Published December 1, 2022 | Version v1
Publication Open

Bacteriophage as a potential therapy to control antibiotic-resistant Pseudomonas aeruginosa infection through topical application onto a full-thickness wound in a rat model

Creators

  • 1. Zewail City of Science and Technology
  • 2. National Research Centre
  • 3. Mansoura University
  • 4. Alexandria University
  • 5. October University of Modern Sciences and Arts
  • 6. Arish University

Description

Antibiotic-resistant Pseudomonas aeruginosa (P. aeruginosa) is one of the most critical pathogens in wound infections, causing high mortality and morbidity in severe cases. However, bacteriophage therapy is a potential alternative to antibiotics against P. aeruginosa. Therefore, this study aimed to isolate a novel phage targeting P. aeruginosa and examine its efficacy in vitro and in vivo.The morphometric and genomic analyses revealed that ZCPA1 belongs to the Siphoviridae family and could infect 58% of the tested antibiotic-resistant P. aeruginosa clinical isolates. The phage ZCPA1 exhibited thermal stability at 37 °C, and then, it decreased gradually at 50 °C and 60 °C. At the same time, it dropped significantly at 70 °C, and the phage was undetectable at 80 °C. Moreover, the phage ZCPA1 exhibited no significant titer reduction at a wide range of pH values (4-10) with maximum activity at pH 7. In addition, it was stable for 45 min under UV light with one log reduction after 1 h. Also, it displayed significant lytic activity and biofilm elimination against P. aeruginosa by inhibiting bacterial growth in vitro in a dose-dependent pattern with a complete reduction of the bacterial growth at a multiplicity of infection (MOI) of 100. In addition, P. aeruginosa-infected wounds treated with phages displayed 100% wound closure with a high quality of regenerated skin compared to the untreated and gentamicin-treated groups due to the complete elimination of bacterial infection.The phage ZCPA1 exhibited high lytic activity against MDR P. aeruginosa planktonic and biofilms. In addition, phage ZCPA1 showed complete wound healing in the rat model. Hence, this research demonstrates the potential of phage therapy as a promising alternative in treating MDR P. aeruginosa.

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

Translated Description (Arabic)

الزائفة الزنجارية المقاومة للمضادات الحيوية (P. aeruginosa) هي واحدة من أهم مسببات الأمراض في التهابات الجروح، مما تسبب في ارتفاع معدل الوفيات والاعتلال في الحالات الشديدة. ومع ذلك، فإن العلاج بالعاثيات هو بديل محتمل للمضادات الحيوية ضد P. aeruginosa. لذلك، تهدف هذه الدراسة إلى عزل عاثية جديدة تستهدف P. aeruginosa وفحص فعاليتها في المختبر وفي الجسم الحي. كشفت التحليلات المورفومترية والجينية أن ZCPA1 ينتمي إلى عائلة Siphoviridae ويمكن أن يصيب 58 ٪ من عزلات P. aeruginosa السريرية المقاومة للمضادات الحيوية التي تم اختبارها. أظهرت العاثية ZCPA1 ثباتًا حراريًا عند 37 درجة مئوية، ثم انخفضت تدريجيًا عند 50 درجة مئوية و 60 درجة مئوية. في الوقت نفسه، انخفض بشكل كبير عند 70 درجة مئوية، وكان العاثية غير قابلة للكشف عند 80 درجة مئوية. علاوة على ذلك، لم تظهر العاثية ZCPA1 أي انخفاض كبير في العيار عند مجموعة واسعة من قيم الأس الهيدروجيني (4-10) مع أقصى نشاط عند الأس الهيدروجيني 7. بالإضافة إلى ذلك، كان مستقرًا لمدة 45 دقيقة تحت ضوء الأشعة فوق البنفسجية مع تقليل سجل واحد بعد ساعة واحدة. كما أظهر نشاطًا تحليليًا كبيرًا والقضاء على الغشاء الحيوي ضد P. aeruginosa عن طريق تثبيط النمو البكتيري في المختبر في نمط يعتمد على الجرعة مع انخفاض كامل في النمو البكتيري عند تعدد العدوى (MOI) من 100. بالإضافة إلى ذلك، أظهرت الجروح المصابة بالبكتيريا الزنجارية التي عولجت بالعاثيات إغلاقًا للجرح بنسبة 100 ٪ بجودة عالية من الجلد المتجدد مقارنة بالمجموعات غير المعالجة والمعالجة بالجينتاميسين بسبب القضاء التام على العدوى البكتيرية. أظهرت العاثية ZCPA1 نشاطًا تحليليًا عاليًا ضد MDR P. aeruginosa planktonic والأغشية الحيوية. بالإضافة إلى ذلك، أظهرت العاثية ZCPA1 التئام كامل للجروح في نموذج الفئران. وبالتالي، يوضح هذا البحث إمكانات العلاج بالعاثية كبديل واعد في علاج MDR P. aeruginosa.

