AgNPとノルムセンシング阻害剤の組み合わせは緑膿菌の抗バイオフィルム効果を増大させた

AgNP combined with quorum sensing inhibitor increased the antibiofilm effect on Pseudomonas aeruginosa.

• Lei Liu
• Jing-Hui Li
• Shuang-Feng Zi
• Fu-Rong Liu
• Chao Deng
• Xue Ao
• Peng Zhang

抄録

緑膿菌バイオフィルムのライフスタイルは、慢性細菌感染症において多剤耐性を示す。そのため、代替の抗菌薬や併用療法の開発が急務となっている。本研究では、P. aeruginosaバイオフィルムに対するAgナノ粒子（AgNP）とノルムセンシング阻害剤（QSI）4-ニトロピリジンN-オキシド（4NPO）の組み合わせによる抗菌効果を検討した。P. aeruginosaのバイオフィルムバイオマスは、1.56-50mg/L AgNPによってかなり減少した。しかし、4NPOはP. aeruginosaのバイオフィルム形成を阻害するAgNPの能力を高めた（P<0.05）。AgNPと4NPOの組み合わせは12時間後も継続的にバイオフィルム形成を抑制することができ、50mg/L AgNPと6.25mg/L 4NPOの組み合わせはバイオフィルムの成長を徹底的に抑制することができた。AgNPと4NPOの組み合わせ（AgNP-4NPO併用）で処理したバイオフィルムのQS遺伝子およびexopolysaccharide遺伝子の発現レベルは、AgNP単独で処理した場合に比べて低かった（P<0.05）。AgNP-4NPOの組み合わせで処理したサンプルでは、追加の細胞外タンパク質および多糖類が決定された。プロテオミクス解析に基づいて、この結果は抗菌剤と放出された細胞内物質による細胞破壊に起因するものであった。2つの抗菌剤の組み合わせは、細菌べん毛にダメージを与え、rhlA遺伝子の発現を阻害することで、細菌細胞の遊泳能力を弱める可能性がある。このように、AgNPとQSIを併用することで、AgNP単独よりも強い抗菌力を示した。これらの結果は、抗菌薬の開発に貢献する可能性がある。

Pseudomonas aeruginosa biofilm lifestyle exhibits multidrug resistance in chronic bacterial infections. Alternative antimicrobial compounds or combination drug therapies must be urgently developed. In this work, the antibiofilm effect of Ag nanoparticle (AgNP) combined with the quorum sensing inhibitor (QSI) 4-nitropyridine N-oxide (4NPO) on P. aeruginosa biofilms was investigated. The biofilm biomass of P. aeruginosa was considerably reduced by 1.56-50 mg/L AgNP. However, 4NPO enhanced the ability of AgNP to inhibit P. aeruginosa biofilm formation (P < 0.05). The combination of AgNP with 4NPO could continuously inhibit biofilm development after 12 h, and 50 mg/L AgNP combined with 6.25 mg/L 4NPO thoroughly suppressed biofilm growth. The expression levels of QS genes and exopolysaccharide genes of biofilm treated with the combination of AgNP with 4NPO (AgNP-4NPO combination) were lower than those treated with AgNP alone (P < 0.05). Additional extracellular proteins and polysaccharides were determined in the samples treated with AgNP-4NPO combination. Based on proteomic analysis, this result was attributed to cell rupture caused by antimicrobial agents and intracellular materials released. The combination of the two antimicrobial agents could weaken the swimming ability of bacterial cells by damaging bacterial flagella and blocking rhlA gene expression. Thus, AgNP combined with QSI showed stronger antibiofilm ability than AgNP alone. These results may contribute to the development of antimicrobial agents.