pmjТихоокеанский медицинский журналPacific Medical Journal1609-1175TGMU10.34215/1609-1175-2024-4-27-31pmj-2824Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯORIGINAL RESEARCHESСравнительная оценка активности лизостафина против Staphylococcus aureus и Staphylococcus epidermidis и их биопленокActivity of lysostaphin against Staphylococcus aureus and Staphylococcus epidermidis, and their biofilmshttps://orcid.org/0000-0003-2326-7413ГординаЕ. М.GordinaE. M.

Екатерина Михайловна Гордина, к. м. н., старший научный сотрудник

отделение профилактики и лечения раневой инфекции

195427; ул. Ак. Байкова, 8; Санкт-Петербург

тел.: +7 (964) 339-25-08

Ekaterina M. Gordina, Cand. Sci. (Med.), senior researcher

division of wound infection treatment and prevention

195427; 8 Akademika Baykova street; St. Petersburg

phone: +7 (964) 339-25-08

emgordina@win.rniito.ruБожковаС. А.BozhkovaS. A.

Санкт-Петербург

St. Petersburg

ГончарукД. А.GoncharukD. A.

Москва

Moscow

ТкачЕ. Н.TkachE. N.

Москва

Moscow

КасимоваА. Р.KasimovaA. R.

Санкт-Петербург

St. Petersburg

Национальный медицинский исследовательский центр травматологии и ортопедии им. Р.Р. ВреденаРоссияVreden National Medical Research Center of Traumatology and OrthopedicsRussian FederationНаучно-технологический центр «БиоИнвест»РоссияScientific and Technological Center “BioInvest”Russian FederationНациональный медицинский исследовательский центр травматологии и ортопедии им. Р.Р. Вредена; Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет им. акад. И.П. ПавловаРоссияVreden National Medical Research Center of Traumatology and Orthopedics; Pavlov First Saint Petersburg State Medical UniversityRussian Federation202416022025042731Copyright © Гордина Е.М., Божкова С.А., Гончарук Д.А., Ткач Е.Н., Касимова А.Р., 20252025Гордина Е.М., Божкова С.А., Гончарук Д.А., Ткач Е.Н., Касимова А.Р.Gordina E.M., Bozhkova S.A., Goncharuk D.A., Tkach E.N., Kasimova A.R.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.tmj-vgmu.ru/jour/article/view/2824   Цель исследования

   Цель исследования: сравнительная оценка активности фермента лизостафина против S. aureus и S. epidermidis, выделенных от пациентов ортопедического профиля, и их биопленок.

   Материалы и методы

   Материалы и методы. Изучено действие лизостафина в отношении 120 клинических (30 MSSA, 30 MRSA, 30 MSSE, 30 MRSE) и 4 эталонных штаммов стафилококков. МИК лизостафина определяли методом серийных разведений (0,06 до 512 мг/л). Влияние на биопленкообразование и биопленки оценивали по методу O'Toole. Анализ данных выполняли в GraphPad Prism.

   Результаты

   Результаты. Показано, что лизостафин был в 2 раза активнее в отношении чувствительных к метициллину штаммов, а также активнее в отношении S. aureus, чем против S. epidermidis. Изученные концентрации лизостафина эффективно предотвращали образование биопленок, более эффективно у штаммов MSSA. Показатель MBIC90 лизостафина определен в 4 раза выше для MRSE и в два раза выше для штаммов S. aureus. Показатель MBEC90 лизостафина в отношении S. epidermidis был в 32 раза выше, чем для культур S. aureus.

   Заключение

   Заключение. Выраженное антистафилококковое действие лизостафина, а также его активное деструктивное действие на биопленки S. aureus представляют особый интерес для дальнейшего изучения и внедрения в клиническую практику для борьбы со стафилококковой инфекцией, в том числе связанной с различными имплантатами в ортопедии, стоматологии, кардиологии.

   Objective

   Objective. To conduct a comparative evaluation of lysostaphin activity against isolates of S. aureus, S. epidermidis and their biofilms, obtained from orthopedic patients.

