Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2019; : 5-12
Протективные эффекты катионов цинка в отношении бактерий Staphylococcus aureus, подвергающихся воздействию антибиотиков
https://doi.org/10.36233/0372-9311-2019-6-5-12Аннотация
Цель работы – оценка чувствительности бактерий Staphylococcus aureus к стандартному набору антибиотиков при нанесении на диск с антибиотиком катионов цинка или в условиях предобработки катионами цинка газона бактерий.
Материалы и методы. Суспензию бактерий S. aureus, содержавшую 108 КОЕ/мл, засевали газоном на чашки Петри с питательным агаром. Спустя 30 мин на поверхность газона по стандартному шаблону помещали диски с антибиотиками. Катионы цинка применяли в виде водного сульфата ZnSO4× 7H2O в 0,15 М растворе NaCl. Раствор в объёме 5 мкл наносили на диски с антибиотиками непосредственно после их размещения на поверхности газона или предварительно на поверхность газона с 10-минутной экспозицией на местах последующей установки дисков с антибиотиками. Затем чашки с культурой бактерий инкубировали в течение суток при 37 °С, после чего определяли диаметр зоны задержки роста бактерий.
Результаты и обсуждение. В присутствии на диске с антибиотиком 1,0 мкг/мл катионов цинка снижение чувствительности S. aureus к действию антибиотиков отмечено в 2,9% наблюдений. В присутствии одного, четырёх или восьми катионов цинка на молекулу антибиотика на диске протекция бактерий зарегистрирована в 1,4–5,7% случаев. После предобработки газона катионами цинка защита бактерий от последующего воздействия антибиотиков определена в 27,3–45,5% наблюдений.
Заключение. В условиях предобработки газона катионы цинка оказывают выраженное протективное действие на бактерии S. aureus, подвергающиеся последующему воздействию антибиотиков.
Список литературы
1. Чекнёв С.Б., Вострова Е.И., Сарычева М.А., Кисиль С.В., Анисимов В.В., Востров А.В. Торможение роста бактерий в культурах Streptococcus pyogenes и Streptococcus agalactiae в присутствии катионов меди и цинка. Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2017; (3): 26-35.
2. Чекнёв С.Б., Вострова Е.И., Апресова М.А., Писковская Л.С., Востров А.В. Торможение роста бактерий в культурах Staphylococcus aureus и Pseudomonas aeruginosa в присутствии катионов меди и цинка. Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2015; (2): 9-17.
3. Bunnell B.E., Escobar J.F., Bair K.L., Sutton M.D., Crane J.K. Zinc blocks SOS-induced antibiotic resistance via inhibition of RecA in Escherichia coli. PLoS One. 2017; 12(5): e0178303. Doi: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0178303
4. Chohan Z.H., Supuran C.T., Scozzafava A. Metal binding and antibacterial activity of ciprofloxacin complexes. J. Enzyme Inhib. Med. Chem. 2005; 20(3): 303-7. Doi: https://doi.org/10.1080/14756360310001624948
5. Uivarosi V. Metal complexes of quinolone antibiotics and their applications: an update. Molecules. 2013; 18(9): 11153-97. Doi: https://doi.org/10.3390/molecules180911153
6. Zarkan A., Mackline H.R., Chirgadze D.Y., Bond A.D., Hesketh A.R., Hong H.J. Zn(II) mediates vancomycin polymerization and potentiates its antibiotic activity against resistant bacteria. Sci. Rep. 2017; 7(1): 4893. Doi: https://doi.org/10.1038/s41598-017-04868-2
7. Chandrangsu P., Rensing C., Helmann J.D. Metal homeostasis and resistance in bacteria. Nature Rev. Microbiol. 2017; 15(6): 338-50. Doi: https://doi.org/10.1038/nrmicro.2017.15
8. Ma Z., Chandrangsu P., Helmann T.C., Romsang A., Gaballa A., Helmann D. Bacillithiol is a major buffer of the labile zinc pool in Bacillus subtilis. Molec. Microbiol. 2014; 94(4): 756-70. Doi: https://doi.org/10.1111/mmi.12794
9. Dastgheyb S.S., Villaruz A.E., Le K.Y., Tan V.Y., Duong A.C., Chatterjee S.S., et al. Role of phenol-soluble modulins in formation of Staphylococcus aureus biofilms in synovial fluid. Infect. Immun. 2015; 83(7): 2966-75. Doi: https://doi.org/10.1128/IAI.00394-15
10. Harrison J.J., Ceri H., Turner R.J. Multimetal resistance and tolerance in microbial biofilms. Nat. Rev. Microbiol. 2007; 5(12): 928-38.
