Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Xác định các mục tiêu tiềm năng của silybin bằng cách dock phân tử và chức năng kháng khuẩn của nó đối với bơm tẩy và porin trong E. coli gây bệnh tiết niệu
International Microbiology - Trang 1-12 - 2024
Tóm tắt
Một trong những nguyên nhân của tình trạng kháng kháng sinh là sự tích lũy kháng sinh giảm trong tế bào vi khuẩn thông qua việc bơm thuốc ra ngoài. Silybin, một thành phần chính của cây Silybum marianum, thể hiện nhiều đặc tính có lợi, bao gồm tác dụng kháng khuẩn, chống viêm, chống oxy hóa và bảo vệ gan. Các chủng vi khuẩn E. coli được thu thập từ Bệnh viện Nhi Shahrivar ở Rasht, Guilan, phía bắc Iran. Độ nhạy của chúng đối với sáu loại kháng sinh được đánh giá bằng phương pháp khuếch tán đĩa và pha loãng dịch (MIC). Các hiệu ứng kháng khuẩn của các hạt nanoparticle polymer silybin (SPNs) đã được nghiên cứu bằng phương pháp pha loãng dịch (MIC) và kiểm tra biofilm. Docking phân tử được sử dụng để đánh giá khả năng liên kết của silybin (thành phần kháng khuẩn) với các bơm tẩy, porin và các yếu tố điều chỉnh của chúng. Thêm vào đó, phân tích qRT-PCR đã khám phá các mẫu biểu hiện của các gen acrA, acrB, tolC, ompC và ompF ở cả các chủng E. coli được điều trị bằng SPNs (sub-MIC) và ciprofloxacin (sub-MIC) cũng như chưa được điều trị. Việc sử dụng kết hợp SPNs và ciprofloxacin đã cho thấy sự giảm đáng kể về sự phát triển của vi khuẩn và sự hình thành biofilm ở các chủng kháng ciprofloxacin. Nghiên cứu đã xác định tám vị trí liên kết lồng ghép của bơm tẩy AcrABZ-TolC liên quan đến silybin, cho thấy khả năng liên kết dao động từ −7.688 đến −10.33 Kcal/mol. Hơn nữa, phân tích qRT-PCR cho thấy rằng silybin đã điều hòa tăng các gen bơm tẩy AcrAB-TolC và giảm các gen porin ompC và ompF trong sự kết hợp với ciprofloxacin ở mức độ phiên mã trong E. coli gây bệnh tiết niệu. Silybin, một hợp chất thảo dược an toàn, thể hiện tiềm năng trong việc ức chế tình trạng kháng kháng sinh trong các chủng vi khuẩn, có thể thông qua việc điều chỉnh biểu hiện gen và khả năng liên kết hợp lý với các protein mục tiêu.
Từ khóa
#silybin #kháng kháng sinh #E. coli #bơm tẩy #porin #biofilm #qRT-PCR #molecular dockingTài liệu tham khảo
Agarwal C, Wadhwa R, Deep G, Biedermann D, Gažák R, Křen V, Agarwal R (2013) Anti-cancer efficacy of silybin derivatives - a structure-activity relationship. PLoS One 8:e60074
Alzayn M, Dulyayangkul P, Satapoomin N, Heesom KJ, Avison MB (2021) OmpF downregulation mediated by sigma E or OmpR activation confers cefalexin resistance in Escherichia coli in the absence of acquired β-lactamases. Antimicrob Agents Chemother 65:e0100421
Amaral L, Martins A, Spengler G, Molnar J (2014) Efflux pumps of Gram-negative bacteria: what they do, how they do it, with what and how to deal with them. Front Pharmacol 4:168
Anes J, McCusker MP, Fanning S, Martins M (2015) The ins and outs of RND efflux pumps in Escherichia coli. Front Microbiol 6:587
Arya SS, Sharma MM, Das RK, Rookes J, Cahill D, Lenka SK (2019) Vanillin mediated green synthesis and application of gold nanoparticles for reversal of antimicrobial resistance in Pseudomonas aeruginosa clinical isolates. Heliyon 5:e02021
Bag A, Chattopadhyay RR (2014) Efflux-pump inhibitory activity of a gallotannin from Terminalia chebula fruit against multidrug-resistant uropathogenic Escherichia coli. Nat Prod Res 28:1280–1283
Baslé A, Rummel G, Storici P, Rosenbusch JP, Schirmer T (2006) Crystal structure of osmoporin OmpC from E. coli at 2.0 Å. J Mol Biol 362:933–942
Chetri S, Bhowmik D, Paul D, Pandey P, Chanda DD, Chakravarty A, Bora D, Bhattacharjee A (2019a) AcrAB-TolC efflux pump system plays a role in carbapenem non-susceptibility in Escherichia coli. BMC Microbiol 19:210
Chetri S, Singha M, Bhowmik D, Nath K, Chanda DD, Chakravarty A, Bhattacharjee A (2019b) Transcriptional response of OmpC and OmpF in Escherichia coli against differential gradient of carbapenem stress. BMC Res Notes 12:138
