum β-lactamase and biofilm producing uropathogenic Escherichia coli in Iran [in Persian]. Pathogens and Global Health 2022; 116(8): 485-97.
10.  Qasemi A, Rahimi F, Katouli M. Genetic diversity and virulence characteristics of biofilm-producing uropathogenic Escherichia coli. Int Microbiol 2022; 25(2): 297-307.
11.  Wiles TJ, Kulesus RR, Mulvey MA. Origins and virulence mechanisms of uropathogenic Escherichia coli. Exp Mol Patho 2008; 85(1): 11-9.
12.  Zhao F, Yang H, Bi D, Khaledi A, Qiao M. A systematic review and meta-analysis of antibiotic resistance patterns, and the correlation between biofilm formation with virulence factors in uropathogenic E. coli isolated from urinary tract infections. Microb Pathog 2020; 144: 104196.
13.  Serra DO, Richter AM, Hengge R. Cellulose as an architectural element in spatially structured Escherichia coli biofilms. Microb Pathogc 2013; 195(24): 5540-54.
14.  Verma P, Ho R, Chambers SA, Cegelski L, Zimmer J. Insights into phosphoethanolamine cellulose synthesis and secretion across the Gram-negative cell envelope. Nat Commun 2024; 15(1): 7798.
15.  Lindenberg S, Klauck G, Pesavento C, Klauck E, Hengge R. The EAL domain protein YciR acts as a trigger enzyme in ac‐di‐GMP signalling cascade in E. coli biofilm control. EMBO J 2013; 32(14): 2001-14.
16.  Kai-Larsen Y, Lüthje P, Chromek M, Peters V, Wang X, Holm Å, et al. Uropathogenic Escherichia coli modulates immune responses and its curli fimbriae interact with the antimicrobial peptide LL-37. PLoS Pathog 2010; 6(7): e1001010.
17.  Santos J, Ventura S, Pallarès I. LL-37 and CsgC exemplify the crosstalk between anti-amyloid, antimicrobial, and anti-biofilm protein activities. Neural Regen Res 2023; 18(5): 1027-8.
18.  Chromek M, Slamová Z, Bergman P, Kovács L, Podracka Lu, Ehrén I, et al. The antimicrobial peptide cathelicidin protects the urinary tract against invasive bacterial infection. Nat Med 2006; 12(6): 636-41.
19.  Ridyard KE, Elsawy M, Mattrasingh D, Klein D, Strehmel J, Beaulieu C, et al. Synergy between human peptide LL-37 and polymyxin B against planktonic and biofilm cells of Escherichia coli and Pseudomonas aeruginosa. Antibiotics (Basel) 2023; 12(2): 389.
20.  Pereira AC, Aguiar AP, Araujo LM, Dantas LO, Mayer MP, Karygianni L, et al. Antibiofilm activity of LL-37 peptide and D-amino acids associated with antibiotics used in regenerative endodontics on an ex vivo multispecies biofilm model. Life (Basel) 2022; 12(11): 1686.
White JK, Muhammad T, Alsheim E, Mohanty S, Blasi-Romero A, Gunasekera S, et al. A stable cyclized antimicrobial peptide derived from LL-37 with host immunomodulatory effects and activity against uropathogens. Cell Mol Life Sci 2022; 79(8): 411
مجله دانشکده پزشکی اصفهان
دوره 44، شماره 864
هفته 4، تیر
خرداد و تیر 1405
صفحه 868-875

  • تاریخ دریافت 05 مهر 1404
  • تاریخ پذیرش 04 مرداد 1405