11. Hurdle J.G., Deshpande A. Bacterial persister cells tackled. Nature. 2018; 556(7699): 40-1. Doi: https://doi.org/10.1038/d41586-018-03440-w
12. Hurdle J.G., O’Neill A.J., Chopra I., Lee R.E. Targeting bacterial membrane function: an underexploited mechanism for treating persistent infections. Nat. Rev. Microbiol. 2011; 9(1): 62-75. Doi: https://doi.org/10.1038/nrmicro2474
13. Geoghegan J.A., Monk I.R., O’Gara J.P., Foster T.J. Subdomains N2N3 of fibronectin binding protein A mediate Staphylococcus aureus biofilm formation and adherence to fibrinogen using distinct mechanisms. J. Bacteriol. 2013; 195(11): 2675-83. Doi: https://doi.org/10.1128/JB.02128-12
14. Gerdes K., Semsey S. Pumping persisters. Nature. 2016; 534(7605): 41-2. Doi: https://doi.org/10.1038/nature18442
15. Kim W., Zhu W., Hendricks G.L., Van Tyne D., Steele A.D., Keohane C.E., et al. A new class of synthetic retinoid antibiotics effective against bacterial persisters. Nature. 2018; 556(7699): 103-7. Doi: https://doi.org/10.1038/nature26157
Journal of microbiology, epidemiology and immunobiology. 2019; : 5-12
Protective effects of zinc ions towards Staphylococcus aureus bacteria exposed with antibiotics
https://doi.org/10.36233/0372-9311-2019-6-5-12Abstract
Objective. The work was performed with the purpose to study susceptibility of S. aureus bacteria to the action of the standard spectrum of antibiotics in presence of zinc ions used on the disks with antibiotics or on the lawn of the bacterial culture preliminarily to antibiotics treatment.
Materials and methods. Suspensions of S. aureus bacteria which contained 108 CFU/ ml were sown by the lawns into the standard Petri dishes coated with the supplemented Nutrient Agar. 30 min later the standard disks with antibiotics were passed on the surface of the lawn, and zinc sulfate was added by the drops of the volume of 5 μl on the surface of the disk. Then the dishes with bacterial cultures were incubated for 24 hrs at 37°C followed by measuring diameter of the area of culture growth inhibition. In some tests preliminarily to the disks with antibiotics passing the places of following disks application were treated with the zinc sulfate for 10 min at the room temperature.
Results and discussion. In presence of 1.0 μg/ml of zinc ions on the disk with antibiotics protective action of the metal towards the bacteria was registered at 2.9 per cent observations. In presence of one, four or eight zinc ions per one molecule of antibiotic protective action was registered at 1.4-5.7 per cent observations. Treatment with zinc ions of the surfaces of lawns followed by the disks installation resulted in 27.3-45.5 per cent observations of reducing diameter of the area of bacterial growth inhibition.
Conclusion. The treatment of the surface of the lawn of S. aureus bacteria with zinc ions cause protection of the bacteria from the following inhibitory antibiotics action.
References
1. Cheknev S.B., Vostrova E.I., Sarycheva M.A., Kisil' S.V., Anisimov V.V., Vostrov A.V. Tormozhenie rosta bakterii v kul'turakh Streptococcus pyogenes i Streptococcus agalactiae v prisutstvii kationov medi i tsinka. Zhurnal mikrobiologii, epidemiologii i immunobiologii. 2017; (3): 26-35.
