Escherichia coli'de klorheksidin ve azitromisin sinerjistik etkisinin biyomoleküler düzeyde kapsamlı incelenmesi
Comprehensive investigation of the synergistic effect of chlorhexidine and azithromycin on Escherichia coli at the biomolecular level
Yazar: GİZEM SAMGANE
Danışman: DOÇ. DR. SİNEM TUNÇER ; DOÇ. DR. RAFİG GURBANOV
Bilecik Şeyh Edebali Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Mikrobiyoloji = Microbiology
Dizin: Azitromisin = Azithromycin ; Escherichia coli = Escherichia coli ; Klorheksidin = Chlorhexidine ; Sinerji = Synergy

Özet:
Mikroorganizmaların antimikrobiyal uygulamalara dayanma kabiliyetini ifade eden antimikrobiyal direnç, yüzyılın en önemli küresel halk sağlığı tehditlerinden biridir. Çoklu antimikrobiyal ajan uygulamalarına dirençli organizmalar küresel olarak yayılırken, yeni antibiyotiklerin geliştirilmesi, eski antibiyotiklerin yeniden kullanıma alınması ve ajanların kombinasyonlar halinde uygulanmasını içeren çeşitli yaklaşımlar, dirençle mücadele için önerilen stratejilerdir.
Yeni antibiyotiklerin keşfindeki azalma göz önüne alındığında, iki veya daha fazla antibiyotiğin aynı anda kullanılması, antibiyotik duyarlılığını geri kazanmada yaygın olarak uygulanan bir yaklaşımdır. Ancak, yeni direnç mekanizmalarının gelişmesi, bu yaklaşımın en büyük dezavantajıdır. Klorheksidin (CHX) gibi biyosidal ajanlara karşı kazanılmış direnç için ise genel riskin düşük olduğu göz önüne alınarak bu çalışmada, CHX ve günümüzde bakteriyal direncin giderek arttığı bir tür makrolid antibiyotik olan Azitromisinin'in (AZM) sinerjistik etkilerinin araştırılması amaçlanmıştır. Bu tezde, CHX ve AZM tedavilerinin tek başına veya kombinasyon halinde Escherichia coli üzerindeki etkileri incelenmiş olup elde edilen sonuçlar kombinasyonun, ajanların bireysel etkilerine kıyasla büyüme inhibisyon etkinliklerini arttırdığını, oksidatif strese neden olduğunu, flagellin ifadesini ve bakteriyel hareketliliği azalttığını ve otoagregasyonu teşvik ettiğini göstermektedir. Ayrıca kombine uygulama, bakterinin epitel hücrelere tutunma kabiliyetini azaltmış ve epitel hücvrelerde flagella ile aktive olan MAPK (Mitojenle aktive olan protein kinaz) ve NF-κB (Nükleer faktör-kappa B) yolaklarını aşağı regüle etmiştir. Fourier-Transform Kızılötesi Spektroskopisi (FTIR) kullanılarak yapılan ayrıntılı biyomoleküler analizler ise, kombinasyonun bakterilerin zar özelliklerinde değişikliklere yol açtığını ve proteinler ve nükleik asitler gibi hücresel moleküller üzerinde etkileri olduğunu ortaya koymuştur. Çeşitli antibiyotiklerin kombine etkileri kapsamlı bir şekilde bildirilmiş olmasına rağmen, antiseptiklerin antibiyotiklerle sinerjistik etkileri daha az çalışılmıştır. Literatürde ilk kez bu çalışma ile, CHX ve AZM kombinasyonunun antibiyotik direnciyle savaşmak için umut verici bir strateji olabileceğini önerilmektedir.Mikroorganizmaların antimikrobiyal uygulamalara dayanma kabiliyetini ifade eden antimikrobiyal direnç, yüzyılın en önemli küresel halk sağlığı tehditlerinden biridir. Çoklu antimikrobiyal ajan uygulamalarına dirençli organizmalar küresel olarak yayılırken, yeni antibiyotiklerin geliştirilmesi, eski antibiyotiklerin yeniden kullanıma alınması ve ajanların kombinasyonlar halinde uygulanmasını içeren çeşitli yaklaşımlar, dirençle mücadele için önerilen stratejilerdir.
