Published May 1, 2022 | Version v1
Publication Metadata-only

Isolation and characterization of lytic bacteriophages from sewage at an egyptian tertiary care hospital against methicillin-resistant Staphylococcus aureus clinical isolates

Creators

  • 1. Theodor Bilharz Research Institute

Description

Methicillin resistant Staphylococcus aureus (MRSA) is a pathogen to humans causing life-threatening infections. MRSA have the capability to grow resistance to many antibiotics, and phage therapy is one treatment option for this infection.The aim of the present study was to isolate and characterize the lytic bacteriophages specific to MRSA from domestic sewage water at a tertiary care hospital in Egypt.Thirty MRSA strains were isolated from different clinical samples admitted to the microbiology lab at Theodor Bilharz Research institute (TBRI) hospital, Giza, Egypt. They were confirmed to be MRSA through phenotypic detection and conventional PCR for mecA gene. They were used for the isolation of phages from sewage water of TBRI hospital. Plaque assay was applied to purify and quantify the titer of the isolated phages. The host range of the isolated phages was detected using the spot test assay. The morphology of phages was confirmed using transmission electron microscope (TEM). Digestion of DNA extracted from phages with endonuclease enzymes including EcoRI and SmaI was performed. SDS-PAGE was performed to analyze MRSA specific phage proteins. As a positive control prophages were isolated from a mitomycin C (MitC) treated culture of S. aureus strain ATCC25923. Further characterization using conventional polymerase chain reaction (PCR) was used to select three known Staphylophages by detecting the endolysin gene of phage K, the polymerase gene of phage 44AHJD, and the minor tail gene of phage P68.Isolated phages in this research displayed a wide host range against MRSA using the spot test, out of thirty tested MRSA isolates 24 were sensitive and got lysed (80%). The titer of the phages was estimated to be 1.04 × 106 pfu/ml using plaque test. Identification of head and tail morphology of the phages was achieved using TEM and they were designated to tailed phages of order Caudovirales, they composed an icosahedral capsid. Prophages were isolated through MitC induction. DNA of phages was digested by endonuclease enzymes. Conventional PCR yielded 341 bp of phage K endolysin gene and phage P68 minor tail protein gene 501 bp. Protein analysis using SDS-PAGE showed 4 proteins of sizes between 42 kDa and 140 kDa.Phages isolated here are alike to others mentioned in previous studies. The high broad host range of the isolated phages is promising to control MRSA and can be in the future commercially suitable for treatment as lysate preparations. Animal models of phage-bacterial interaction will be our next step that may help in resolving the multidrug resistant crisis of MRSA in Egypt.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

