Cerageninler ve antimikrobiyal peptidlerin insan havayolu epitel hücresi üzerinde oluşturulan pseudomonas aeruginosa biyofilmi üzerine etkileri
Effects of ceragenins and antimicrobial peptides on pseudomonas aeruginosa biofilm formed on human airway epithelial cell
Yazar: ÖZLEM OYARDI
Danışman: PROF. DR. ÇAĞLA BOZKURT GÜZEL
İstanbul Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Farmasötik Mikrobiyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Mikrobiyoloji = Microbiology
Dizin: Cerageninler = Ceragenins ; Hücre kültür teknikleri = Cell culture techniques ; Kistik fibroz = Cystic fibrosis ; Peptidler = Peptides ; Pseudomonas aeruginosa = Pseudomonas aeruginosa

Özet:
Pseudomonas aeruginosa, özellikle kistik fibrozis (KF) hastalarının akciğerlerindeki kronik enfeksiyonlar sırasında konak dokular ve epitelyal yüzeylerde biyofilm oluşturabilen önemli bir patojendir. P. aeruginosa'nın uzun süre akciğerlerde kolonizasyonu, anormal havayolu epiteline sahip KF'li kişilerde mortalite ve morbiditenin en birincil nedenidir. Antimikrobiyal peptidler (AMP) ve AMP'ler ile aynı antimikrobiyal mekanizmalar aracılığıyla etki gösteren ve sentetik türevleri olarak tasarlanan cerageninler yeni nesil antimikrobiyal moleküllerdir. Bu çalışmada, cerageninler ve AMP'ler ile oluşturulan bir ko-kültür enfeksiyon modeline olan etkisi incelenmiştir. Çalışmada cerageninlerden CSA-13, CSA-44, CSA-90, CSA-131, CSA-131-poloksamer (CSA-131P), CSA-138, CSA-142, CSA-144 ve CSA-192; AMP'lerden ise cecropin, magainin ve LL-37 kullanılmıştır. Bu ajanların P. aeruginosa planktonik hücrelerine olan antimikrobiyal etkileri belirlendikten sonra, insan akciğer epitel hücre hattı olan A549 üzerine olan sitotoksisiteleri de MTT testi ile belirlenmiştir. A549 hücre hattı P. aeruginosa ile enfekte edilerek antimikrobiyallerin hem hücre içi bakterilere olan etkisi incelenmiş hem de hücre hattı üzerine P. aeruginosa'nın adezyon ve biyofilm oluşumunu inhibe etme etkileri araştırılmıştır. Ayrıca bakteriyel enfeksiyon oluşumunun ve antimikrobiyal madde kullanımının hücreler üzerine olan sitotoksisitesini anlamak için laktat dehidrogenaz (LDH) deneyi yapılarak, hücrelerden LDH salınımı belirlenmiştir. Tespit edilen Minimum İnhibitör Konsantrasyon (MİK) sonuçlarına göre, antimikrobiyal etkinliği en yüksek ajan CSA-131 olarak belirlenirken, AMP'lerin antimikrobiyal etkisinin cerageninlerden çok daha düşük olduğu saptanmıştır. En düşük IC50 değerine sahip olan ceragenin, CSA-131'in pluronik F127 ile kombinasyonu olarak belirlenmiştir. CSA-13 hem hücre içi bakterilere etkili olması hem de biyofilm oluşumunu inhibe etme özelliği ile en etkili antimikrobiyal madde olarak saptanmıştır. CSA-13'ün sitotoksisitenin azaltılması amacıyla çeşitli kombinasyonları yapılarak ileri çalışmalarla devam edilmesi gerekmektedir.

Abstract:
Pseudomonas aeruginosa is an important pathogen that can form biofilms in host tissues and epithelial surfaces, especially during chronic infections such as cystic fibrosis (CF) lung. Long-term colonization of P. aeruginosa in the lungs is the primary cause of mortality and morbidity in people with CF with abnormal airway epithelium. Antimicrobial peptides (AMP) and ceragenins, which act through the same antimicrobial mechanisms as AMPs and designed as synthetic derivatives of AMPs, are the new generation antimicrobial molecules. The effects of ceragenins and AMP were investigated in a co-culture infection model. In this study, CSA-13, CSA-44, CSA-90, CSA-131, CSA-131-poloxamer (CSA-131P), CSA-138, CSA-142, CSA-144 and CSA-192 as ceragenins and, cecropin, magainin and LL-37 as AMPs were used. After determining the antimicrobial effects of the substances on P. aeruginosa planktonic cells, their cytotoxicity on the A549 cell line was also determined by MTT test. After A549 cell line was infected with P. aeruginosa, the effect of antimicrobials on intracellular bacteria as well as the effects in inhibiting adhesion and biofilm formation of P. aeruginosa were investigated. In addition, Lactate dehydrogenase (LDH) release from cells was determined by performing an LDH experiment to understand the cytotoxicity of bacterial infection and antimicrobial treatment on cells. According to the Minimum Inhibitory Concentration (MIC) results, CSA-131 was determined as the antimicrobial agent with the highest antimicrobial activity, while the antimicrobial effects of AMPs were found to be much lower than that of ceragenins. The ceragenin with the lowest IC50 value was determined as the combination of CSA-131 with pluronic F127. CSA-13 has been determined to be the most effective antimicrobial with its effectiveness to both intracellular bacteria and biofilm formation. Further studies should be continued by making various combinations of CSA-13 in order to reduce its cytotoxicity.