Yeni antibiyotiklerin keşfindeki azalma göz önüne alındığında, iki veya daha fazla antibiyotiğin aynı anda kullanılması, antibiyotik duyarlılığını geri kazanmada yaygın olarak uygulanan bir yaklaşımdır. Ancak, yeni direnç mekanizmalarının gelişmesi, bu yaklaşımın en büyük dezavantajıdır. Klorheksidin (CHX) gibi biyosidal ajanlara karşı kazanılmış direnç için ise genel riskin düşük olduğu göz önüne alınarak bu çalışmada, CHX ve günümüzde bakteriyal direncin giderek arttığı bir tür makrolid antibiyotik olan Azitromisinin'in (AZM) sinerjistik etkilerinin araştırılması amaçlanmıştır. Bu tezde, CHX ve AZM tedavilerinin tek başına veya kombinasyon halinde Escherichia coli üzerindeki etkileri incelenmiş olup elde edilen sonuçlar kombinasyonun, ajanların bireysel etkilerine kıyasla büyüme inhibisyon etkinliklerini arttırdığını, oksidatif strese neden olduğunu, flagellin ifadesini ve bakteriyel hareketliliği azalttığını ve otoagregasyonu teşvik ettiğini göstermektedir. Ayrıca kombine uygulama, bakterinin epitel hücrelere tutunma kabiliyetini azaltmış ve epitel hücvrelerde flagella ile aktive olan MAPK (Mitojenle aktive olan protein kinaz) ve NF-κB (Nükleer faktör-kappa B) yolaklarını aşağı regüle etmiştir. Fourier-Transform Kızılötesi Spektroskopisi (FTIR) kullanılarak yapılan ayrıntılı biyomoleküler analizler ise, kombinasyonun bakterilerin zar özelliklerinde değişikliklere yol açtığını ve proteinler ve nükleik asitler gibi hücresel moleküller üzerinde etkileri olduğunu ortaya koymuştur. Çeşitli antibiyotiklerin kombine etkileri kapsamlı bir şekilde bildirilmiş olmasına rağmen, antiseptiklerin antibiyotiklerle sinerjistik etkileri daha az çalışılmıştır. Literatürde ilk kez bu çalışma ile, CHX ve AZM kombinasyonunun antibiyotik direnciyle savaşmak için umut verici bir strateji olabileceğini önerilmektedir.Mikroorganizmaların antimikrobiyal uygulamalara dayanma kabiliyetini ifade eden antimikrobiyal direnç, yüzyılın en önemli küresel halk sağlığı tehditlerinden biridir. Çoklu antimikrobiyal ajan uygulamalarına dirençli organizmalar küresel olarak yayılırken, yeni antibiyotiklerin geliştirilmesi, eski antibiyotiklerin yeniden kullanıma alınması ve ajanların kombinasyonlar halinde uygulanmasını içeren çeşitli yaklaşımlar, dirençle mücadele için önerilen stratejilerdir.
Yeni antibiyotiklerin keşfindeki azalma göz önüne alındığında, iki veya daha fazla antibiyotiğin aynı anda kullanılması, antibiyotik duyarlılığını geri kazanmada yaygın olarak uygulanan bir yaklaşımdır. Ancak, yeni direnç mekanizmalarının gelişmesi, bu yaklaşımın en büyük dezavantajıdır. Klorheksidin (CHX) gibi biyosidal ajanlara karşı kazanılmış direnç için ise genel riskin düşük olduğu göz önüne alınarak bu çalışmada, CHX ve günümüzde bakteriyal direncin giderek arttığı bir tür makrolid antibiyotik olan Azitromisinin'in (AZM) sinerjistik etkilerinin araştırılması amaçlanmıştır. Bu tezde, CHX ve AZM tedavilerinin tek başına veya kombinasyon halinde Escherichia coli üzerindeki etkileri incelenmiş olup elde edilen sonuçlar kombinasyonun, ajanların bireysel etkilerine kıyasla büyüme inhibisyon etkinliklerini arttırdığını, oksidatif strese neden olduğunu, flagellin ifadesini ve bakteriyel hareketliliği azalttığını ve otoagregasyonu teşvik ettiğini göstermektedir. Ayrıca kombine uygulama, bakterinin epitel hücrelere tutunma kabiliyetini azaltmış ve epitel hücvrelerde flagella ile aktive olan MAPK (Mitojenle aktive olan protein kinaz) ve NF-κB (Nükleer faktör-kappa B) yolaklarını aşağı regüle etmiştir. Fourier-Transform Kızılötesi Spektroskopisi (FTIR) kullanılarak yapılan ayrıntılı biyomoleküler analizler ise, kombinasyonun bakterilerin zar özelliklerinde değişikliklere yol açtığını ve proteinler ve nükleik asitler gibi hücresel moleküller üzerinde etkileri olduğunu ortaya koymuştur. Çeşitli antibiyotiklerin kombine etkileri kapsamlı bir şekilde bildirilmiş olmasına rağmen, antiseptiklerin antibiyotiklerle sinerjistik etkileri daha az çalışılmıştır. Literatürde ilk kez bu çalışma ile, CHX ve AZM kombinasyonunun antibiyotik direnciyle savaşmak için umut verici bir strateji olabileceğini önerilmektedir.Mikroorganizmaların antimikrobiyal uygulamalara dayanma kabiliyetini ifade eden antimikrobiyal direnç, yüzyılın en önemli küresel halk sağlığı tehditlerinden biridir. Çoklu antimikrobiyal ajan uygulamalarına dirençli organizmalar küresel olarak yayılırken, yeni antibiyotiklerin geliştirilmesi, eski antibiyotiklerin yeniden kullanıma alınması ve ajanların kombinasyonlar halinde uygulanmasını içeren çeşitli yaklaşımlar, dirençle mücadele için önerilen stratejilerdir.
