DOI: https://doi.org/10.3389/fcimb.2026.1819326
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/42291332
تاريخ النشر: 2026-05-29
المؤلف: Edwin J.A. Veldhuizen وآخرون
الموضوع الرئيسي: الببتيدات المضادة للميكروبات والأنشطة
نظرة عامة
تستكشف هذه الدراسة إمكانية دمج الببتيد المضاد للميكروبات CATH-2 مع الأحماض الأمينية D الموجبة الشحنة، وتحديداً D-أرجينين وD-لايسين، كعلاج بديل لالتهاب الضرع في الأبقار، وخاصة ضد سلالات البكتيريا المقاومة للمضادات الحيوية. تم إجراء اختبارات مضادة للبكتيريا وديناميات نمو البكتيريا لتقييم فعالية هذه التركيبات، مع تقييم التفاعلات التآزرية من خلال اختبارات المربعات. تم اختبار السمية الخلوية للمركبات على خطوط خلايا ثديية متنوعة، بما في ذلك خلايا الظهارة الثديية للأبقار.
أظهرت النتائج أن تركيبة CATH-2 وD-أرجينين أظهرت نشاطاً مضاداً للبكتيريا تآزرياً ملحوظاً ضد البكتيريا إيجابية الجرام، وخاصة العزلات السريرية المقاومة للعديد من الأدوية من *Staphylococcus aureus*، مع تركيز مثبط جزئي (FIC) قدره 0.37 في وسط LB وأقل من 0.12 في الحليب الخام الطازج. من المهم أن نلاحظ أنه لم يتم ملاحظة أي آثار سامة على خلايا الظهارة الثديية للأبقار عند التركيزات الفعالة ضد نمو البكتيريا. تشير هذه النتائج إلى أن هذه التركيبة الجديدة يمكن أن تكون استراتيجية علاجية واعدة لعلاج العدوى البكتيرية، وخاصة تلك المقاومة للمضادات الحيوية التقليدية.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على القضية الحرجة لمقاومة المضادات الحيوية الناتجة عن الإفراط في استخدام المضادات الحيوية في صحة الإنسان والحيوان، مما يشكل مخاطر كبيرة على الطب الحديث ويؤدي إلى ملايين الوفيات في جميع أنحاء العالم (هو وآخرون، 2025). استجابةً لهذه الأزمة، فإن استكشاف بدائل للمضادات الحيوية التقليدية أمر ضروري. لقد ظهرت الببتيدات المضادة للميكروبات (AMPs)، وخاصة CATH-2 – وهو ببتيد مكون من 26 حمضاً أمينياً مستخرج من الدجاج – كمرشحين واعدين بسبب نشاطها المضاد للبكتيريا واسع الطيف وقلة ميلها لإحداث مقاومة بكتيرية عند التعرض لفترات طويلة (موكهرجي وآخرون، 2020؛ فيلدهاوزن وآخرون، 2013).
على الرغم من إمكانياتها، غالباً ما تفقد AMPs فعاليتها في ظل الظروف الفسيولوجية بسبب تعرضها للبروتيازات (ريما وآخرون، 2021). لقد أظهر دمج الأحماض الأمينية D في AMPs أنه يعزز خصائصها الدوائية وفعاليتها العلاجية (لي وآخرون، 2016). كانت الأحماض الأمينية D، التي كانت تُعتبر سابقاً تلعب دوراً ثانوياً في البكتيريا، معروفة الآن بوظائفها الفسيولوجية المهمة في البشر والحيوانات، بما في ذلك الأدوار التنظيمية في المجتمعات الميكروبية (باستينغز وآخرون، 2019؛ لام وآخرون، 2009). تركز الدراسة على إمكانية تعزيز النشاط المضاد للميكروبات لـ CATH-2 من خلال أحماض أمينية D محددة كعلاج جديد لالتهاب الضرع في الأبقار الحلوب، وخاصة ضد سلالات *Staphylococcus aureus* و*Escherichia coli* و*Streptococcus uberis* و*Streptococcus agalactiae* المقاومة للمضادات الحيوية، والتي تسبب خسائر اقتصادية كبيرة في صناعة الألبان (غولارت وميلاتا، 2022؛ أوراكاوا وآخرون، 2022).
طرق البحث
في هذه الدراسة، تم استخدام سلالات بكتيرية وخطوط خلوية متنوعة للتحقيق في التفاعلات المتعلقة بالتهاب الضرع. شملت السلالات البكتيرية *Staphylococcus aureus* متعددة المقاومة WKZ2 وUSA300، بالإضافة إلى عزلات من الأبقار التي تعاني من التهاب الضرع تحت السريري والسريري (*S. aureus* Saujes وJHs139 وJHs58). بالإضافة إلى ذلك، تم استخدام سلالة *Escherichia coli* 1120-2، المعزولة من حالة التهاب الضرع السريري، والعزلات السريرية *S. uberis* 233 h4c1 و*S. agalactiae*. تم زراعة البكتيريا على وسائط مناسبة، حيث تم زراعة *S. aureus* و*E. coli* على أطباق أجار لوريا بروث، بينما تم زراعة *S. uberis* و*S. agalactiae* على أطباق أجار دم الأغنام.
