Effect of Bacteriophage 365A Against Ceftazidime Resistant Burkholderia pseudomallei in Planktonic and Biofilm Conditions
Keywords:
Burkholderia pseudomallei, ceftazidime resistant, bacteriophage, biofilm Burkholderia pseudomallei, ดื้อยาเซฟตาซิดิม, แบคเทอริโอเฟจ, ไบโอฟิล์มAbstract
Background and Objective: Burkholderia pseudomallei is a Gram negative bacilli bacteria that causes melioidosis. The endemic areas are in Northern Australia and Northeastern Thailand. Currently, bacteria resistance to many antibiotics, including ceftazidime, the drug of choice to treat melioidosis. This study investigated the characteristics and capabilities of bacteriophage isolated from B. pseudomallei to kill and reduce biofilm formation in ceftazidime resistant B. pseudomallei.
Methods: The bacteriophage was spontaneously isolated from B. pseudomallei 365A. It was characterized the structure by transmission electron microscope and identified nucleic acid type. Host range determination of bacteriophage was performed by spot test. Capability of bacteriophage to kill and reduce biofilm formation in ceftazidime resistant B. pseudomallei was performed by time kill assay and colorimetric method, respectively
Results: Bacteriophage 365A structure composed of icosahedral head and contractile tail with tail fibers. It had DNA as a genetic material, thus it belongs to Myoviridae family. Bacteriophage 365A was able to lysed 100% of ceftazidime resistant B. pseudomallei tested isolates. Bacteriophage 365A also reduced 2 log units of ceftazidime resistant B. pseudomallei in planktonic conditions and reduced 60-68% of biofilm formation.
Conclusion: Bacteriophage 365A isolated from B. pseudomallei strain 365A has potential to reduce ceftazidime resistant B. pseudomallei in planktonic conditions and can also reduce biofilm formation. According to efficiency of bacteriophages 365A, it may possibly use bacteriophage 365A to control ceftazidime resistant B. pseudomallei.
ผลของแบคเทอริโอเฟจ 365A ในการยับยั้งเชื้อ Burkholderia pseudomallei ที่ดื้อต่อยาเซฟตาซิดิมในสภาวะแพลงโทนิคและสร้างไบโอฟิล์ม
นัยพัช นิตยสุทธิ์, อุมาพร ยอดประทุม*
ภาควิชาจุลชีววิทยา 2ศูนย์วิจัยโรคเมลิออยโดสิส คณะแพทยศาสตร์ มหาวิทยาลัยขอนแก่น
หลักการและวัตถุประสงค์: Burkholderia pseudomallei เป็นแบคทีเรียแกรมลบรูปแท่ง ที่เป็นสาเหตุของโรคเมลิออยโดสิส พบระบาดมากทางตอนเหนือของประเทศออสเตรเลียและภาคตะวันออกเฉียงเหนือของไทย เชื้อดื้อต่อยาปฏิชีวนะหลายชนิดรวมถึงยาเซฟตาซิดิม ซึ่งเป็นยาที่ใช้ในการรักษาโรค วัตถุประสงค์ของการวิจัยนี้เพื่อศึกษาลักษณะและความสามารถของแบคเทอริโอเฟจที่แยกได้จากเชื้อ B. pseudomallei ในการทำลายเชื้อและไบโอฟิลม์ของเชื้อ B. pseudomallei ที่ดื้อยาเซฟตาซิดิม
วิธีการศึกษา: คัดแยกและศึกษาโครงสร้างของแบคเทอริโอเฟจภายใต้กล้องจุลทรรศน์แบบส่องผ่าน ศึกษาชนิดสารพันธุกรรม ทดสอบความสามารถในการติดเชื้อแบคทีเรีย ด้วยวิธี spot test ทดสอบความสามารถของแบคเทอริโอเฟจในการยับยั้งเชื้อ B. pseudomallei ที่ดื้อต่อยาเซฟตาซิดิม ด้วยวิธี time kill assay รวมถึงการยับยั้งการสร้างไบโอฟิล์มของเชื้อ B. pseudomallei ที่ดื้อต่อยาเซฟตาซิดิม ด้วยวิธีการ colorimetric method
ผลการศึกษา: โครงสร้างของแบคเทอริโอเฟจ 365A ประกอบด้วยหัวรูปทรงหลายเหลี่ยมและหางที่ยืดหดได้ และมีดีเอ็นเอเป็นสารพันธุกรรม จึงจัดอยู่ใน family Myoviridae ความสามารถในการเข้าทำลายเชื้อ B. pseudomallei ที่ดื้อต่อยาเซฟตาซิดิม ได้ร้อยละ 100 เปอร์เซ็นต์ (5 สายพันธุ์) นอกจากนี้ยังสามารถลดปริมาณเชื้อ B. pseudomallei ที่ดื้อยาเซฟตาซิดิม ในสภาวะแพลงโทนิกได้ 2 log units และลดการสร้างไบโอฟิลม์ของเชื้อ B. pseudomallei ที่ดื้อยาเซฟตาซิดิมได้ร้อยละ 60-68
สรุป: แบคเทอริโอเฟจ 365A ที่แยกได้จาก B. pseudomallei สายพันธุ์ 365A มีความสามารถในการลดปริมาณเชื้อ B. pseudomallei ที่ดื้อยาเซฟตาซิดิมในสภาวะแพลงโทนิกและลดการสร้างไบโอฟิลม์ได้ จึงอาจเป็นทางเลือกใหม่ที่จะนำแบคเทอริโอเฟจ 365A มาประยุกต์ใช้ในการควบคุมเชื้อ B. pseudomallei ที่ดื้อยาเซฟตาซิดิมในอนาคต
References
Wiersinga WJ, Currie BJ, Peacock SJ. Melioidosis. N Engl J Med 2012; 367: 1035-44.