Yeni antibiyotiklerin keşfindeki azalma göz önüne alındığında, iki veya daha fazla antibiyotiğin aynı anda kullanılması, antibiyotik duyarlılığını geri kazanmada yaygın olarak uygulanan bir yaklaşımdır. Ancak, yeni direnç mekanizmalarının gelişmesi, bu yaklaşımın en büyük dezavantajıdır. Klorheksidin (CHX) gibi biyosidal ajanlara karşı kazanılmış direnç için ise genel riskin düşük olduğu göz önüne alınarak bu çalışmada, CHX ve günümüzde bakteriyal direncin giderek arttığı bir tür makrolid antibiyotik olan Azitromisinin'in (AZM) sinerjistik etkilerinin araştırılması amaçlanmıştır. Bu tezde, CHX ve AZM tedavilerinin tek başına veya kombinasyon halinde Escherichia coli üzerindeki etkileri incelenmiş olup elde edilen sonuçlar kombinasyonun, ajanların bireysel etkilerine kıyasla büyüme inhibisyon etkinliklerini arttırdığını, oksidatif strese neden olduğunu, flagellin ifadesini ve bakteriyel hareketliliği azalttığını ve otoagregasyonu teşvik ettiğini göstermektedir. Ayrıca kombine uygulama, bakterinin epitel hücrelere tutunma kabiliyetini azaltmış ve epitel hücvrelerde flagella ile aktive olan MAPK (Mitojenle aktive olan protein kinaz) ve NF-κB (Nükleer faktör-kappa B) yolaklarını aşağı regüle etmiştir. Fourier-Transform Kızılötesi Spektroskopisi (FTIR) kullanılarak yapılan ayrıntılı biyomoleküler analizler ise, kombinasyonun bakterilerin zar özelliklerinde değişikliklere yol açtığını ve proteinler ve nükleik asitler gibi hücresel moleküller üzerinde etkileri olduğunu ortaya koymuştur. Çeşitli antibiyotiklerin kombine etkileri kapsamlı bir şekilde bildirilmiş olmasına rağmen, antiseptiklerin antibiyotiklerle sinerjistik etkileri daha az çalışılmıştır. Literatürde ilk kez bu çalışma ile, CHX ve AZM kombinasyonunun antibiyotik direnciyle savaşmak için umut verici bir strateji olabileceğini önerilmektedir.

Abstract:
Antimicrobial resistance, which refers to the ability of microorganisms to withstand antimicrobial treatments, is one of the most serious global public health threats in this century. As multi-drug resistance organisms are spreading globally, several approaches comprising the development of new antibiotics, the revival of old antibiotics, and applying the agents as combinations are proposed to combat resistance.
Given the decreasing discovery rate of novel antibiotics, the use of two or more antibiotics simultaneously is a commonly applied strategy in restoring antibiotic susceptibility. However, the development and dissemination of novel resistance mechanisms are the major drawbacks of this approach. Since the overall risk for acquired resistance to biocidal agents such as Chlorhexidine (CHX) is considered to be small, here we aimed to investigate the synergistic effects of the CHX and Azithromycin (AZM), a type of macrolide antibiotic in which the resistance is an increasing concern In this thesis, the effects of CHX and AZM treatments, alone or in combination, on Escherichia coli were examined, and the results show that the combination increases growth inhibition efficiencies, causes oxidative stress, reduces flagellin expression and bacterial motility, and promotes autoaggregation compared to the individual effects of the agents. In addition, combined treatment decreased the ability of bacteria to attach to epithelial cells and down-regulated flagella-activated MAPK (Mitogen-activated protein kinase) and NF-κB (Nuclear factor-kappa B) pathways. Finally, detailed biomolecular analyzes using Fourier-Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) revealed that the combination caused changes in bacterial membrane properties and had effects on cellular molecules such as proteins and nucleic acids. Although the combinatorial effects of various antibiotics have been extensively reported, the synergistic effects of antiseptics with antibiotics have received less attention. First time in the literature, this study suggests that the combination of CHX with AZM can be a promising strategy to battle antibiotic resistance.