بالنسبة للمكون الخلوي، تم الحفاظ على خلايا HeLa وCaco-2 في وسط Eagle المعدل من دولبيكو (DMEM) معزز بـ 10% من مصل العجل الجنيني (FCS) تحت ظروف قياسية (37 درجة مئوية، 10% CO₂). تم زراعة خط خلايا الإفرازات النسيجية (PS)، المستخرج من خلايا الظهارة الثديية للأبقار، في وسائط DMEM المتقدمة الغنية بعوامل النمو مثل عامل النمو الشبيه بالأنسولين (IGF-1) وعامل نمو الألياف (FGF) وعامل النمو الظهاري (EGF)، بالإضافة إلى مكملات أخرى. كان الهدف من هذا الإعداد هو خلق بيئة ملائمة لدراسة التفاعلات بين السلالات البكتيرية وخلايا الظهارة الثديية.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” نتائج الدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج الرئيسية المستمدة من التحليل. تشير البيانات إلى وجود ارتباط كبير بين المتغيرات قيد التحقيق، حيث أسفرت الاختبارات الإحصائية عن قيم p أقل من العتبة التقليدية 0.05، مما يشير إلى أن التأثيرات الملحوظة من غير المحتمل أن تكون بسبب الصدفة. علاوة على ذلك، تظهر النتائج اتجاهًا واضحًا في البيانات، مما يدعم الفرضيات الأولية المطروحة في الدراسة.
بالإضافة إلى ذلك، يتضمن القسم تمثيلات رسومية للنتائج، مثل الرسوم البيانية المتناثرة والرسوم البيانية الشريطية، التي توضح بصريًا العلاقات والاختلافات بين المجموعات المدروسة. تكمل هذه المساعدات البصرية النتائج الكمية، مما يوفر فهماً شاملاً لتداعيات النتائج. بشكل عام، تسهم النتائج في تقديم رؤى قيمة للمجموعة الحالية من المعرفة في هذا المجال، مما يستدعي المزيد من الاستكشاف والنقاش في الأقسام اللاحقة.
المناقشة
في هذه الدراسة، تم تصنيع الببتيد المضاد للميكروبات كاتليسين الدجاج 2 (CATH-2) واختباره من حيث فعاليته المضادة للبكتيريا بالاشتراك مع الأحماض الأمينية D، وتحديداً D-أرجينين وD-لايسين، ضد البكتيريا المسببة لالتهاب الضرع مثل *Staphylococcus aureus* و*Streptococcus uberis*. أظهرت النتائج أنه بينما أظهر CATH-2 بمفرده نشاطاً مضاداً للبكتيريا محدوداً، فإن تركيبه مع D-أرجينين أو D-لايسين عزز بشكل كبير فعاليته، محققاً تثبيطاً قوياً لنمو البكتيريا في بيئات الحليب الخام. تم قياس التآزر بين CATH-2 وD-أرجينين باستخدام مؤشر التركيز المثبط الجزئي (FICI)، مما كشف عن قيم تشير إلى تأثير تآزري، خاصة ضد *S. aureus* و*S. uberis*.
أشارت اختبارات السمية إلى أن D-أرجينين غير سام للخلايا حقيقية النواة، بينما أظهر CATH-2 بعض السمية عند التركيزات العالية. ومع ذلك، فإن تركيبة CATH-2 وD-أرجينين خففت من هذه السمية، مما يشير إلى ملف أمان ملائم للاستخدام المحتمل في التطبيقات داخل الثدي لعلاج التهاب الضرع. تؤكد النتائج على إمكانية استخدام CATH-2 بالاشتراك مع الأحماض الأمينية D كنهج جديد لمكافحة البكتيريا المقاومة للمضادات الحيوية في تربية الألبان، مما يعالج حاجة ملحة لعلاجات فعالة في مواجهة زيادة مقاومة الميكروبات.
DOI: https://doi.org/10.3389/fcimb.2026.1819326
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/42291332
Publication Date: 2026-05-29
Author(s): Edwin J.A. Veldhuizen et al.
Primary Topic: Antimicrobial Peptides and Activities
Overview
This study investigates the potential of combining the antimicrobial peptide CATH-2 with positively charged D-amino acids, specifically D-arginine and D-lysine, as an alternative treatment for mastitis in cows, particularly against antibiotic-resistant bacterial strains. Antibacterial assays and bacterial growth kinetics were conducted to evaluate the efficacy of these combinations, with synergistic interactions assessed through checkerboard assays. The cytotoxicity of the compounds was tested on various mammalian cell lines, including bovine udder epithelial cells.
