Staphylococcus aureus izolatlarının β-laktam grubu antibiyotiklere karşı duyarlılıklarının astaksantin ile arttırılması
Increasing the sensitivity of Staphylococcus aureus izolates to β-lactam group antibiotics with astaxanthin
Yazar: BERFİN DÜZTEPE
Danışman: DOÇ. DR. SAHRA KIRMUSAOĞLU
Haliç Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Moleküler Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı / Moleküler Biyoloji ve Genetik  Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Enfeksiyon Hastalıkları ve Klinik Mikrobiyoloji = Infectious Diseases and Clinical Microbiology ; Genetik = Genetics ; Mikrobiyoloji = Microbiology
Dizin: Antibiyotik dirençliliği =   ; Antibiyotikler-laktam = Antibiotics-lactam ; Antimikrobiyal ajanlar = Antimicrobial agents ; Bakteriyoloji = Bacteriology ; Bakteriyolojik kirlilik = Bacteriological pollution ; Biyofilm sistemleri = Biofilm systems ; Enfeksiyon hastalıkları =   ; Mikrobiyoloji = Microbiology ; İlaç tedavisi-kombine = Drug therapy-combination ; İlaçlara direnç-mikrobiyal = Drug resistance-microbial

Özet:
Gram pozitif bakteri olan Staphylococcus aureus (S. aureus), tipik olarak deri yüzeyinde ve nazofarenkslerde kolonize olmaktadır. Doğrudan temas yoluyla bulaşan S. aureus sağlıklı bir cildi enfekte etmez fakat dokulara veya kan dolaşımına girdiğinde çok ciddi enfeksiyonlara sebep olabilmektedir. Biyofilm üretme yeteneğinden dolayı tedavisi zor olan bu bakterilerin neden olduğu enfeksiyonların mortalite ve morbiditesi yüksektir. 1928 yılında A. Fleming tarafından penisilinin bulunmasıyla stafilokokal enfeksiyonlarda kullanılmasından kısa bir süre sonra stafilokokların penisilinaz üretmesiyle beraber tedavide farklı antibiyotikler kullanılmaya başlanmıştır. Metisilinin kullanılmasıyla kısa süre içerisinde metisiline de direnç gösteren S. aureus (MRSA) suşları ortaya çıkmış ve bu durum ciddi bir sağlık sorunu haline gelmiştir.
Özellikle MRSA gibi çoklu ilaç direncine sahip olan ve biyofilm üreten suşlarda antibiyotik tedavisinin gittikçe zorlaşmasından dolayı yeni antimikrobiyal ajan ve kombinasyonlarına ihtiyaç duyulmaktadır. 
Yapılan bu çalışmada, biyofilm üreten S. aureus izolatları üzerinde β-Laktam grubu antibiyotikler ile Astaksantinin çeşitli doz kombinasyonları ile antibakteriyal ve antibiyofilm etkileri tespit edilmiştir. 
Biyofilm üreten S. aureus izolatlarının, çoğu antibiyotiklere karşı direnç gösterdiğinden, biyofilm yapılarını inhibe etmek yüksek antibiyotik dozu gerektirdiğinden, çeşitli dozlardaki β-Laktam grubu antibiyotiklerin astaksantin kombinasyonları ile antimikrobiyal ve antibiyofilm duyarlılıkları arttırılması amaçlanmıştır. Bu çalışmada biyofilm oluşturan MRSA ve MSSA izolatlarında mecA ve nuc genlerinin varlığı tespit edilip, izolatlar üzerindeki Astaksantin'in etkili olduğu dozlar ve β-laktam antibiyotiklerin minimum inhibitör konsantrasyonları (MİK), minimum bakterisidal konsantrasyonları (MBK) belirlenerek kombinasyonların planktonik bakteriler üzerindeki etkilerini gözlemlemek amacıyla Checkerboard metodu uyarlanarak kullanılmıştır. Astaksantin ile β-laktam antibiyotiklerin kombinasyonlarının, izolatların biyofilm üzerindeki etkisini ölçmek için MtP yöntemi kullanılmıştır. Ajanların kombinasyon uygulamalarının biyofilm oluşumunu etkilediği gözlemlenmiştir.  
Çalışmamızın sonuçları incelendiğinde Astaksantin'in belirli dozlarda, antibiyotik duyarlılıklarını artırdığından ve antibiyotik direncini duyarlı hale getirdiği görülmüş olup, biyofilm üretiminde MSSA'larda antibiyotiklerin MİK dozlarını 32 kata kadar indirirken; MRSA'larda MİK dozlarını 2 ile 32 kat arasında düşürmeyi başarmıştır. Bu sonuca bakılarak, Astaksantin ile β-laktam antibiyotiklerin kombinasyon uygulamaları özellikle MRSA kaynaklı biyofilm enfeksiyonları için tedavi opsiyonu olarak düşünülebilir.

Anahtar Kelimeler : Biyofilm, MRSA, MSSA, Antibiyotik Direnci, Astaksantin

Abstract:
Staphylococcus aureus (S. aureus), a Gram-positive bacteria, typically colonizes the skin surface and nasopharynx. S. aureus which transmits through direct contact does not infect healthy skin, but when it enters tissues or the bloodstream, it can cause very serious infections. 
Due to its ability to produce biofilms, it is difficult to treat, resulting in high mortality and morbidity. In 1928, penicillin was discovered by A. Fleming and started to be used in staphylococcal infections, but after a short time, resistance began to develop as staphylococci produced penicillinase. With the use of methicillin after penicillin, S. aureus strains that are also resistant to methicillin (MRSA) emerged in a short period of time and this situation has become a serious health problem. 
New antimicrobial agents and combinations are needed due to the increasing difficulty of antibiotic treatment, especially in multi-drug resistant and biofilm producing strains such as MRSA.
In this study, antibacterial and antibiofilm effects of various dose combinations of β-Lactam group antibiotics and Astaxanthin on biofilm producing S. aureus isolates were determined. 
Since biofilm-producing S. aureus isolates develop resistance to most antibiotics and inhibiting biofilm structures requires high doses of antibiotics, it was aimed to increase the antimicrobial and antibiofilm susceptibility of biofilm-producing S. aureus isolates by combining various doses of β-Lactam group antibiotics with astaxanthin. In this study, the presence of mecA and nuc genes in biofilm-forming MRSA and MSSA isolates were determined, the doses at which Astaxanthin was effective on the isolates and the minimum inhibitory concentrations (MIC) and minimum bactericidal concentrations (MBC) of β-lactam antibiotics were determined and the Checkerboard method was adapted and used to observe the effects of the combinations on planktonic bacteria. MtP method was used to measure the antibiofilm effect of combinations of astaxanthin and β-lactam antibiotics. It was observed that the combination of the agents affected the biofilm formation.  
When the results of our study were examined, it was observed that Astaxanthin, at certain doses, increased antibiotic susceptibility and sensitized antibiotic resistance, decreased the MIC doses of antibiotics up to 32-fold in MSSAs in biofilm production, and decreased the MIC doses between 2 and 32-fold in MRSAs. Based on this result, the combination of astaxanthin and β-lactam antibiotics can be considered as a treatment option especially for MRSA-induced biofilm infections.

Keywords : Biofilm, MRSA, MSSA, Antibiotic Resistance, Astaxanthin