Choi U, Lee C-R (2019) Distinct roles of outer membrane porins in antibiotic resistance and membrane integrity in Escherichia coli. Front Microbiol 10:953
Danese PN, Pratt LA, Dove SL, Kolter R (2000) The outer membrane protein, Antigen 43, mediates cell-to-cell interactions within Escherichia coli biofilms. Mol Microbiol 37:424–432
De Oliveira DR, Tintino SR, Braga MF, Boligon AA, Athayde ML, Coutinho HD, De Menezes IR, Fachinetto R (2015) In vitro antimicrobial and modulatory activity of the natural products silymarin and silibinin. Biomed Res Int 2015:292797
Fernández L, Hancock RE (2012) Adaptive and mutational resistance: role of porins and efflux pumps in drug resistance. Clin Microbiol Rev 25:661–681
Ferris HU, Coles M, Lupas AN, Hartmann MD (2014) Crystallographic snapshot of the Escherichia coli EnvZ histidine kinase in an active conformation. J Struct Biol 186:376–379
Gu R, Li M, Su C-C, Long F, Routh MD, Yang F, McDermott G, Yu EW (2008) Conformational change of the AcrR regulator reveals a possible mechanism of induction. Acta Crystallogr Sect F Struct Biol Cryst Commun 64:584–588
Hagn F, Etzkorn M, Raschle T, Wagner G (2013) Optimized phospholipid bilayer nanodiscs facilitate high-resolution structure determination of membrane proteins. J Am Chem Soc 135:1919–1925
Hossainzadeh S, Ranji N, Naderi Sohi A, Najafi F (2019) Silibinin encapsulation in polymersome: a promising anticancer nanoparticle for inducing apoptosis and decreasing the expression level of miR-125b/miR-182 in human breast cancer cells. J Cell Physiol 234:22285–22298
Hughson F, Mechaly AE, Sassoon N, Betton J-M, Alzari PM (2014) Segmental helical motions and dynamical asymmetry modulate histidine kinase autophosphorylation. PLoS Biol 12:e1001776
Jaktaji RP, Heidari F (2013) Study the expression of ompf gene in Esherichia coli Mutants. Indian J Pharm Sci 75:540–544
Kalia NP, Mahajan P, Mehra R, Nargotra A, Sharma JP, Koul S, Khan IA (2012) Capsaicin, a novel inhibitor of the NorA efflux pump, reduces the intracellular invasion of Staphylococcus aureus. J Antimicrob Chemother 67:2401–2408
Khakinezhad Tehrani F, Ranji N, Kouhkan F, Hosseinzadeh S (2020) Apoptosis induction and proliferation inhibition by silibinin encapsulated in nanoparticles in MIA PaCa-2 cancer cells and deregulation of some miRNAs. Iran J Basic Med Sci 23:469–482
Kim T, Duong T, Wu C-A, Choi J, Lan N, Kang SW, Lokanath NK, Shin D, Hwang H-Y, Kim KK (2014) Structural insights into the molecular mechanism of Escherichia coli SdiA, a quorum-sensing receptor. Acta Cryst Sect D Biol Cryst 70:694–707
Kong H-K, Pan Q, Lo W-U, Liu X, Law COK, Chan T-F, Ho P-L, Lau TC-K (2018) Fine-tuning carbapenem resistance by reducing porin permeability of bacteria activated in the selection process of conjugation. Sci Rep 8:15248
Kwon HJ, Bennik MHJ, Demple B, Ellenberger T (2000) Crystal structure of the Escherichia coli Rob transcription factor in complex with DNA. Nat Struct Biol 7:424–430
Lee YS, Jang KA, Cha JD (2012) Synergistic antibacterial effect between silibinin and antibiotics in oral bacteria. J Biomed Biotechnol 2012:618081
Li B, Huang Q, Cui A, Liu X, Hou B, Zhang L, Liu M, Meng X, Li S (2018) Overexpression of outer membrane protein X (OmpX) compensates for the effect of TolC inactivation on biofilm formation and curli production in extraintestinal pathogenic Escherichia coli (ExPEC). Front Cell Infect Microbiol 8
Liu YF, Yan JJ, Lei HY, Teng CH, Wang MC, Tseng CC, Wu JJ (2012) Loss of outer membrane protein C in Escherichia coli contributes to both antibiotic resistance and escaping antibody-dependent bactericidal activity. Infect Immun 80:1815–1822
Maisuria VB, Hosseinidoust Z, Tufenkji N (2015) Polyphenolic extract from maple syrup potentiates antibiotic susceptibility and reduces biofilm formation of pathogenic bacteria. Appl Environ Microbiol 81:3782–3792
