Enterococcus faecalis inhibits Klebsiella pneumoniae growth in polymicrobial biofilms in a glucose-enriched medium

Catheter-related urinary tract infections are one of the most common biofilm-associated diseases. Within biofilms, bacteria cooperate, compete, or have neutral interactions. This study aimed to investigate the interactions in polymicrobial biofilms of Klebsiella pneumoniae and Enterococcus faecalis, two of the most common uropathogens. Although K. pneumoniae was the most adherent strain, it could not maintain dominance in the polymicrobial biofilm due to the lactic acid produced by E. faecalis in a glucose-enriched medium. This result was supported by the use of E. faecalis V583 ldh-1/ldh-2 double mutant (non-producer of lactic acid), which did not inhibit the growth of K. pneumoniae. Lyophilized cell-free supernatants obtained from E. faecalis biofilms also showed antimicrobial/anti-biofilm activity against K. pneumoniae. Conversely, there were no significant differences in planktonic polymicrobial cultures. In summary, E. faecalis modifies the pH by lactic acid production in polymicrobial biofilms, which impairs the growth of K. pneumoniae

Transposon insertion in the purL gene induces biofilm depletion in Escherichia coli ATCC 25922

Current Escherichia coli antibiofilm treatments comprise a combination of antibiotics commonly used against planktonic cells, leading to treatment failure. A better understanding of the genes involved in biofilm formation could facilitate the development of efficient and specific new antibiofilm treatments. A total of 2578 E. coli mutants were generated by transposon insertion, of which 536 were analysed in this study. After sequencing, Tn263 mutant, classified as low biofilm-former (LF) compared to the wild-type (wt) strain (ATCC 25922), showed an interruption in the purL gene, involved in the de novo purine biosynthesis pathway. To elucidate the role of purL in biofilm formation, a knockout was generated showing reduced production of curli fibres, leading to an impaired biofilm formation. These conditions were restored by complementation of the strain or addition of exogenous inosine. Proteomic and transcriptional analyses were performed to characterise the differences caused by purL alterations. Thirteen proteins were altered compared to wt. The corresponding genes were analysed by qRT-PCR not only in the Tn263 and wt, but also in clinical strains with different biofilm activity. Overall, this study suggests that purL is essential for biofilm formation in E. coli and can be considered as a potential antibiofilm target

Novel gold(III)-dithiocarbamate complex targeting bacterial thioredoxin reductase: antimicrobial activity, synergy, toxicity, and mechanistic insights

IntroductionAntimicrobial resistance is a pressing global concern that has led to the search for new antibacterial agents with novel targets or non-traditional approaches. Recently, organogold compounds have emerged as a promising class of antibacterial agents. In this study, we present and characterize a (C^S)-cyclometallated Au(III) dithiocarbamate complex as a potential drug candidate.Methods and resultsThe Au(III) complex was found to be stable in the presence of effective biological reductants, and showed potent antibacterial and antibiofilm activity against a wide range of multidrug-resistant strains, particularly gram-positive strains, and gram-negative strains when used in combination with a permeabilizing antibiotic. No resistant mutants were detected after exposing bacterial cultures to strong selective pressure, indicating that the complex may have a low propensity for resistance development. Mechanistic studies indicate that the Au(III) complex exerts its antibacterial activity through a multimodal mechanism of action. Ultrastructural membrane damage and rapid bacterial uptake suggest direct interactions with the bacterial membrane, while transcriptomic analysis identified altered pathways related to energy metabolism and membrane stability including enzymes of the TCA cycle and fatty acid biosynthesis. Enzymatic studies further revealed a strong reversible inhibition of the bacterial thioredoxin reductase. Importantly, the Au(III) complex demonstrated low cytotoxicity at therapeutic concentrations in mammalian cell lines, and showed no acute in vivo toxicity in mice at the doses tested, with no signs of organ toxicity.DiscussionOverall, these findings highlight the potential of the Au(III)-dithiocarbamate scaffold as a basis for developing novel antimicrobial agents, given its potent antibacterial activity, synergy, redox stability, inability to produce resistant mutants, low toxicity to mammalian cells both in vitro and in vivo, and non-conventional mechanism of action

Shedding light on Klebsiella pneumoniae and Escherichia coli biofilms: from characterisation to new treatments

