Evaluation of the Antibacterial Effects of Tryptophan and Zinc Aspartate as Antibiofi lm Agents in Combination with Doxycycline in Vitro
Authors: Артюх Т.В. 
Published: February 2022

Цель. Изучить чувствительность микроорганизмов (E. coli, S. aureus, C. albicans) к доксициклину при добавлении в среду триптофана и цинка аспартата (1000 мкг/мл) в составе монои микст-биопленок. Материалы и методы. Исследование проводили на клинических штаммах Е. соli, S. aureus, С.albiсаns, изолированных у пациентов с клиническими признаками вагинита. Способность к пленкообразованию исследуемых штаммов Е. соli 2646 и S. aureus 2738, С. аlbiсаns 2924 изучали в системе иммунологических планшетов в течение 5 дней в статических условиях, с закладкой медных сеточек для электронной микроскопии. Минимальную ингибирующую концентрацию (МИК) доксициклина и его комбинаций с триптофаном и цинком для микроорганизмов в составе биопленок определяли с использованием анализа восстановления XTT (2,3-бис (2-метокси-4-нитро-5-сульфофенил)-5-[карбонил (фениламино)]-2H-гидроксид тетразолия) на основе 1% резазурина. Визуализировали микробные биопленки под световым и электронным трансмиссионным микроскопом JЕM 1011 (JЕОL, Япония) при ускоряющем напряжении 80 KV. Результаты. Исследуемые микроорганизмы Е. соli 2646 и S. aureus 2738, С. аlbiсаns 2924 способны образовывать биопленки. Триптофан и цинка аспартат в концентрации 1000 мкг/мл оказывают модулирующее действие на чувствительность E. coli, S. aureus, C. albicans к доксициклину в составе монои микст-биопленок. Триптофан и цинка аспартат повышают активность доксициклина по отношению к монобиопленкам E. coli и S. aureus. По отношению к биопленкам, в состав которых входит C. albicans, триптофан и цинка аспартат снижают активность доксициклина. МИК антибактериальных препаратов для микроорганизмов в составе микстбиопленок возрастают относительно МИК для монобиопленок в 4 раза. Выводы. Биологически активные вещества (аминокислоты) обладают высоким потенциалом действия на биопленки. Тщательная оптимизация состава и концентрации триптофана и цинка аспартата, в зависимости от вида микроорганизма, вызывает антибиопленочный эффект, что позволяет рассматривать их в качестве адъювантов/наполнителей лекарств. Установленные закономерности могут быть использованы в качестве теоретической основы для разработки способов повышения эффективности антимикробных препаратов в терапии биопленочных инфекций и борьбы с распространением устойчивых штаммов микроорганизмов.

Objectives. To study the sensitivity of microorganisms (E. coli, S. aureus, C. albicans) to doxycycline in the presence of tryptophan and zinc aspartate (1000 mcg/ml) in mono-and mixed biofilms. Materials and methods. The study was carried out on clinical strains E. coli, S. aureus, C. albisans isolated in patients with clinical signs of vaginitis. The ability to film formation of the investigated strains E. coli 2646, S. aureus 2738, C. albicans 2924 was studied in the system of immunological plates for 5 days under static conditions, with the laying of copper meshes for electron microscopy. The minimum inhibitory concentration (MIC) of doxycycline and its combinations with tryptophan and zinc for microorganisms in biofilms was determined using the XTT (2,3-bis (2-methoxy-4-nitro- 5-sulfophenyl)-5-[carbonyl (phenylamino)]-2H-tetrazolium hydroxide) based on 1% resazurin. Microbial biofilms were visualized under a light and electron transmission microscope JEM 1011 (JEOL, Japan) at an accelerating voltage of 80 KV. Results. The investigated microorganisms E. coli 2646, S. aureus 2738, C. albicans 2924 are capable of forming biofilms. Tryptophan and zinc aspartate at a concentration of 1000 mcg/ml have a modulating effect on the sensitivity of E. coli, S. aureus, C. albicans to doxycycline in mono-and mixed biofilms. Tryptophan and zinc aspartate increase the activity of doxycycline in relation to mono-biofilms of E. coli and S. aureus. In relation to biofilms, which include C. albicans, tryptophan and zinc aspartate reduce the activity of doxycycline. The MIC of antibacterial drugs for microorganisms in the composition of mixed biofilms increases by a factor of 4 relative to the MIC for mono-biofilms. Conclusion. Biologically active substances (amino acids) have a high potential for action on biofilms. Careful optimization of formulation and concentration can induce an anti-biofilm effect, allowing them to be used as adjuvants/fillers for drugs. The established patterns can be used as a theoretical basis for the development of ways to increase the effectiveness of antimicrobial drugs in the treatment of biofilm infections and to combat the spread of resistant strains of microorganisms.