DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2025.1571649
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40342603
تاريخ النشر: 2025-04-24
المؤلف: Hawraa Shahrour وآخرون
الموضوع الرئيسي: الببتيدات المضادة للميكروبات والأنشطة
نظرة عامة
تبحث الدراسة في فعالية الببتيد المضاد للميكروبات D-Bac8c 2,5 Leu ضد العدوى الناتجة عن الأغشية الحيوية التي تسببها مسببات الأمراض المقاومة للمضادات الحيوية (AMR)، وبشكل خاص المكورات العنقودية الذهبية وPseudomonas aeruginosa. نظرًا للتحديات الكبيرة التي تواجه الرعاية الصحية بسبب العدوى الحادة والمزمنة في الجروح، تؤكد الدراسة على الحاجة الملحة لعلاجات مضادة للميكروبات جديدة. تم اختبار الببتيد في نماذج الأغشية الحيوية أحادية النوع ومتعددة الأنواع، مما كشف عن انخفاض كبير في صلاحية الأغشية الحيوية – وبشكل محدد، انخفاض بمقدار 2-3 لوج في الحمل البكتيري في الاختبارات الثابتة ونتائج مماثلة في الظروف الديناميكية باستخدام جهاز تدفق الأغشية الحيوية Duckworth.
بالإضافة إلى ذلك، أظهر D-Bac8c 2,5 Leu سمية خلوية منخفضة على خطوط الخلايا البشرية وتم دمجه بشكل فعال في هيدروجيل ميثيل السليلوز، مما سمح بالإفراج المستمر وزيادة النشاط المضاد للميكروبات. أثبت الهيدروجيل المحمّل بالببتيد فعاليته في تعطيل الأغشية الحيوية التي تم تشكيلها مسبقًا، مما يشير إلى إمكانيته كخيار علاج واعد للعدوى في الجروح المرتبطة بمسببات الأمراض المقاومة للمضادات الحيوية. تشير النتائج إلى أن المزيد من البحث مطلوب لتقييم فعالية D-Bac8c 2,5 Leu في الجسم الحي لتحسين تطبيقه في رعاية الجروح السريرية.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على التأثير الكبير لكل من العدوى الحادة والمزمنة في الجروح على مرضى الرعاية الصحية والأنظمة الصحية عالميًا. تشمل هذه العدوى، التي تتضمن عدوى مواقع الجراحة، وجروح الحروق، والعدوى الجلدية ما بعد الصدمة، فترات إقامة طويلة في المستشفى، وزيادة في تكاليف الرعاية الصحية، وتقليل جودة الحياة. من المتوقع أن تزداد انتشار الجروح المزمنة بسبب الأمراض المرتبطة بنمط الحياة مثل السكري والسمنة، مما يزيد من تفاقم التحدي الناتج عن مقاومة المضادات الحيوية (AMR) من مسببات الأمراض مثل المكورات العنقودية الذهبية المقاومة للميثيسيلين. ومن الجدير بالذكر أن الأغشية الحيوية البكتيرية مرتبطة بمعظم هذه العدوى، حيث تحتوي الأغشية الحيوية على خلايا مقاومة للمضادات الحيوية مما يعقد العلاج ويعزز مقاومة المضادات الحيوية.
غالبًا ما تفشل استراتيجيات إدارة الجروح التقليدية، بما في ذلك إزالة الأنسجة الميتة جراحيًا والمضادات الحيوية النظامية، في تحقيق الشفاء الفعال، مما يبرز الحاجة الملحة لأساليب مبتكرة. ظهرت الببتيدات المضادة للميكروبات (AMPs) كبدائل واعدة بسبب نشاطها المضاد للميكروبات واسع الطيف، وفعاليتها ضد السلالات المقاومة، وفوائد إضافية مثل تعديل المناعة وانخفاض السمية. أدت التطورات الأخيرة إلى دمج AMPs في ضمادات الجروح، وخاصة الهيدروجيل، مما يعزز الخصائص المضادة للميكروبات ويعزز الشفاء مع تقليل الندوب. تهدف هذه الدراسة إلى تقييم فعالية D-Bac8c 2,5 Leu المضادة للأغشية الحيوية ضد كل من الأغشية الحيوية أحادية النوع ومتعددة الأنواع في نماذج مختلفة من العدوى في الجروح، وتقييم فعاليتها قبل وبعد دمجها في نظام هيدروجيل.