المكورات العنقودية الذهبية المقاومة للميثيسيلين (MRSA) هي عامل ممرض للبشر يسبب عدوى تهدد الحياة. تمتلك MRSA القدرة على تنمية المقاومة للعديد من المضادات الحيوية، والعلاج بالعاثية هو أحد خيارات العلاج لهذه العدوى. كان الهدف من هذه الدراسة هو عزل وتوصيف البكتيريا الانحلالية الخاصة بـ MRSA من مياه الصرف الصحي المنزلية في مستشفى الرعاية الثالثية في مصر. تم عزل ثلاثين سلالة من MRSA من عينات سريرية مختلفة تم إدخالها إلى مختبر الأحياء الدقيقة في مستشفى معهد ثيودور بلهارز للأبحاث (TBRI)، الجيزة، مصر. تم تأكيد أنها MRSA من خلال الكشف عن النمط الظاهري و PCR التقليدي لجين mecA. تم استخدامها لعزل العاثيات عن مياه الصرف الصحي في مستشفى TBRI. تم تطبيق مقايسة البلاك لتنقية وتحديد عيار العاثيات المعزولة. تم الكشف عن النطاق المضيف للعاثيات المعزولة باستخدام اختبار SPOT. تم تأكيد مورفولوجيا العاثيات باستخدام المجهر الإلكتروني للإرسال (TEM). تم هضم الحمض النووي المستخرج من العاثيات مع إنزيمات إندونوكلياز بما في ذلك EcoRI و SmaI. تم إجراء SDS - PAGE لتحليل بروتينات عاثية محددة من MRSA. كما تم عزل طلائع التحكم الإيجابي من مزرعة ميتوميسين C (MITC) المعالجة من سلالة S. aureus ATCC25923. تم استخدام المزيد من التوصيف باستخدام تفاعل البوليميراز المتسلسل التقليدي (PCR) لاختيار ثلاثة عاثيات عنقودية معروفة من خلال الكشف عن جين الحالة الداخلية للعاثية K، وجين البلمرة للعاثية 44AHJD، وجين الذيل الثانوي للعاثية P68. عرضت العاثيات المعزولة في هذا البحث نطاق مضيف واسع ضد MRSA باستخدام اختبار SPOT، من بين ثلاثين عازلة MRSA تم اختبارها 24 كانت حساسة وتم تحليلها (80 ٪). تم تقدير عيار العاثيات بـ 1.04 × 106 pfu/ml باستخدام اختبار البلاك. تم تحديد مورفولوجيا الرأس والذيل للعاثيات باستخدام TEM وتم تعيينها للعاثيات الذيلية من أجل الفيروسات الذيلية، وهي تتألف من قفيصة ذات عشرين وجهًا. تم عزل العاثيات من خلال تحريض MITC. تم هضم الحمض النووي للعاثيات بواسطة إنزيمات النوكلياز الداخلي. أنتج تفاعل البوليميراز المتسلسل التقليدي 341 نقطة أساس من جين الحالة الداخلية للعاثية K وجين بروتين الذيل الثانوي للعاثية P68 501 نقطة أساس. أظهر تحليل البروتين باستخدام SDS - PAGE 4 بروتينات بأحجام تتراوح بين 42 كيلو دالتون و 140 كيلو دالتون. تتشابه الصفحات المعزولة هنا مع غيرها من البروتينات المذكورة في الدراسات السابقة. يعد نطاق المضيف الواسع العالي للعاثيات المعزولة واعدًا بالتحكم في MRSA ويمكن أن يكون في المستقبل مناسبًا تجاريًا للعلاج كمستحضرات حالّة. ستكون النماذج الحيوانية للتفاعل بين الملتهمات والبكتيريا هي خطوتنا التالية التي قد تساعد في حل أزمة مقاومة MRSA للأدوية المتعددة في مصر.

Translated Description (French)