2. Cheknev S.B., Vostrova E.I., Apresova M.A., Piskovskaya L.S., Vostrov A.V. Tormozhenie rosta bakterii v kul'turakh Staphylococcus aureus i Pseudomonas aeruginosa v prisutstvii kationov medi i tsinka. Zhurnal mikrobiologii, epidemiologii i immunobiologii. 2015; (2): 9-17.
3. Bunnell B.E., Escobar J.F., Bair K.L., Sutton M.D., Crane J.K. Zinc blocks SOS-induced antibiotic resistance via inhibition of RecA in Escherichia coli. PLoS One. 2017; 12(5): e0178303. Doi: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0178303
4. Chohan Z.H., Supuran C.T., Scozzafava A. Metal binding and antibacterial activity of ciprofloxacin complexes. J. Enzyme Inhib. Med. Chem. 2005; 20(3): 303-7. Doi: https://doi.org/10.1080/14756360310001624948
5. Uivarosi V. Metal complexes of quinolone antibiotics and their applications: an update. Molecules. 2013; 18(9): 11153-97. Doi: https://doi.org/10.3390/molecules180911153
6. Zarkan A., Mackline H.R., Chirgadze D.Y., Bond A.D., Hesketh A.R., Hong H.J. Zn(II) mediates vancomycin polymerization and potentiates its antibiotic activity against resistant bacteria. Sci. Rep. 2017; 7(1): 4893. Doi: https://doi.org/10.1038/s41598-017-04868-2
7. Chandrangsu P., Rensing C., Helmann J.D. Metal homeostasis and resistance in bacteria. Nature Rev. Microbiol. 2017; 15(6): 338-50. Doi: https://doi.org/10.1038/nrmicro.2017.15
8. Ma Z., Chandrangsu P., Helmann T.C., Romsang A., Gaballa A., Helmann D. Bacillithiol is a major buffer of the labile zinc pool in Bacillus subtilis. Molec. Microbiol. 2014; 94(4): 756-70. Doi: https://doi.org/10.1111/mmi.12794
9. Dastgheyb S.S., Villaruz A.E., Le K.Y., Tan V.Y., Duong A.C., Chatterjee S.S., et al. Role of phenol-soluble modulins in formation of Staphylococcus aureus biofilms in synovial fluid. Infect. Immun. 2015; 83(7): 2966-75. Doi: https://doi.org/10.1128/IAI.00394-15
10. Harrison J.J., Ceri H., Turner R.J. Multimetal resistance and tolerance in microbial biofilms. Nat. Rev. Microbiol. 2007; 5(12): 928-38.
11. Hurdle J.G., Deshpande A. Bacterial persister cells tackled. Nature. 2018; 556(7699): 40-1. Doi: https://doi.org/10.1038/d41586-018-03440-w
12. Hurdle J.G., O’Neill A.J., Chopra I., Lee R.E. Targeting bacterial membrane function: an underexploited mechanism for treating persistent infections. Nat. Rev. Microbiol. 2011; 9(1): 62-75. Doi: https://doi.org/10.1038/nrmicro2474
13. Geoghegan J.A., Monk I.R., O’Gara J.P., Foster T.J. Subdomains N2N3 of fibronectin binding protein A mediate Staphylococcus aureus biofilm formation and adherence to fibrinogen using distinct mechanisms. J. Bacteriol. 2013; 195(11): 2675-83. Doi: https://doi.org/10.1128/JB.02128-12
14. Gerdes K., Semsey S. Pumping persisters. Nature. 2016; 534(7605): 41-2. Doi: https://doi.org/10.1038/nature18442
15. Kim W., Zhu W., Hendricks G.L., Van Tyne D., Steele A.D., Keohane C.E., et al. A new class of synthetic retinoid antibiotics effective against bacterial persisters. Nature. 2018; 556(7699): 103-7. Doi: https://doi.org/10.1038/nature26157