   Materials and methods

   Materials and methods. The study examines the effect of lysostaphin on 120 clinical bacterial isolates (30 MSSA, 30 MRSA, 30 MSSE, and 30 MRSE) alongside four reference strains of staphylococci. The minimum inhibitory concentration of lysostaphin was determined using a serial dilution method (ranging from 0.06 to 512 mg/l). The effect on biofilms and their formation was assessed by means of the O'Toole method. Data analysis was performed using GraphPad Prism software.

   Results

   Results. According to the results, lysostaphin exhibited twice the activity against methicillin-sensitive strains and was more effective against S. aureus compared to S. epidermidis. The studied concentrations of lysostaphin effectively prevented biofilm formation, particularly in MSSA strains. The MBIC90 value for lysostaphin was found to be four times higher for MRSE strains and twice as high for S. aureus. Additionally, the MBEC90 value of lysostaphin against S. epidermidis was 32 times greater than that observed for S. aureus.

   Conclusion

   Conclusion. The pronounced anti-staphylococcal activity of lysostaphin, along with its significant destructive effect on S. aureus biofilms, offers a considerable potential for further investigation and implementation in clinical practice to combat staphylococcal infections, including those associated with various implants in orthopedics, dentistry, and cardiology.

S. aureusS. epidermidisлизостафинбиопленкаантибиотикорезистентностьS. aureusS. epidermidislysostaphinbiofilmantibiotic resistanceНаучное исследование выполнено в рамках реализации государственного задания № 056-00123-21-00The scientific research was carried out as part of the implementation of a state assignment No. 056-00123-21-00ReferencesChen H, Zhang J, He Y, Lv Z, Liang Z, Chen J, et al. Exploring the Role of Staphylococcus aureus in Inflammatory Diseases. Toxins (Basel). 2022;14(7):464. doi: 10.3390/toxins14070464Chen H, Zhang J, He Y, Lv Z, Liang Z, Chen J, et al. Exploring the Role of Staphylococcus aureus in Inflammatory Diseases. Toxins (Basel). 2022;14(7):464. doi: 10.3390/toxins14070464Касимова А.Р., Туфанова О.С., Гордина Е.М., Гвоздецкий А.Н., Радаева К.С., Рукина А.Н., Божкова С.А., Тихилов Р.М. Двенадцатилетняя динамика спектра ведущих возбудителей ортопедической инфекции : ретроспективное исследование. Травматология и ортопедия России. 2024;30(1):66–75. doi: 10.17816/2311-2905-16720Kasimova AR, Tufanova OS, Gordina EM, Gvozdetsky AN, Radaeva KS, Rukina AN, Bozhkova SA, Tikhilov RM. Twelve-Year Dynamics of Leading Pathogens Spectrum Causing Orthopedic Infections from 2011 to 2022: A Retrospective Study. Traumatology and Orthopedics of Russia. 2024;30(1):66–75 (In Russ.) doi: 10.17816/2311-2905-16720Цискарашвили А.В., Меликова Р.Э., Новожилова Е.А. Анализ шестилетнего мониторинга основных возбудителей перипротезной инфекции крупных суставов и их тенденция к резистентности. Гений ортопедии. 2022;28(2):179–188. doi: 10.18019/1028- 4427-2022-28-2-179-188Tsiskarashvili AV, Melikova RE, Novozhilova EA. Analysis of six-year monitoring of common pathogens causing periprosthetic joint infection of major joints and the tendency to resistance. Genij Ortopedii, 2022;28(2):179–188 (In Russ.) doi: 10.18019/1028- 4427-2022-28-2-179-188Rather MA, Gupta K, Mandal M. Microbial biofilm: formation, architecture, antibiotic resistance, and control strategies. Braz J Microbiol. 