Programa de Doctorat en Medicina i Recerca Translacional[spa] Las biopelículas son un gran problema sanitario mundial debido a su inherente tolerancia a los tratamientos antimicrobianos. Aunque algunas de ellas son monomicrobianas, muchas otras son comunidades polimicrobianas, en las que se incluyen ciertas infecciones humanas. Los mecanismos subyacentes a la formación de biopelículas no se conocen del todo, y muchos genes de virulencia o incluso genes de resistencia a los antimicrobianos pueden estar implicados en este proceso. La identificación de nuevos genes que podrían estar asociados a la formación de biopelículas, así como el descubrimiento de nuevas moléculas para inhibirlos o erradicarlos es actualmente un objetivo prioritario en investigación. Por ello, esta tesis se centra en el estudio de la formación de biopelículas desde diferentes ángulos. En primer lugar, hemos analizado las interacciones entre especies bacterianas en las infecciones del tracto urinario, concretamente en la biopelícula formada por K. pneumoniae y E. faecalis, encontrando una interacción antagónica entre ellas debido a la produccion de ácido láctico por parte de E. faecalis. Dicho antagonismo se observó al utilizar caldo tripticasa de soja u orina humana enriquecidos con glucosa. Sin embargo, interacciones neutras fueron observadas cuando el medio en el que la biopelícula se desarrolló no contenía glucosa. Estos hallazgos nos llevan a seguir investigando a las bacterias lácticas como posibles agentes de control biológico de la formación de biopelículas en los catéteres permanentes en el contexto de las infecciones del tracto urinario. En segundo lugar, hemos buscado nuevos genes implicados en la formación de biopelículas en E. coli mediante el uso de mutagénesis aleatoria por inserción de un transposón. En la mutante denominada Tn263, el transposón se insertó en el gen purL, que codifica la 5'-fosforibosil-formil-glicinamida amidotransferasa, implicada en la vía biosintética de novo de las purinas. Los análisis de las cepas Tn263, ¿purL::cat y ¿purL/purL+ mostraron que ¿purL::cat, al igual que la mutante Tn263, también había perdido la capacidad de formar biopelículas y dio lugar a colonias de color rosa claro asociadas a fenotipos de curli defectuosos en agar rojo congo. La cepa complementada ¿purL/purL+ mostró valores de absorbancia similares a los de la cepa salvaje y restauró su capacidad de formar fimbrias curli y biopelículas. Además, las cepas Tn263 y ¿purL::cat recuperaron su capacidad de formar biopelículas cuando se añadió inosina monofosfato al medio. Estos resultados demuestran el papel crucial del gen purL y de la vía de biosíntesis de purinas en la producción de curli y, por tanto, en la producción de biopelículas. Así, podemos afirmar que los genes involucrados en las vías biosintéticas de los nucleótidos pueden ser excelentes objetivos para potenciales compuestos antibiopelícula. En nuestro siguiente objetivo, investigamos una nueva molécula de origen natural con actividad proteolítica que podría considerarse en el futuro para tratar las biopelículas formadas por bacterias Gram negativas y Gram positivas. Este extracto de fruta demostró tener actividades antimicrobiana y antibiopelícula, así como efecto bactericida a 2x CMI y 4x CMI tras 24 horas de incubación. Sin embargo, el valor IC50 obtenido mediante el ensayo de XTT en células Jurkat, fue impreciso debido a la viscosidad y turbidez del extracto de fruta. Aunque los valores de CMI obtenidos (que oscilaron entre 35 mg/mL y 50 mg/mL) y MBEC (que oscilaron entre 150 mg/mL y 400 mg/mL) son alentadores, estos valores podrían mejorarse si pudiéramos probar la molécula activa del extracto en nuestras cepas. Una vez conseguido esto, el extracto de fruta con enzimas proteolíticas podría ser un nuevo y prometedor agente antimicrobiano y antibiopelícula. Por último, hemos analizado si el origen de las cepas, los perfiles de resistencia a los antimicrobianos o la presencia o ausencia de diferentes determinantes de virulencia en una colección de cepas de E. coli y K. pneumoniae podrían estar relacionados con su capacidad para formar biopelículas. En el análisis realizado con las cepas de K. pneumoniae, encontramos que las fimbrias y la enterobactina están presentes en prácticamente todas las cepas clínicas analizadas. También encontramos el gen rmpA y el fenotipo hipermucoviscoso en una proporción significativa en nuestro estudio. Como se ha observado en estudios anteriores, observamos una prevalencia considerable de genes codificadores de yersiniabactina entre los aislados del tracto respiratorio, lo que confirma el papel crucial de la yersiniabactina en las infecciones pulmonares. Además, encontramos una asociación estadísticamente significativa entre el gen asociado a la cápsula uge y el origen de los aislados, con la mayoría de los aislados procedentes de orina portando este gen. Al analizar si la existía correlación entre la formación de biopelículas y el origen de los aislados, observamos que las cepas de orina formaban más biopelículas que los aislados del torrente sanguíneo o del tracto respiratorio y adicionalmente, las cepas de origen urinario eran más productoras de betalactamasas que las cepas respiratorias o sanguíneas. En cuanto a los resultados observados en el análisis de las cepas de E. coli, los perfiles de resistencia a los antimicrobianos en nuestra colección mostraron los mayores porcentajes de resistencia con ciprofloxacina, trimetoprim-sulfametoxazol y ampicilina, y encontramos un porcentaje significativo de cepas con genes que codifican Betalacatamasas de espectro extendido, siendo blaCTX-M-15 la más común. En cuanto a la clasificación por grupos filogenéticos, los aislados pertenecientes a los grupos filogenéticos B2 y D tenían una mayor capacidad de formación de biopelículas que los demás grupos filogenéticos. También encontramos una correlación estadísticamente significativa entre la formación de biopelículas y la presencia de varios sideróforos, adhesinas o toxinas. Uno de los hallazgos más notables de nuestro estudio fue la relación estadísticamente significativa entre los genes que codifican colibactina y la formación de biopelículas. En nuestro estudio, se encontró un gran porcentaje de cepas de E. coli positivas para colibactina, la mayoría de ellas formadoras de biopelículas, pertenecientes al grupo filogenético B2, con una tasa de resistencia a los antimicrobianos bastante baja, una gran diversidad clonal y una alta relación con la mayoría de los factores de virulencia estudiados. El papel de la colibactina en las biopelículas y su importancia en diversas enfermedades infecciosas humanas requiere más investigación. Las biopelículas formadas por E. coli y otros patógenos prioritarios también requieren más estudios, ya que en este proceso pueden intervenir factores ambientales u otros factores genéticos aún no identificados

