Çevresel örneklerden izole edilen antibiyotik dirençli escherichia coli'ye özgü litik bakteriyofajların E. coli biyofilmlerinin eradikasyonunda etkinliğinin araştırılması
Investigation of the efficiency of antibiotic-resistant E coli-specific lytic bacteriophages isolated from environmental samples in eradication of biofilm of E. coli
Yazar: DURSUN ALP GÜNDOĞ
Danışman: PROF. DR. ZAFER GÖNÜLALAN
Erciyes Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Veteriner Besin Hijyeni ve Teknolojisi Ana Bilim dalı / Veterinerlik Besin Hijyeni ve Teknolojisi Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Veteriner Hekimliği = Veterinary Medicine
Dizin: Antibakteriyel ajanlar = Anti-bacterial agents ; Endüstriyel atık su = Industrial waste water

Özet:
Escherichia coli, güçlü adaptasyon ve kolonizasyon yetenekleriyle biyofilm oluşturma kapasitesi yüksek bir bakteri türüdür. Biyofilm oluşturma özelliği, bu bakterinin çeşitli yüzeylerde kalıcı bir rezervuar haline gelmesine neden olarak hem gıda güvenliği hem de halk sağlığı açısından büyük tehdit oluşturur. Özellikle çoklu antibiyotik dirençli suşlarının neden olduğu enfeksiyonlar, tedavi süreçlerini uzatmakta ve daha karmaşık hale getirmektedir. Artan antibiyotik direnci, geleneksel yöntemlerin etkinliğini azaltırken, alternatif çözümleri zorunlu kılmaktadır. Bu bağlamda, bakteriyofaj uygulamaları, yeniden dikkat çeken bir tedavi ve biyokontrol stratejisi olarak önem kazanmaktadır. Bu kapsamda çalışmamızda, Kayseri ilindeki mezbahane ve süt işletmelerinden temin edilen atık ve kuyu sularından (n=21) E. coli'ye karşı litik etkili bakteriyofajların izolasyonu, karakterizasyonu ve in vitro testlerle anti-biyofilm potansiyellerinin belirlenmesi amaçlandı. Faj izolasyonu amacı ile et ve süt işletmelerinin farklı noktalarından toplanan örneklerden (n=100) izole edilen antibiyotik dirençli E. coli izolatları konak olarak kullanıldı. Faj izolasyonu ve litik etkinliğin değerlendirilmesi amacıyla çift tabaka agar ve spot test yöntemleri kullanıldı. İzole edilen fajların moleküler karakterizasyonu tüm genom sekans analizleri ile gerçekleştirildi. Çalışma sonucunda geniş konak spektrumuna sahip ve 0.001-1 aralığında çoklu infeksiyon değerine (MOI) sahip 15 adet lokal faj izole edildi. Tüm genom sekans analizleri ile, fajların litik, yapısal ve DNA regülasyon genleri içerdiği ve antibiyotik direnç ile virülans genleri taşımadığı belirlendi. İzole edilen fajların E. coli türleri için anti-biyofilm etkinlikleri ise %36 ila %76 arasında olduğu tespit edildi. Sonuç olarak, çalışmada izole edilen fajların et ve süt işlemelerinden izole edilen biyofilm oluşturabilen patojenik E. coli izolatlarına karşı litik ve anti-biyofilm etkinliklerine sahip olması, antibiyotik direnç ve virülans genleri içermemesi bakımından gıda işletmelerinde E. coli ve diğer gıda patojenlerine karşı potansiyel bir biyokontrol ajanları olabilecekleri ortaya kondu.

Abstract:
Escherichia coli is a bacterial species with high biofilm formation capacity due to its strong adaptation and colonization abilities. Its biofilm-forming properties enable it to become a persistent reservoir on various surfaces, posing significant threats to both food safety and public health. Infections caused by multidrug-resistant strains prolong and complicate treatment processes. The rise in antibiotic resistance diminishes the effectiveness of traditional methods, necessitating alternative solutions. In this context, bacteriophage applications have gained renewed attention as promising therapeutic and biocontrol strategies. This study aimed to isolate, characterize, and evaluate the in vitro anti-biofilm potential of lytic bacteriophages effective against E. coli from waste and well water samples (n=21) collected from slaughterhouses and dairy facilities in Kayseri, Turkey. Antibiotic-resistant E. coli isolates obtained from various sampling points in meat and dairy facilities (n=100) were used as hosts for phage isolation. The double-layer agar and spot test methods were employed to isolate bacteriophages and assess their lytic activity. Molecular characterization of the isolated phages was performed through whole-genome sequencing. As a result, 15 local phages with broad host ranges and multiplicity of infection (MOI) values ranging from 0.001 to 1 were isolated. Whole-genome sequencing revealed that the phages contained lytic, structural, and DNA regulation genes while harbouring no antibiotic resistance or virulence genes. The anti-biofilm activity of the isolated phages against E. coli strains ranged from 36% to 76%. In conclusion, the isolated phages demonstrated lytic and anti-biofilm efficacy against biofilm-forming pathogenic E. coli isolates from meat and dairy processing environments. The absence of antibiotic resistance and virulence genes further highlights their potential as biocontrol agents for combating E. coli and other foodborne pathogens in food processing facilities.