النتائج
تظهر نتائج الدراسة أن الببتيد المضاد للميكروبات D-Bac8c 2,5 Leu يظهر نشاطًا قويًا مضادًا للميكروبات ومضادًا للأغشية الحيوية ضد سلالات مختلفة من المكورات العنقودية الذهبية المقاومة للميثيسيلين (MRSA)، والمكورات العنقودية الذهبية الحساسة للميثيسيلين (MSSA)، وPseudomonas aeruginosa. في اختبار صفيحة الميكروتيتر عالي الإنتاجية، أظهر D-Bac8c 2,5 Leu أدنى قيم التركيز المثبط الأدنى (MIC) بمقدار 8 ميكروغرام/مل ضد سلالات S. aureus، بينما أظهر أيضًا تثبيطًا فعالًا ضد P. aeruginosa PAO1 عند 16 ميكروغرام/مل. بالمقارنة، أظهرت الببتيدات الأخرى التي تم اختبارها، مثل DRGN-1، 1,037، وIDR-1018، فعالية مضادة للميكروبات أقل بكثير.
كشفت التحقيقات الإضافية في خصائص D-Bac8c 2,5 Leu المضادة للأغشية الحيوية عن انخفاضات كبيرة في صلاحية الأغشية الحيوية لكل من الأغشية الحيوية أحادية النوع ومتعددة الأنواع تحت ظروف ثابتة وديناميكية. أدى العلاج بـ D-Bac8c 2,5 Leu بتركيزات تتراوح من 64 إلى 256 ميكروغرام/مل إلى تعطيل كبير للأغشية الحيوية، مع انخفاضات في وحدات تشكيل المستعمرات (CFUs) تدعم هذه النتائج. أكدت تحليلات المجهر الضوئي التداخلي زيادة ملحوظة في الخلايا الميتة بعد العلاج، مما يدل على فعالية الببتيد في تعطيل سلامة الأغشية الحيوية. بشكل عام، لم يظهر D-Bac8c 2,5 Leu نشاطًا مضادًا للميكروبات قويًا فحسب، بل أظهر أيضًا ملفًا مناعيًّا مواتيًا، مما يجعله مرشحًا واعدًا لمزيد من التطبيقات السريرية.
المناقشة
تسلط قسم المناقشة في ورقة البحث الضوء على الإمكانيات الواعدة للببتيدات المضادة للميكروبات (AMPs)، وخاصة D-Bac8c 2,5 Leu، في معالجة مقاومة المضادات الحيوية (AMR) والعدوى المزمنة في الجروح. قامت الدراسة بتخليق عدة ببتيدات وتقييم فعاليتها ضد المكورات العنقودية الذهبية المقاومة والحساسة للميثيسيلين، بالإضافة إلى Pseudomonas aeruginosa، باستخدام نماذج مختلفة في المختبر. أظهر D-Bac8c 2,5 Leu نشاطًا كبيرًا مضادًا للأغشية الحيوية، حيث قلل بشكل فعال من صلاحية الأغشية الحيوية في كل من الظروف الثابتة والديناميكية، مع القضاء التام الذي لوحظ بعد 2-3 ساعات من العلاج بتركيز 256 ميكروغرام/مل. تدعم التركيزات المنخفضة من التركيز المثبط الأدنى (MICs) وملف السمية الخلوية المواتي للببتيد إمكانيته كعامل علاجي.
علاوة على ذلك، قامت الدراسة بتقييم خطر تطوير مقاومة لـ D-Bac8c 2,5 Leu من خلال التعرض المطول، حيث لم يتم العثور على تغييرات كبيرة في القابلية عبر سلالات بكتيرية متعددة بعد 14 يومًا من العلاج دون التركيز المثبط. يتناقض هذا مع المضادات الحيوية التقليدية، التي غالبًا ما تؤدي إلى مقاومة. تؤكد السمية الخلوية المنخفضة للببتيد على خطوط الخلايا البشرية والنشاط الهيموليتي المنخفض سلامته للتطبيقات السريرية المحتملة. يعزز دمج D-Bac8c 2,5 Leu في صيغة هيدروجيل ميثيل السليلوز المستجيب للحرارة توصيله إلى مواقع الجروح، مما يضمن الإفراج المستمر وتحسين التفاعل مع مسببات الأمراض البكتيرية. بشكل عام، تدعو النتائج إلى استخدام D-Bac8c 2,5 Leu كبديل قابل للتطبيق في علاج العدوى المزمنة، خاصة في سياق زيادة مقاومة المضادات الحيوية.
DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2025.1571649
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40342603
Publication Date: 2025-04-24
Author(s): Hawraa Shahrour et al.
Primary Topic: Antimicrobial Peptides and Activities
Overview
The research investigates the efficacy of the antimicrobial peptide D-Bac8c 2,5 Leu against biofilm infections caused by antimicrobial-resistant (AMR) pathogens, specifically Staphylococcus aureus and Pseudomonas aeruginosa. Given the significant healthcare challenges posed by acute and chronic wound infections, the study emphasizes the urgent need for novel antimicrobial therapies. The peptide was tested in both monospecies and polymicrobial biofilm models, revealing a substantial reduction in biofilm viability—specifically, a 2-3 log decrease in bacterial load in static assays and similar results in dynamic conditions using the Duckworth biofilm flow device.