Shedding light on Klebsiella pneumoniae and Escherichia coli biofilms: from characterisation to new treatments

[spa] Las biopelículas son un gran problema sanitario mundial debido a su inherente tolerancia a los tratamientos antimicrobianos. Aunque algunas de ellas son monomicrobianas, muchas otras son comunidades polimicrobianas, en las que se incluyen ciertas infecciones humanas. Los mecanismos subyacentes a la formación de biopelículas no se conocen del todo, y muchos genes de virulencia o incluso genes de resistencia a los antimicrobianos pueden estar implicados en este proceso. La identificación de nuevos genes que podrían estar asociados a la formación de biopelículas, así como el descubrimiento de nuevas moléculas para inhibirlos o erradicarlos es actualmente un objetivo prioritario en investigación. Por ello, esta tesis se centra en el estudio de la formación de biopelículas desde diferentes ángulos. En primer lugar, hemos analizado las interacciones entre especies bacterianas en las infecciones del tracto urinario, concretamente en la biopelícula formada por K. pneumoniae y E. faecalis, encontrando una interacción antagónica entre ellas debido a la produccion de ácido láctico por parte de E. faecalis. Dicho antagonismo se observó al utilizar caldo tripticasa de soja u orina humana enriquecidos con glucosa. Sin embargo, interacciones neutras fueron observadas cuando el medio en el que la biopelícula se desarrolló no contenía glucosa. Estos hallazgos nos llevan a seguir investigando a las bacterias lácticas como posibles agentes de control biológico de la formación de biopelículas en los catéteres permanentes en el contexto de las infecciones del tracto urinario. En segundo lugar, hemos buscado nuevos genes implicados en la formación de biopelículas en E. coli mediante el uso de mutagénesis aleatoria por inserción de un transposón. En la mutante denominada Tn263, el transposón se insertó en el gen purL, que codifica la 5'-fosforibosil-formil-glicinamida amidotransferasa, implicada en la vía biosintética de novo de las purinas. Los análisis de las cepas Tn263, ¿purL::cat y ¿purL/purL+ mostraron que ¿purL::cat, al igual que la mutante Tn263, también había perdido la capacidad de formar biopelículas y dio lugar a colonias de color rosa claro asociadas a fenotipos de curli defectuosos en agar rojo congo. La cepa complementada ¿purL/purL+ mostró valores de absorbancia similares a los de la cepa salvaje y restauró su capacidad de formar fimbrias curli y biopelículas. Además, las cepas Tn263 y ¿purL::cat recuperaron su capacidad de formar biopelículas cuando se añadió inosina monofosfato al medio. Estos resultados demuestran el papel crucial del gen purL y de la vía de biosíntesis de purinas en la producción de curli y, por tanto, en la producción de biopelículas. Así, podemos afirmar que los genes involucrados en las vías biosintéticas de los nucleótidos pueden ser excelentes objetivos para potenciales compuestos antibiopelícula. En nuestro siguiente objetivo, investigamos una nueva molécula de origen natural con actividad proteolítica que podría considerarse en el futuro para tratar las biopelículas formadas por bacterias Gram negativas y Gram positivas. Este extracto de fruta demostró tener actividades antimicrobiana y antibiopelícula, así como efecto bactericida a 2x CMI y 4x CMI tras 24 horas de incubación. Sin embargo, el valor IC50 obtenido mediante el ensayo de XTT en células Jurkat, fue impreciso debido a la viscosidad y turbidez del extracto de fruta. Aunque los valores de CMI obtenidos (que oscilaron entre 35 mg/mL y 50 mg/mL) y MBEC (que oscilaron entre 150 mg/mL y 400 mg/mL) son alentadores, estos valores podrían mejorarse si pudiéramos probar la molécula activa del extracto en nuestras cepas. Una vez conseguido esto, el extracto de fruta con enzimas proteolíticas podría ser un nuevo y prometedor agente antimicrobiano