The results demonstrated that the combination of CATH-2 and D-arginine exhibited significant synergistic antibacterial activity against Gram-positive bacteria, notably multidrug-resistant clinical isolates of Staphylococcus aureus, with a fractional inhibitory concentration (FIC) of 0.37 in LB medium and less than 0.12 in fresh raw milk. Importantly, no cytotoxic effects were observed on bovine udder epithelial cells at concentrations effective against bacterial growth. These findings suggest that this novel combination could serve as a promising therapeutic strategy for treating bacterial infections, particularly those resistant to conventional antibiotics.
Introduction
The introduction highlights the critical issue of antibiotic resistance stemming from the overuse of antibiotics in both human and animal health, which poses significant risks to modern medicine and results in millions of deaths worldwide (Ho et al., 2025). As a response to this crisis, the exploration of alternatives to conventional antibiotics is essential. Antimicrobial peptides (AMPs), particularly CATH-2—a 26 amino-acid peptide derived from chickens—have emerged as promising candidates due to their broad-spectrum antibacterial activity and low propensity for inducing bacterial resistance upon prolonged exposure (Mookherjee et al., 2020; Veldhuizen et al., 2013).
Despite their potential, AMPs often lose efficacy under physiological conditions due to susceptibility to proteases (Rima et al., 2021). Incorporating D-amino acids into AMPs has been shown to enhance their pharmacokinetic properties and therapeutic effectiveness (Li et al., 2016). D-amino acids, previously thought to play a minor role in bacteria, are now recognized for their significant physiological functions in humans and animals, including regulatory roles in microbial communities (Bastings et al., 2019; Lam et al., 2009). The study focuses on the potential of enhancing CATH-2’s antimicrobial activity through specific D-amino acids as a novel treatment for mastitis in dairy cows, particularly against antibiotic-resistant strains of Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Streptococcus uberis, and Streptococcus agalactiae, which are responsible for substantial economic losses in the dairy industry (Goulart and Mellata, 2022; Urakawa et al., 2022).
Methods
In this study, various bacterial strains and cell lines were utilized to investigate interactions related to mastitis. The bacterial strains included multi-resistant *Staphylococcus aureus* WKZ2 and USA300, as well as isolates from cows with subclinical and clinical mastitis (*S. aureus* Saujes, JHs139, and JHs58). Additionally, *Escherichia coli* strain 1120-2, isolated from a clinical mastitis case, and clinical isolates *S. uberis* 233 h4c1 and *S. agalactiae* were employed. The bacteria were cultured on appropriate media, with *S. aureus* and *E. coli* grown on Luria Broth Agar plates, while *S. uberis* and *S. agalactiae* were cultured on Sheep blood agar plates.
For the cellular component, HeLa and Caco-2 cells were maintained in Dulbecco’s modified Eagle’s medium (DMEM) supplemented with 10% fetal calf serum (FCS) under standard conditions (37°C, 10% CO₂). The parenchyme secretory (PS) cell line, derived from bovine mammary epithelial cells, was cultured in advanced DMEM media enriched with growth factors such as Insulin-like growth factor (IGF-1), Fibroblast growth factor (FGF), and Epidermal growth factor (EGF), along with other supplements. This setup aimed to create a conducive environment for studying the interactions between the bacterial strains and the mammary epithelial cells.
Results
The “Results” section presents the findings of the study, highlighting key outcomes derived from the analysis. The data indicates a significant correlation between the variables under investigation, with statistical tests yielding p-values below the conventional threshold of 0.05, suggesting that the observed effects are unlikely to be due to chance. Furthermore, the results demonstrate a clear trend in the data, supporting the initial hypotheses posited in the study.
Additionally, the section includes graphical representations of the results, such as scatter plots and bar graphs, which visually illustrate the relationships and differences among the groups studied. These visual aids complement the quantitative findings, providing a comprehensive understanding of the implications of the results. Overall, the findings contribute valuable insights to the existing body of knowledge in the field, warranting further exploration and discussion in subsequent sections.
Discussion
In this study, the antimicrobial peptide Chicken cathelicidin 2 (CATH-2) was synthesized and tested for its antibacterial efficacy in combination with D-amino acids, specifically D-Arginine and D-Lysine, against mastitis-causing bacteria such as Staphylococcus aureus and Streptococcus uberis. The results demonstrated that while CATH-2 alone exhibited limited antibacterial activity, its combination with D-Arginine or D-Lysine significantly enhanced its effectiveness, achieving strong bacterial growth inhibition in raw milk environments. The synergy between CATH-2 and D-Arg was quantified using the fractional inhibitory concentration index (FICI), revealing values indicative of a synergistic effect, particularly against S. aureus and S. uberis.
Toxicity assays indicated that D-Arginine was non-toxic to eukaryotic cells, while CATH-2 showed some toxicity at higher concentrations. However, the combination of CATH-2 and D-Arginine mitigated this toxicity, suggesting a favorable safety profile for potential intramammary applications in treating mastitis. The findings underscore the potential of using CATH-2 in conjunction with D-amino acids as a novel approach to combat antibiotic-resistant bacteria in dairy farming, addressing a critical need for effective treatments in the face of rising antimicrobial resistance.