量子ドット-メロペネム結合体をナノツールとして用いたバイオフィルム形成および抗菌抵抗性に対するカルボニルシアン-3-クロロフェニルヒドラゾンの活性

Activity of carbonyl cyanide-3-chlorophenylhydrazone on biofilm formation and antimicrobial resistance inusing quantum dots-meropenem conjugates as nanotools.

• Valdemir Vicente Silva JÚnior
• Bruno Raposo
• Ana Catarina S Lopes
• Paulo S R Araújo
• Adriana Fontes
• Paulo Euzebio Cabral Filho
• Maria Amélia V Maciel

抄録

多剤耐性（MDR）に伴う院内感染は世界的な公衆衛生上の問題である。流出系やバイオフィルム形成は、カルバペネム系薬剤に対する耐性に関連するメカニズムである。本研究では，量子ドット（QD）を用いて，流出ポンプ系阻害剤であるカルボニルシアニド-3-クロロフェニルヒドラゾン（CCCP）のバイオフィルム形成および耐性菌プロファイルへの影響を評価した。そのために，メロペネム（MPM）に共有結合したQDを，耐性株（P118）または対照の感受性株（ATCC Pa27853）とインキュベートした。P118は、以前のCCCP efflux inhibitorのインキュベーション後にコンジュゲートを用いて分析した。蛍光顕微鏡像は、感受性菌と耐性菌の両方が効率的に標識されていることを示した。それにもかかわらず、P118分離株は蛍光細胞凝集体を呈し、バイオフィルム形成を示唆していた。CCCPの添加により耐性菌のラベリングプロファイルは変化したが，アグロメラーゼは観察されず，バイオフィルムは形成されていなかった。遺伝子解析の結果，耐性株と感受性株の両方において，流出ポンプ系のチャネルタンパク質をコードする遺伝子が存在することが明らかになった。また，円盤拡散試験およびブロス微希釈試験により，P118株のCCCPの存在下および非存在下での薬剤感受性プロファイルを決定した。その結果，CCCP流出系阻害剤が一部の抗菌薬で耐性表現型の低下に寄与する可能性があることを確認した。本研究では，QD-MPMコンジュゲートを用いて，CCCP添加前後でのバイオフィルム形成の誘発・抑制効果を検証した。QD-MPMと抗菌薬を結合させたQD-MPMは、多剤耐性菌のバイオフィルム形成を調べるためのナノツールとして利用することができる。

Hospital infections associated with multidrug-resistant (MDR)are a worldwide public health problem. Efflux systems and biofilm formation are mechanisms related to resistance to carbapenemics. In this study, quantum dots (QDs) were used to evaluate the effect of carbonyl cyanide-3-chlorophenylhydrazone (CCCP), an efflux pump system inhibitor, on biofilm formation and antimicrobial resistance profile ofstrains. For this, QDs were covalently conjugated to meropenem (MPM) and incubated with aresistant isolate (P118) or a control sensitive strain (ATCC Pa27853). P118 was also analyzed with conjugates after previous CCCP efflux inhibitor incubation. Fluorescence microscopy images showed that both sensitive and resistant bacteria were efficiently labeled. Nevertheless, P118 isolates presented fluorescent cell agglomerates, suggesting biofilm formation. The addition of the CCCP changed the labeling profile of the resistant isolate, and the absence of agglomerates was observed, indicating no biofilm formation. Genetic assays revealed the presence ofandgenes encoding channel proteins from efflux pump systems in both resistant and sensitive strains. Disk-diffusion and broth microdilution tests determined drug susceptibility profiles in the presence and absence of CCCP for P118 isolates. We verified that the CCCP efflux system inhibitor may contribute toresistant phenotype reduction for some antimicrobials. This study verified the efficiency of QD-MPM conjugates to trigger and study biofilm formation, or its inhibition, before and after CCCP addition. QDs conjugated to antimicrobials can be used as nanotools to investigate multidrug-resistant bacterial strains on biofilm formation.

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