y antibiopelícula. Por último, hemos analizado si el origen de las cepas, los perfiles de resistencia a los antimicrobianos o la presencia o ausencia de diferentes determinantes de virulencia en una colección de cepas de E. coli y K. pneumoniae podrían estar relacionados con su capacidad para formar biopelículas. En el análisis realizado con las cepas de K. pneumoniae, encontramos que las fimbrias y la enterobactina están presentes en prácticamente todas las cepas clínicas analizadas. También encontramos el gen rmpA y el fenotipo hipermucoviscoso en una proporción significativa en nuestro estudio. Como se ha observado en estudios anteriores, observamos una prevalencia considerable de genes codificadores de yersiniabactina entre los aislados del tracto respiratorio, lo que confirma el papel crucial de la yersiniabactina en las infecciones pulmonares. Además, encontramos una asociación estadísticamente significativa entre el gen asociado a la cápsula uge y el origen de los aislados, con la mayoría de los aislados procedentes de orina portando este gen. Al analizar si la existía correlación entre la formación de biopelículas y el origen de los aislados, observamos que las cepas de orina formaban más biopelículas que los aislados del torrente sanguíneo o del tracto respiratorio y adicionalmente, las cepas de origen urinario eran más productoras de betalactamasas que las cepas respiratorias o sanguíneas. En cuanto a los resultados observados en el análisis de las cepas de E. coli, los perfiles de resistencia a los antimicrobianos en nuestra colección mostraron los mayores porcentajes de resistencia con ciprofloxacina, trimetoprim-sulfametoxazol y ampicilina, y encontramos un porcentaje significativo de cepas con genes que codifican Betalacatamasas de espectro extendido, siendo blaCTX-M-15 la más común. En cuanto a la clasificación por grupos filogenéticos, los aislados pertenecientes a los grupos filogenéticos B2 y D tenían una mayor capacidad de formación de biopelículas que los demás grupos filogenéticos. También encontramos una correlación estadísticamente significativa entre la formación de biopelículas y la presencia de varios sideróforos, adhesinas o toxinas. Uno de los hallazgos más notables de nuestro estudio fue la relación estadísticamente significativa entre los genes que codifican colibactina y la formación de biopelículas. En nuestro estudio, se encontró un gran porcentaje de cepas de E. coli positivas para colibactina, la mayoría de ellas formadoras de biopelículas, pertenecientes al grupo filogenético B2, con una tasa de resistencia a los antimicrobianos bastante baja, una gran diversidad clonal y una alta relación con la mayoría de los factores de virulencia estudiados. El papel de la colibactina en las biopelículas y su importancia en diversas enfermedades infecciosas humanas requiere más investigación. Las biopelículas formadas por E. coli y otros patógenos prioritarios también requieren más estudios, ya que en este proceso pueden intervenir factores ambientales u otros factores genéticos aún no identificados

Clinical Escherichia coli: From Biofilm Formation to New Antibiofilm Strategies

Escherichia coli is one of the species most frequently involved in biofilm-related diseases, being especially important in urinary tract infections, causing relapses or chronic infections. Compared to their planktonic analogues, biofilms confer to the bacteria the capacity to be up to 1000-fold more resistant to antibiotics and to evade the action of the host’s immune system. For this reason, biofilm-related infections are very difficult to treat. To develop new strategies against biofilms, it is important to know the mechanisms involved in their formation. In this review, the different steps of biofilm formation in E. coli, the mechanisms of tolerance to antimicrobials and new compounds and strategies to combat biofilms are discussed