Translated Description (French)

Pseudomonas aeruginosa (P. aeruginosa) résistant aux antibiotiques est l'un des agents pathogènes les plus critiques dans les infections des plaies, entraînant une mortalité et une morbidité élevées dans les cas graves. Cependant, la thérapie bactériophagique est une alternative potentielle aux antibiotiques contre P. aeruginosa. Par conséquent, cette étude visait à isoler un nouveau phage ciblant P. aeruginosa et à examiner son efficacité in vitro et in vivo. Les analyses morphométriques et génomiques ont révélé que ZCPA1 appartient à la famille des Siphoviridae et pourrait infecter 58 % des isolats cliniques de P. aeruginosa résistants aux antibiotiques testés. Le phage ZCPA1 présentait une stabilité thermique à 37 °C, puis il diminuait progressivement à 50 °C et 60 °C. Dans le même temps, il a chuté de manière significative à 70 °C et le phage était indétectable à 80 °C. De plus, le phage ZCPA1 n'a présenté aucune réduction significative du titre à une large gamme de valeurs de pH (4-10) avec une activité maximale à pH 7. De plus, il était stable pendant 45 min sous lumière UV avec une réduction de log après 1 h. En outre, il a montré une activité lytique significative et une élimination du biofilm contre P. aeruginosa en inhibant la croissance bactérienne in vitro selon un schéma dose-dépendant avec une réduction complète de la croissance bactérienne à une multiplicité d'infection (moi) de 100. De plus, les plaies infectées par P. aeruginosa traitées avec des phages présentaient une fermeture de la plaie à 100% avec une peau régénérée de haute qualité par rapport aux groupes non traités et traités à la gentamicine en raison de l'élimination complète de l'infection bactérienne. Le phage ZCPA1 présentait une activité lytique élevée contre les films planctoniques et biologiques de P. aeruginosa MDR. De plus, le phage ZCPA1 a montré une cicatrisation complète de la plaie dans le modèle de rat. Par conséquent, cette recherche démontre le potentiel de la phagothérapie en tant qu'alternative prometteuse dans le traitement de la RDM de P. aeruginosa.

Translated Description (Spanish)

La Pseudomonas aeruginosa resistente a los antibióticos (P. aeruginosa) es uno de los patógenos más críticos en las infecciones de heridas, causando una alta mortalidad y morbilidad en casos graves. Sin embargo, la terapia con bacteriófagos es una alternativa potencial a los antibióticos contra P. aeruginosa. Por lo tanto, este estudio tuvo como objetivo aislar un nuevo fago dirigido a P. aeruginosa y examinar su eficacia in vitro e in vivo. Los análisis morfométricos y genómicos revelaron que ZCPA1 pertenece a la familia Siphoviridae y podría infectar al 58% de los aislados clínicos de P. aeruginosa resistentes a los antibióticos probados. El fago ZCPA1 mostró estabilidad térmica a 37 °C y, a continuación, disminuyó gradualmente a 50 °C y 60 °C. Al mismo tiempo, disminuyó significativamente a 70 °C y el fago fue indetectable a 80 °C. Además, el fago ZCPA1 no mostró una reducción significativa del título en un amplio intervalo de valores de pH (4-10) con una actividad máxima a pH 7. Además, fue estable durante 45 min bajo luz UV con una reducción logarítmica después de 1 h. Además, mostró una actividad lítica significativa y la eliminación de biopelículas contra P. aeruginosa al inhibir el crecimiento bacteriano in vitro en un patrón dependiente de la dosis con una reducción completa del crecimiento bacteriano a una multiplicidad de infección (Moi) de 100. Además, las heridas infectadas por P. aeruginosa tratadas con fagos mostraron un 100% de cierre de la herida con una alta calidad de piel regenerada en comparación con los grupos no tratados y tratados con gentamicina debido a la eliminación completa de la infección bacteriana. El fago ZCPA1 mostró una alta actividad lítica contra P. aeruginosa planctónica y biopelículas MDR. Además, el fago ZCPA1 mostró una cicatrización completa de la herida en el modelo de rata. Por lo tanto, esta investigación demuestra el potencial de la terapia con fagos como una alternativa prometedora en el tratamiento de P. aeruginosa MDR.