Staphylococcus aureus résistant à la méthicilline (SARM) est un agent pathogène pour l'homme causant des infections potentiellement mortelles. Le SARM a la capacité de développer une résistance à de nombreux antibiotiques, et la phagothérapie est une option de traitement pour cette infection. L'objectif de la présente étude était d'isoler et de caractériser les bactériophages lytiques spécifiques du SARM à partir d'eaux usées domestiques dans un hôpital de soins tertiaires en Égypte. Trente souches de SARM ont été isolées à partir de différents échantillons cliniques admis au laboratoire de microbiologie de l'hôpital de l'Institut de recherche Theodor Bilharz (TBRI), à Gizeh, en Égypte. Il a été confirmé qu'il s'agissait de SARM par détection phénotypique et PCR conventionnelle pour le gène mecA. Ils ont été utilisés pour l'isolement des phages des eaux usées de l'hôpital TBRI. Le dosage en plaque a été appliqué pour purifier et quantifier le titre des phages isolés. La gamme d'hôtes des phages isolés a été détectée à l'aide du test spot. La morphologie des phages a été confirmée au microscope électronique à transmission (Met). La digestion de l'ADN extrait des phages avec des enzymes endonucléases dont EcoRI et SmaI a été réalisée. La SDS-PAGE a été réalisée pour analyser les protéines phagiques spécifiques du SARM. Comme témoin positif, des prophages ont été isolés à partir d'une culture de souche de S. aureus ATCC25923 traitée à la mitomycine C (MitC). Une caractérisation plus poussée à l'aide d'une réaction en chaîne par polymérase (PCR) conventionnelle a été utilisée pour sélectionner trois staphylophages connus en détectant le gène de l'endolysine du phage K, le gène de la polymérase du phage 44AHJD et le gène de la queue mineure du phage P68. Les phages isolés dans cette recherche ont montré une large gamme d'hôtes contre le SARM en utilisant le test spot, sur trente isolats de SARM testés, 24 étaient sensibles et ont été lysés (80 %). Le titre des phages a été estimé à 1,04 × 106 pfu/ml à l'aide d'un test de plaque. L'identification de la morphologie de la tête et de la queue des phages a été réalisée en utilisant la met et ils ont été désignés pour les phages à queue de l'ordre des Caudovirales, ils ont composé une capside icosaédrique. Les prophages ont été isolés par induction MitC. L'ADN des phages a été digéré par les enzymes endonucléases. La PCR conventionnelle a donné 341 pb du gène de l'endolysine du phage K et 501 pb du gène de la protéine mineure de la queue du phage P68. L'analyse des protéines à l'aide de SDS-PAGE a montré 4 protéines de tailles comprises entre 42 kDa et 140 kDa.Les pages isolées ici sont similaires à d'autres mentionnées dans des études précédentes. La large gamme d'hôtes des phages isolés promet de contrôler le SARM et peut être à l'avenir commercialement appropriée pour le traitement sous forme de préparations de lysat. Les modèles animaux d'interaction phage-bactérie seront notre prochaine étape qui peut aider à résoudre la crise multirésistante du SARM en Égypte.

Translated Description (Spanish)

El Staphylococcus aureus resistente a la meticilina (SARM) es un patógeno para los seres humanos que causa infecciones potencialmente mortales. Los SARM tienen la capacidad de aumentar la resistencia a muchos antibióticos, y la terapia con fagos es una opción de tratamiento para esta infección. El objetivo del presente estudio fue aislar y caracterizar los bacteriófagos líticos específicos de SARM de las aguas residuales domésticas en un hospital de atención terciaria en Egipto. Se aislaron treinta cepas de SARM de diferentes muestras clínicas ingresadas en el laboratorio de microbiología del hospital del Instituto de Investigación Theodor Bilharz (TBRI), Giza, Egipto. Se confirmó que eran SARM mediante detección fenotípica y PCR convencional para el gen mecA. Se utilizaron para el aislamiento de fagos de aguas residuales del hospital TBRI. Se aplicó el ensayo de placa para purificar y cuantificar el título de los fagos aislados. El rango de hospedadores de los fagos aislados se detectó utilizando el ensayo de prueba puntual. La morfología de los fagos se confirmó utilizando un microscopio electrónico de transmisión (TEM). Se realizó la digestión del ADN extraído de fagos con enzimas endonucleasa que incluyen EcoRI y SmaI. Se realizó SDS-PAGE para analizar las proteínas de fago específicas de SARM. Como control positivo, se aislaron profagos de un cultivo tratado con mitomicina C (MitC) de la cepa de S. aureus ATCC25923. Se utilizó una caracterización adicional utilizando la reacción en cadena de la polimerasa (PCR) convencional para seleccionar tres estafilófagos conocidos mediante la detección del gen de endolisina del fago K, el gen de polimerasa del fago 44AHJD y el gen de cola menor del fago P68. Los fagos aislados en esta investigación mostraron una amplia gama de huéspedes contra SARM utilizando la prueba de manchas, de los treinta aislados de SARM probados 24 fueron sensibles y se lisaron (80%). Se estimó que el título de los fagos era 1.04 × 106 pfu/ml usando la prueba de placa. La identificación de la morfología de la cabeza y la cola de los fagos se logró utilizando TEM y se designaron a fagos con cola del orden Caudovirales, que componían una cápside icosaédrica. Los profagos se aislaron a través de la inducción de MitC. El ADN de los fagos se digirió mediante enzimas endonucleasas. La PCR convencional produjo 341 pb del gen de endolisina del fago K y 501 pb del gen de la proteína menor de la cola del fago P68. El análisis de proteínas mediante SDS-PAGE mostró 4 proteínas de tamaños entre 42 kDa y 140 kDa. Los fagos aislados aquí son similares a otros mencionados en estudios anteriores. La amplia gama de huéspedes de los fagos aislados es prometedora para controlar el SARM y en el futuro puede ser comercialmente adecuada para el tratamiento como preparaciones de lisado. Los modelos animales de interacción fago-bacteriana serán nuestro próximo paso que puede ayudar a resolver la crisis de resistencia a múltiples fármacos del SARM en Egipto.

