Scientific Reports 13권, 기사 번호: 4373(2023) 이 기사 인용
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메티실린 내성 황색 포도상구균(MRSA)의 병독성을 조절하는 쿼럼 센싱(QS) 시스템을 표적으로 하는 치료법은 항생제에 대한 유망한 대안입니다. QS 시스템은 MRSA 항생제 내성, 외독소 생산, 항산화 보호 및 면역 세포 회피의 조절에 중요한 역할을 하므로 병원체의 독성을 줄이기 위한 매력적인 치료 표적입니다. 현재 연구에서는 두 가지 유산균 균주에서 분리된 생리활성 펩타이드의 효과를 두 가지 임상 MRSA 분리물에서 항생제 내성, 카로티노이드 생산, 산화 살해에 대한 저항성 및 생물막 구조에 대해 테스트했습니다. 벌크 및 반정제 생리활성 분자를 이용한 분획 억제 농도 분석에서 얻은 결과는 MRSA의 세폭시틴 매개 사멸을 증가시키는 상당한 시너지 효과를 보여주었습니다. 이는 주요 막 색소인 스타필록산틴의 6배 감소와 산화 스트레스 매개 살해에 대한 민감도의 99% 증가와 결합되었습니다. QS 유전자 agrA 및 luxS의 실시간 정량적 PCR 분석은 MRSA 균주 간의 차등적 발현과 헤모리신 유전자 hla의 유의한 하향조절을 보여주었습니다. 광학 현미경 및 주사 전자 현미경을 통해 생물막 형성 및 클러스터링 동작의 변화가 밝혀졌습니다. 이러한 결과는 생리활성 대사산물이 베타락탐 항생제와 함께 효과적으로 적용되어 MRSA를 세폭시틴에 감작시킬 수 있음을 보여줍니다. 더욱이, 이러한 결과는 몇 가지 주요 QS 제어 독성 메커니즘이 프로바이오틱 대사산물에 의해 감소된다는 것을 보여줍니다.
항생제의 남용은 역사적으로 새로운 내성을 선택함으로써 항생제 내성 박테리아의 증가에 기여해 왔으며1 항생제 단독요법에 대한 의존도가 새로운 내성 박테리아 변종에 대응할 수 있을 것으로 더 이상 기대되지 않습니다2,3. 항균제 내성의 확산을 관리하는 데 도움이 되는 한 가지 전략은 확립된 항균제의 사용을 제한하여 내성 출현에 기여하는 선택압을 낮추는 것입니다4. 결과적으로, 전통적인 항생제 단독 요법에 대한 대안을 연구하는 데 더 큰 초점이 맞춰지고 있습니다3,5. 특히, 박테리아 정족수 감지(QS) 및 세포 간 통신을 방해하는 대체 치료법은 항균제 내성 확산을 더 잘 관리할 수 있는 유망한 접근 방식입니다. 박테리아 QS 시스템은 매우 정교한 조절 메커니즘을 사용하여 감염 중 숙주의 변동하는 환경에 독성 유전자의 발현을 조정함으로써 박테리아 발병을 돕습니다. 낮은 병원체 밀도에서는 세포 간 통신에 사용되는 신호 분자의 농도가 낮지만 세포 집단 밀도가 증가함에 따라 임계 농도까지 축적됩니다. 일단 임계값에 도달하면 QS 신호 분자는 특정 수송체를 통해 세포에 흡수되고 전사 조절 인자가 활성화되어 발병기전의 해당 단계에서 필요한 독성 유전자가 유도됩니다6. QS 시스템은 필수 대사 과정에 직접적으로 관여하지 않으며, 이론적으로 적어도 이러한 비살상 대안은 저항성을 발현하는 능력을 갖춘 병원체에 덜 선택적 압력을 가할 것입니다7,8. 더욱이, QS 시스템은 종종 독소 생성 및 면역 세포 회피와 같은 전반적인 병독성에 기여하는 박테리아의 전형적인 특성 및 행동에서 중요한 역할을 하기 때문에 QS 교란 물질은 박테리아 감염 및 패혈증과의 싸움에서 흥미로운 치료 후보입니다9,10.