Martínez-Hackert E, Stock AM (1997) The DNA-binding domain of OmpR: crystal structures of a winged helix transcription factor. Structure 5:109–124
Mechaly AE, Soto Diaz S, Sassoon N, Buschiazzo A, Betton J-M, Alzari PM (2017) Structural coupling between autokinase and phosphotransferase reactions in a bacterial histidine kinase. Structure 25:939–944.e3
Miladi H, Zmantar T, Chaabouni Y, Fedhila K, Bakhrouf A, Mahdouani K, Chaieb K (2016) Antibacterial and efflux pump inhibitors of thymol and carvacrol against food-borne pathogens. Microb Pathog 99:95–100
Pagano MT, Fecchi K, Pierdominici M, Ortona E, Peruzzu D (2022) Human monocyte-derived dendritic cells are the pharmacological target of the immunosuppressant flavonoid silibinin. Int J Mol Sci 23
Pakizehkar S, Ranji N, Sohi AN, Sadeghizadeh M (2020) Polymersome-assisted delivery of curcumin: a suitable approach to decrease cancer stemness markers and regulate miRNAs expression in HT29 colorectal cancer cells. Polym Adv Technol 31:160–177
Pourahmad Jaktaji R, Zargampoor F (2017) Expression of TolC and organic solvent tolerance of Escherichia coli ciprofloxacin resistant mutants. Iran J Pharm Res 16:1185–1189
Rahbar Takrami S, Ranji N, Sadeghizadeh M (2019) Antibacterial effects of curcumin encapsulated in nanoparticles on clinical isolates of Pseudomonas aeruginosa through downregulation of efflux pumps. Mol Biol Rep 46:2395–2404
Rahmati S, Yang S, Davidson AL, Zechiedrich EL (2002) Control of the AcrAB multidrug efflux pump by quorum-sensing regulator SdiA. Mol Microbiol 43:677–685
Rhee S, Martin RG, Rosner JL, Davies DR (1998) A novel DNA-binding motif in MarA: the first structure for an AraC family transcriptional activator. Proc Natl Acad Sci 95:10413–10418
Ruiz C, Levy SB (2014) Regulation of acrAB expression by cellular metabolites in Escherichia coli. J Antimicrob Chemother 69:390–399
Siryaporn A, Goulian M (2008) Cross-talk suppression between the CpxA-CpxR and EnvZ-OmpR two-component systems in E. coli. Mol Microbiol 70:494–506
Swick MC, Morgan-Linnell SK, Carlson KM, Zechiedrich L (2011) Expression of multidrug efflux pump genes acrAB-tolC, mdfA, and norE in Escherichia coli clinical isolates as a function of fluoroquinolone and multidrug resistance. Antimicrob Agents Chemother 55:921–924
Tahmasebi Birgani M, Erfani-Moghadam V, Babaei E, Najafi F, Zamani M, Shariati M, Nazem S, Farhangi B, Motahari P, Sadeghizadeh M (2015) Dendrosomal nano-curcumin; the novel formulation to improve the anticancer properties of curcumin. Prog Clin Biol 5:143–158
Tehrani FK, Ranji N, Kouhkan F, Hosseinzadeh S (2021) PANC-1 cancer stem-like cell death with silybin encapsulated in polymersomes and deregulation of stemness-related miRNAs and their potential targets. Iran J Basic Med Sci 24:514–523
Trot O, Olson AJ (2010) AutoDock Vina: improving the speed and accuracy of docking with a new scoring function, efficient optimization, and multithreading. J Comput Chem 31:455–461
Viveiros M, Dupont M, Rodrigues L, Couto I, Davin-Regli A, Martins M, Pagès JM, Amaral L (2007) Antibiotic stress, genetic response and altered permeability of E. coli. PLoS One 2:e365
Wang Z, Fan G, Hryc CF, Blaza JN, Serysheva II, Schmid MF, Chiu W, Luisi BF, Du D (2017) An allosteric transport mechanism for the AcrAB-TolC multidrug efflux pump. eLife 6:e24905
Yamashita E, Zhalnina MV, Zakharov SD, Sharma O, Cramer WA (2008) Crystal structures of the OmpF porin: function in a colicin translocon. EMBO J 27:2171–2180
Yasbolaghi Sharahi J, Aliakbar Ahovan Z, Taghizadeh Maleki D, Riahi Rad Z, Riahi Rad Z, Goudarzi M, Shariati A, Bostanghadiri N, Abbasi E, Hashemi A (2020) In vitro antibacterial activity of curcumin-meropenem combination against extensively drug-resistant (XDR) bacteria isolated from burn wound infections. Avicenna J Phytomed 10:3–10