Files

s43141-022-00409-1.pdf

Files (2.7 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:8004522e00df01e509f6fdf1548ace5e
2.7 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
عاثية البكتيريا كعلاج محتمل للسيطرة على عدوى الزائفة الزنجارية المقاومة للمضادات الحيوية من خلال التطبيق الموضعي على جرح كامل السماكة في نموذج الفئران
Translated title (French)
Bactériophage en tant que thérapie potentielle pour contrôler l'infection à Pseudomonas aeruginosa résistante aux antibiotiques par application topique sur une plaie de pleine épaisseur dans un modèle de rat
Translated title (Spanish)
El bacteriófago como terapia potencial para controlar la infección por Pseudomonas aeruginosa resistente a los antibióticos mediante la aplicación tópica en una herida de espesor completo en un modelo de rata

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4295249559
DOI
10.1186/s43141-022-00409-1

Is supplement to
https://openalex.org/W4360798631 (Other)
https://openalex.org/W3135259308 (Other)
https://openalex.org/W2997286882 (Other)
https://openalex.org/W2953770793 (Other)
https://openalex.org/W2771687937 (Other)
https://openalex.org/W2529965222 (Other)
https://openalex.org/W2524080781 (Other)
https://openalex.org/W2219900129 (Other)
https://openalex.org/W2188701552 (Other)
https://openalex.org/W2006086107 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Egypt

References

  • https://openalex.org/W1564618898
  • https://openalex.org/W1633763584
  • https://openalex.org/W1700071556
  • https://openalex.org/W1972939907
  • https://openalex.org/W1984693521
  • https://openalex.org/W1998439150
  • https://openalex.org/W2030732806
  • https://openalex.org/W2038021662
  • https://openalex.org/W2040612059
  • https://openalex.org/W2055613435
  • https://openalex.org/W2059496903
  • https://openalex.org/W2096428903
  • https://openalex.org/W2101307155
  • https://openalex.org/W2106882534
  • https://openalex.org/W2107772251
  • https://openalex.org/W2110957778
  • https://openalex.org/W2113689947
  • https://openalex.org/W2115705225
  • https://openalex.org/W2120902911
  • https://openalex.org/W2122596809
  • https://openalex.org/W2124029068
  • https://openalex.org/W2130079858
  • https://openalex.org/W2142343447
  • https://openalex.org/W2148863069
  • https://openalex.org/W2156495516
  • https://openalex.org/W2175332918
  • https://openalex.org/W2316845643
  • https://openalex.org/W2318303680
  • https://openalex.org/W2340818223
  • https://openalex.org/W2419630738
  • https://openalex.org/W2420215847
  • https://openalex.org/W2429957548
  • https://openalex.org/W2470861263
  • https://openalex.org/W2496221212
  • https://openalex.org/W2528087434
  • https://openalex.org/W2579236691
  • https://openalex.org/W2588657365
  • https://openalex.org/W2594630120
  • https://openalex.org/W2605018235
  • https://openalex.org/W2623802615
  • https://openalex.org/W2737953146
  • https://openalex.org/W2751512677
  • https://openalex.org/W2760090669
  • https://openalex.org/W2760624104
  • https://openalex.org/W2781036741
  • https://openalex.org/W2793753655
  • https://openalex.org/W2799524357
  • https://openalex.org/W2891799811
  • https://openalex.org/W2891834919
  • https://openalex.org/W2903381708
  • https://openalex.org/W2941975147
  • https://openalex.org/W2953305767
  • https://openalex.org/W2981959547
  • https://openalex.org/W2982399652
  • https://openalex.org/W2988892352
  • https://openalex.org/W2992674733
  • https://openalex.org/W3002243777
  • https://openalex.org/W3008459943
  • https://openalex.org/W3013932042
  • https://openalex.org/W3015634328
  • https://openalex.org/W3024652892
  • https://openalex.org/W3026088979
  • https://openalex.org/W3038470858
  • https://openalex.org/W3047104964
  • https://openalex.org/W3047365032
  • https://openalex.org/W3089747452
  • https://openalex.org/W3092018586
  • https://openalex.org/W3092066441
  • https://openalex.org/W3095678979
  • https://openalex.org/W3098917311
  • https://openalex.org/W3102032040
  • https://openalex.org/W3115885194
  • https://openalex.org/W3127736171
  • https://openalex.org/W3136759802
  • https://openalex.org/W3146794281
  • https://openalex.org/W3147415669
  • https://openalex.org/W3152927829
  • https://openalex.org/W3153595852
  • https://openalex.org/W3159012757
  • https://openalex.org/W3163030543
  • https://openalex.org/W3178034838
  • https://openalex.org/W3197765279
  • https://openalex.org/W3202628622
  • https://openalex.org/W3210128824
  • https://openalex.org/W3211805452
  • https://openalex.org/W3213122282
  • https://openalex.org/W4200503005
  • https://openalex.org/W4200614469
  • https://openalex.org/W4206677002
  • https://openalex.org/W4207066392
  • https://openalex.org/W4221055989
  • https://openalex.org/W4221071705
  • https://openalex.org/W4246694857
  • https://openalex.org/W4249657897
  • https://openalex.org/W4250766594
  • https://openalex.org/W4286856396
  • https://openalex.org/W616827080