최근 병원성 박테리아를 퇴치하기 위한 경쟁자로 떠오른 새로운 대안 중 하나는 프로바이오틱 박테리아와 QS 교란물질 역할을 하는 대사산물을 사용하는 것입니다8. 인간과 동물의 건강에 대한 프로바이오틱스의 이점에 대한 주장을 뒷받침하는 과학적 증거는 드물지만, 최근 연구에서는 프로바이오틱스가 병원체 독성을 직접적으로 방해하는 여러 메커니즘이 밝혀졌습니다. 락토바실러스 아시도필루스(Lactobacillus acidophilus)에 의해 생산된 대사 펩타이드는 환경을 감지하고 의사소통하는 QS의 사용을 줄임으로써 병원성 박테리아 균주의 병독성을 감소시키는 것으로 나타났습니다. QS는 독소를 생성하고, 숙주 세포에 침입하고, 면역 세포를 회피하고, 생물막을 형성합니다11,12. Bifidobacterium 배양물의 무세포 소비 배지(CFSM)에서 분리된 대사산물은 Salmonella enterica serovar Typhimurium 및 장출혈성 대장균 O157:H713,14에서 부착 및 부착에 필요한 병독성 인자를 제어하는 주요 조절 유전자를 하향 조절하는 것으로 나타났습니다. 특히, 생체 내에서 프로바이오틱 Bacillus subtilis가 태국 농촌 인구의 장내 공생 병원체 Staphylococcus aureus를 배제하는 데 크게 기여하는 정족수 담금질 대사산물을 생성하는 것으로 나타났습니다15.
0.5–1.0), an indifferent outcome was observed if the combination was equal to the effect observed from the most active component (FIC > 1.0–2.0), and an antagonistic outcome was observed when the combination of the two compounds had a reduced effect in comparison to the most active individual component (FIC > 2.0). The FICs obtained for both MRSA 81M and 414M show an inverse relation for FIC values with increasing concentration of Ef 30616 bioactive metabolites (Fig. 1c). Only strain 81M showed synergistic FIC values at all concentrations of CFSM tested, with a significant decrease in MIC at both 30 and 60 mg/ml relative to the untreated CFSM control (p < 0.0001, Dunnett's multiple comparison test). However, strain 414M only had additive effects and did not lead to significantly different MIC with any concentration of CFSM used. Therefore, the two strains of MRSA in this study have differential sensitivity to the bioactive material when treated with cefoxitin, indicating strain specific differences in response to CFSM and/or antibiotic resistance./p> 3000 Da) (n = 3). Averages of biological replicates are shown for heat maps and are presented as the means in terms of percent growth inhibition (ANOVA, p < 0.05 Dunnett's multiple comparison test)./p> 3000 Da). A checkerboard method was again used to determine the MIC of the MRSA 81M strain using the same combination of cefoxitin concentrations (0–100 µg/mL) with equal starting inoculum, and a similar pattern in reduced MIC was seen in the filtrate (Fig. 1d)./p> 99.99% cell death for MRSA strains 414M and 81M, respectively (W = 0; p < 0.05; Wilcoxon signed-rank); as opposed to the untreated 414M and 81M cells, which exhibited only 16.67% and 19.70% cell death, respectively (Fig. 4e). However, the reduction in untreated 414M was not deemed significant (W = 5; p > 0.05; Wilcoxon signed-rank)./p> 99.99% and 99.67%, respectively, even though lingering orange pigment appeared to remain in the bioactive-treated MRSA. However, this low pigment level was possibly from intermediate pigment 4,4′-diaponeurosporene, which has been indicated previously through sigB interruption40. As wildtype MRSA 414M appeared to have little carotenoid production (compared to MRSA 81M), an alternative theory is that the bioactive metabolites are also able to disrupt the intrinsic component of the agr system responsible for sensing oxidative environments8. In terms of toxin production, the transcription of hla varies amongst strains of MRSA41, and downregulation by the bioactive material may be through a conserved mechanism like quorum sensing. The reduction in hla was phenotypically observed in the growth of MRSA colonies following treatment with the bioactive material, which showed strong reduction in hemolysis rings on blood agar media for both strains. In addition, most of the colonies with reduced hemolysis displayed different morphologies than the wildtype MRSA: colonies were small, slow-growing and had lost most of their original pigmentation (Fig. 3a,b). These colonies have been previously described in MRSA cultures as small colony variants. Disruption of the agr system has been linked to SVCs within wildtype MRSA populations, and which have been shown to display reduced virulence and increased cell aggregation. Together, these findings support the notion that certain Ef 30616 proteobiotic molecules may disrupt typical cell wall synthesis in MRSA by blocking carotenoid production that acts as a crucial antioxidant, resulting in increased sensitivity to oxidant killing./p>
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