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
عزل وتوصيف البكتيريا الانحلالية من مياه الصرف الصحي في مستشفى الرعاية الثالثية المصري ضد العزلات السريرية للمكورات العنقودية الذهبية المقاومة للميثيسيلين
Translated title (French)
Isolement et caractérisation des bactériophages lytiques à partir des eaux usées d'un hôpital de soins tertiaires égyptien contre les isolats cliniques de Staphylococcus aureus résistants à la méthicilline
Translated title (Spanish)
Aislamiento y caracterización de bacteriófagos líticos de aguas residuales en un hospital de atención terciaria egipcio contra aislados clínicos de Staphylococcus aureus resistentes a la meticilina

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4221028347
DOI
10.1016/j.sjbs.2022.03.019

Is supplement to
https://openalex.org/W4390346473 (Other)
https://openalex.org/W4389381598 (Other)
https://openalex.org/W4308548049 (Other)
https://openalex.org/W4283736035 (Other)
https://openalex.org/W4206187195 (Other)
https://openalex.org/W3143340627 (Other)
https://openalex.org/W3120069934 (Other)
https://openalex.org/W2589909488 (Other)
https://openalex.org/W2565872882 (Other)
https://openalex.org/W1980370936 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Egypt

References

  • https://openalex.org/W1980715218
  • https://openalex.org/W2088066626
  • https://openalex.org/W2094137434
  • https://openalex.org/W2105506586
  • https://openalex.org/W2157624118
  • https://openalex.org/W2174658119
  • https://openalex.org/W2182897183
  • https://openalex.org/W2265248170
  • https://openalex.org/W2329296389
  • https://openalex.org/W2340376277
  • https://openalex.org/W2380949445
  • https://openalex.org/W2405089974
  • https://openalex.org/W2416655470
  • https://openalex.org/W2427052833
  • https://openalex.org/W2497305000
  • https://openalex.org/W2518813020
  • https://openalex.org/W2520677962
  • https://openalex.org/W2521307421
  • https://openalex.org/W2644133316
  • https://openalex.org/W2737501501
  • https://openalex.org/W2755924901
  • https://openalex.org/W2782489043
  • https://openalex.org/W2800638283
  • https://openalex.org/W2910506962
  • https://openalex.org/W2916953987
  • https://openalex.org/W2921536853
  • https://openalex.org/W2945040646
  • https://openalex.org/W2981168048
  • https://openalex.org/W2985816338
  • https://openalex.org/W3000425138
  • https://openalex.org/W3006839918
  • https://openalex.org/W3020252956
  • https://openalex.org/W3045035773
  • https://openalex.org/W3094262836
  • https://openalex.org/W3110137981
  • https://openalex.org/W3119893515
  • https://openalex.org/W3124373844
  • https://openalex.org/W3126306522
  • https://openalex.org/W3138297312
  • https://openalex.org/W3213122282
  • https://openalex.org/W4256491125
  • https://openalex.org/W746134393