Manejo integrado del cultivo, transformación e innovación en el cultivo de quinua : una alternativa sostenible, social y económica en el sector agrícola

Spa: El documento contiene información relevante sobre la importancia del cultivo de la quinua en el departamento de Boyacá, teniendo en cuenta que es un departamento agrícola diverso, destacandose en la producción de papa, hortalizas, leche, caña panelera y carne. También emergen cultivos como cacao, uchuva, forestales, cafés especiales y quinua. La quinua, es una promisoria alternativa de desarrollo en la región, con evidencias de cultivo ancestral por los chibchas

Hydrophilic Antimicrobial Coatings for Medical Leathers from Silica-Dendritic Polymer-Silver Nanoparticle Composite Xerogels

Hybrid organic-inorganic (dendritic polymer-silica) xerogels containing silver nanoparticles (Ag Nps) were developed as antibacterial leather coatings. The preparation method is environmentally friendly and is based on two biomimetic reactions. Silica gelation and spontaneous Ag Nps formation were both mediated by hyperbranched poly (ethylene imine) (PEI) scaffolds of variable Mw (2000–750,000). The formation of precursor hydrogels was monitored by dynamic light scattering (DLS). The chemical composition of the xerogels was assessed by infrared spectroscopy (IR) and energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS), while the uniformity of the coatings was established by scanning electron microscopy (SEM). The release properties of coated leather samples and their overall behavior in water in comparison to untreated analogs were investigated by Ultraviolet-Visible (UV-Vis) spectroscopy. Antibacterial activity was tested against Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, and Staphylococcus aureus, and antibiofilm properties against Staphylococcus aureus, Staphylococcus epidermidis, Escherichia coli, Acinetobacter baumannii, and Enterococcus faecalis, while the SARS-CoV-2 clinical isolate was employed for the first estimation of their antiviral potential. Toxicity was evaluated using the Jurkat E6.1 cell line. Finally, water-contact angle measurements were implemented to determine the enhancement of the leather surface hydrophilicity caused by these composite layers. The final advanced products are intended for use in medical applications

Hydrophilic Antimicrobial Coatings for Medical Leathers from Silica-Dendritic Polymer-Silver Nanoparticle Composite Xerogels

Hybrid organic-inorganic (dendritic polymer-silica) xerogels containing silver nanoparticles (Ag Nps) were developed as antibacterial leather coatings. The preparation method is environmentally friendly and is based on two biomimetic reactions. Silica gelation and spontaneous Ag Nps formation were both mediated by hyperbranched poly (ethylene imine) (PEI) scaffolds of variable Mw (2000–750,000). The formation of precursor hydrogels was monitored by dynamic light scattering (DLS). The chemical composition of the xerogels was assessed by infrared spectroscopy (IR) and energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS), while the uniformity of the coatings was established by scanning electron microscopy (SEM). The release properties of coated leather samples and their overall behavior in water in comparison to untreated analogs were investigated by Ultraviolet-Visible (UV-Vis) spectroscopy. Antibacterial activity was tested against Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, and Staphylococcus aureus, and antibiofilm properties against Staphylococcus aureus, Staphylococcus epidermidis, Escherichia coli, Acinetobacter baumannii, and Enterococcus faecalis, while the SARS-CoV-2 clinical isolate was employed for the first estimation of their antiviral potential. Toxicity was evaluated using the Jurkat E6.1 cell line. Finally, water-contact angle measurements were implemented to determine the enhancement of the leather surface hydrophilicity caused by these composite layers. The final advanced products are intended for use in medical applications

First report of a Klebsiella pneumoniae ST466 strain causing neonatal sepsis harbouring the blaCTX-M-15 gene in Rabat, Morocco

Klebsiella pneumoniae is one of the Gram-negative bacilli most commonly found in urine of pregnant women and causing neonatal sepsis. The aim of this study was to analyse in terms of epidemiology and antimicrobial resistance of 23 K. pneumoniae isolates collected from vaginal swabs or urine of pregnant women, from pharyngeal and ear swabs of apparently healthy newborns and from peripheral cultures and hemocultures of newborns with suspected invasive neonatal infection in Rabat, Morocco. The prevalence of K. pneumoniae was 0.6 and 0.9% among pregnant women and neonates, respectively. These strains showed lower antimicrobial resistance levels regarding the developed countries. Thus, only one strain from a neonate presented an ESBL. This is the first report of a K. pneumoniae strain causing neonatal sepsis harbouring the blaCTX-M-15 gene in an IncFII plasmid and belonging to ST466 in this area