Schweizer HP. Mechanisms of antibiotic resistance in Burkholderia pseudomallei: implications for treatment of melioidosis. Future microbiol 2012; 7: 1389-99.
Limmathurotsakul D, Paeyao A, Wongratanacheewin S, Saiprom N, Takpho N, Thaipadungpanit J, et al. Role of Burkholderia pseudomallei biofilm formation and lipopolysaccharide in relapse of melioidosis. Clin Microbiol Infect 2014; 20: 854-6.
Nanda AM, Thormann K, Frunzke J. Impact of spontaneous prophage induction on the fitness of bacterial populations and host-microbe interactions. J bacteriol 2015; 197: 410-9.
Garcia P, Martinez B, Obeso J, Rodriguez A. Bacteriophages and their application in food safety. Lett Appl Microbiol 2008; 47: 479-85.
Schmelcher M, Donovan DM, Loessner MJ. Bacteriophage endolysins as novel antimicrobials. Future microbiol 2012; 7: 1147-71.
Kulsuwan R, Wongratanacheewin S, Wongratanacheewin RS, Yordpratum U, Tattawasart U. Lytic Capability of Bacteriophages (Family Myoviridae) on Burkholderia pseudomallei. Southeast Asian J Trop Med Public Health 2014; 45: 1344-53.
DeShazer D. Genomic diversity of Burkholderia pseudomallei clinical isolates: subtractive hybridization reveals a Burkholderia mallei-specific prophage in B. pseudomallei 1026b. J Bacteriol 2004; 186: 3938-50.
Khanthawud K, Tattawasart U, Wongratanacheewin S, Manjai A. Isolation and Characterization of a Lysogenic phage from Burkholderia pseudomallei. Asia Pac J Sci Technol 2014; 11: 41-8.
Kvitko BH, Cox CR, DeShazer D, Johnson SL, Voorhees KJ, Schweizer HP. phiX216, a P2-like bacteriophage with broad Burkholderia pseudomallei and B. mallei strain infectivity BMC Microbiol 2012; 12: 289.
Abhilash M, Vidya A, Jagadevi T. Bacteriophage therapy: A war against antibiotic resistant bacteria. Internet J Altern Med 2009; 7: e13668.
Jamal M, Hussain T, Rajanna Das C, Andleeb S. Isolation and Characterization of a Myoviridae MJ1 Bacteriophage Against Multi-Drug Resistant Escherichia coli 3. Jundishapur J Microbiol 2015; 8: e25917.
Jeon J, D'Souza R, Pinto N, Ryu CM, Park J, Yong D, et al. Characterization and complete genome sequence analysis of two Myoviral bacteriophages infecting clinical carbapenem-resistant Acinetobacter baumannii isolates. J Appl Microbiol 2016; 121: 68-77.
Yordpratum U, Tattawasart U, Wongratanacheewin S, Sermswan RW. Novel lytic bacteriophages from soil that lyse Burkholderia pseudomallei. FEMS Microbiol Lett 2011; 314: 81-8.
Anutrakunchai C, Sermswan RW, Wongratanacheewin S, Puknun A, Taweechaisupapong S. Drug susceptibility and biofilm formation of Burkholderia pseudomallei in nutrient-limited condition. Tropical Biomedicine 2015; 32: 300-9.
Chopin M-C, Chopin A, Roux C. Definition of bacteriophage groups according to their lytic action on mesophilic lactic streptococci. Appl Environ Microbiol 1976; 32: 741-6.
Sambrook J, Russell D. Molecular cloning: a laboratory manual, 3rd edn. Cold Springer Harbor Laboratory. Cold Spring Harbor, New York, USA, 2001.
Sawasdidoln C, Taweechaisupapong S, Sermswan RW, Tattawasart U, Tungpradabkul S, Wongratanacheewin S. Growing Burkholderia pseudomallei in biofilm stimulating conditions significantly induces antimicrobial resistance. PloS One 2010; 5: e9196.
Wikler MA. Performance standards for antimicrobial susceptibility testing: Sixteenth informational supplement: Clinical and Laboratory Standards Institute, 2006.
Jamalludeen N, Johnson RP, Friendship R, Kropinski AM, Lingohr EJ, Gyles CL. Isolation and characterization of nine bacteriophages that lyse O149 enterotoxigenic Escherichia coli. Vet Microbiol 2007; 124: 47-57.
Green MR, Sambrook J, Laboratory CSH. Molecular cloning : a laboratory manual. Fourth edition ed: Cold Spring Harbor, N.Y. Cold Spring Harbor Laboratory Press, 2012.
Cerca N, Oliveira R, Azeredo J. Susceptibility of Staphylococcus epidermidis planktonic cells and biofilms to the lytic action of staphylococcus bacteriophage K. Lett Appl Microbiol 2007; 45: 313-7.
Sariya L, Prempracha N, Keelapan P, Chittasophon N. Bacteriophage isolated from Burkholderia pseudomallei Causes phenotypic changes in Burkholderia thailandensis. Sci Asia 2006; 32: 9.
Labrie SJ, Samson JE, Moineau S. Bacteriophage resistance mechanisms. Nat rev Microbiol 2010; 8: 317-27.
Yan J, Mao J, Xie J. Bacteriophage polysaccharide depolymerases and biomedical applications. BioDrugs 2014; 28: 265-74.