Additionally, D-Bac8c 2,5 Leu demonstrated low cytotoxicity on human cell lines and was effectively incorporated into a methylcellulose hydrogel, which allowed for sustained release and enhanced antimicrobial activity. The peptide-loaded hydrogel proved effective in disrupting pre-formed biofilms, indicating its potential as a promising treatment option for wound infections associated with AMR pathogens. The findings suggest that further research is warranted to evaluate the in vivo efficacy of D-Bac8c 2,5 Leu to optimize its application in clinical wound care.
Introduction
The introduction highlights the significant impact of both acute and chronic wound infections on patient morbidity and healthcare systems globally. These infections, which include surgical site infections, burn wounds, and post-traumatic skin infections, lead to extended hospital stays, increased healthcare costs, and reduced quality of life. The prevalence of chronic wounds is anticipated to rise due to lifestyle diseases such as diabetes and obesity, further exacerbated by the challenge of antimicrobial resistance (AMR) from pathogens like methicillin-resistant Staphylococcus aureus. Notably, bacterial biofilms are implicated in a majority of these infections, with biofilms containing antibiotic-tolerant persister cells that complicate treatment and promote AMR.
Traditional wound management strategies, including surgical debridement and systemic antibiotics, often fail to achieve effective healing, underscoring the urgent need for innovative approaches. Antimicrobial peptides (AMPs) have emerged as promising alternatives due to their broad-spectrum antimicrobial activity, effectiveness against resistant strains, and additional benefits such as immunomodulation and low toxicity. Recent advancements have integrated AMPs into wound dressings, particularly hydrogels, which enhance antimicrobial properties and promote healing while minimizing scarring. This study aims to evaluate the antibiofilm efficacy of the AMP D-Bac8c 2,5 Leu against both mono-species and polymicrobial biofilms in various wound infection models, assessing its effectiveness before and after incorporation into a hydrogel system.
Results
The results of the study demonstrate that the antimicrobial peptide D-Bac8c 2,5 Leu exhibits potent antimicrobial and antibiofilm activity against various strains of Methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA), Methicillin-sensitive Staphylococcus aureus (MSSA), and Pseudomonas aeruginosa. In a high-throughput microtiter plate assay, D-Bac8c 2,5 Leu showed the lowest minimum inhibitory concentration (MIC) values of 8 μg/mL against S. aureus strains, while also displaying effective inhibition against P. aeruginosa PAO1 at 16 μg/mL. Comparatively, other peptides tested, such as DRGN-1, 1,037, and IDR-1018, demonstrated significantly lower antimicrobial efficacy.
Further investigations into the antibiofilm properties of D-Bac8c 2,5 Leu revealed substantial reductions in biofilm viability for both monospecies and polymicrobial biofilms under static and dynamic conditions. Treatment with D-Bac8c 2,5 Leu at concentrations ranging from 64 to 256 μg/mL resulted in significant inactivation of biofilms, with reductions in colony-forming units (CFUs) supporting these findings. Confocal microscopy analysis confirmed a marked increase in dead cells post-treatment, indicating the peptide’s effectiveness in disrupting biofilm integrity. Overall, D-Bac8c 2,5 Leu not only exhibited strong antimicrobial activity but also demonstrated a favorable immunomodulatory profile, making it a promising candidate for further clinical applications.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the promising potential of antimicrobial peptides (AMPs), particularly D-Bac8c 2,5 Leu, in addressing antimicrobial resistance (AMR) and chronic wound infections. The study synthesized several peptides and evaluated their efficacy against methicillin-resistant and sensitive Staphylococcus aureus, as well as Pseudomonas aeruginosa, using various in vitro models. D-Bac8c 2,5 Leu demonstrated significant antibiofilm activity, effectively reducing biofilm viability in both static and dynamic conditions, with complete eradication observed after 2-3 hours of treatment at a concentration of 256 μg/mL. The peptide’s low minimum inhibitory concentrations (MICs) and favorable cytotoxicity profile further support its potential as a therapeutic agent.
Moreover, the study assessed the risk of developing resistance to D-Bac8c 2,5 Leu through prolonged exposure, finding no significant changes in susceptibility across multiple bacterial strains after 14 days of sub-MIC treatment. This contrasts with conventional antibiotics, which often lead to resistance. The peptide’s low cytotoxicity to human cell lines and negligible hemolytic activity underscore its safety for potential clinical applications. The incorporation of D-Bac8c 2,5 Leu into a thermoresponsive methylcellulose hydrogel formulation enhances its delivery to wound sites, ensuring sustained release and improved interaction with bacterial pathogens. Overall, the findings advocate for the use of D-Bac8c 2,5 Leu as a viable alternative in the treatment of chronic infections, particularly in the context of rising AMR.