2021;52(4):1701–1718. doi: 10.1007/s42770-021-00624-xRather MA, Gupta K, Mandal M. Microbial biofilm: formation, architecture, antibiotic resistance, and control strategies. Braz J Microbiol. 2021;52(4):1701–1718. doi: 10.1007/s42770-021-00624-xYue Y, Chen K, Sun C, Ahmed S, Ojha SC. Antimicrobial peptidase lysostaphin at subinhibitory concentrations modulates staphylococcal adherence, biofilm formation, and toxin production. BMC Microbiol. 2023;23(1):311. doi: 10.1186/s12866-023-03052-zYue Y, Chen K, Sun C, Ahmed S, Ojha SC. Antimicrobial peptidase lysostaphin at subinhibitory concentrations modulates staphylococcal adherence, biofilm formation, and toxin production. BMC Microbiol. 2023;23(1):311. doi: 10.1186/s12866-023-03052-zMitkowski P, Jagielska E, Nowak E, Bujnicki JM, Stefaniak F, Niedziałek D, et al. Structural bases of peptidoglycan recognition by lysostaphin SH3b domain. Sci Rep. 2019;9(1):5965. doi: 10.1038/s41598-019-42435-zMitkowski P, Jagielska E, Nowak E, Bujnicki JM, Stefaniak F, Niedziałek D, et al. Structural bases of peptidoglycan recognition by lysostaphin SH3b domain. Sci Rep. 2019;9(1):5965. doi: 10.1038/s41598-019-42435-zГордина Е.М., Божкова С.А., Лабутин Д.В., Гончарук Д.А., Ткач Е.Н. Антистафилококковая активность и цитосовместимость лизостафина. КМАХ. 2023;1(25):77–82. doi: 10.36488/cmac.2023.1.77-82Gordina EM, Bozhkova SA, Labutin DV, Goncharuk DA, Tkach EN. Antistaphylococcal activity and cytocompatibility of lysostaphin. Kliniceskaa Mikrobiologia i Antimikrobnaa Himioterapia. 2023;1(25):77–82 (In Russ.) doi: 10.36488/cmac.2023.1.77-82Liu J, Chen D, Peters BM, Li L, Li B, Xu Z, et al. Staphylococcal chromosomal cassettes mec (SCCmec): A mobile genetic element in methicillin-resistant Staphylococcus aureus. Microb. Pathog. 2016;101:56–67. doi: 10.1016/j.micpath.2016.10.028Liu J, Chen D, Peters BM, Li L, Li B, Xu Z, et al. Staphylococcal chromosomal cassettes mec (SCCmec): A mobile genetic element in methicillin-resistant Staphylococcus aureus. Microb. Pathog. 2016;101:56–67. doi: 10.1016/j.micpath.2016.10.028Sadoogh AS, Ghaznavi-Rad E, Sadelaji S, Abtahi H. In vivo efficiency of the produced recombinant lysostaphin antimicrobial peptide in treatment of methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) skin infection in a mouse model. Iran J Microbiol. 2023;15(2):243–250. doi: 10.18502/ijm.v15i2.12476Sadoogh AS, Ghaznavi-Rad E, Sadelaji S, Abtahi H. In vivo efficiency of the produced recombinant lysostaphin antimicrobial peptide in treatment of methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) skin infection in a mouse model. Iran J Microbiol. 2023;15(2):243–250. doi: 10.18502/ijm.v15i2.12476Yang XY, Li CR, Lou RH, Wang YM, Zhang WX, Chen HZ, et al. In vitro activity of recombinant lysostaphin against Staphylococcus aureus isolates from hospitals in Beijing, China. J Med Microbiol. 2007;56(Pt1):71–76. doi: 10.1099/jmm.0.46788-0Yang XY, Li CR, Lou RH, Wang YM, Zhang WX, Chen HZ, et al. In vitro activity of recombinant lysostaphin against Staphylococcus aureus isolates from hospitals in Beijing, China. J Med Microbiol. 2007;56(Pt1):71–76. doi: 10.1099/jmm.0.46788-0Uruén C, Chopo-Escuin G, Tommassen J, Mainar-Jaime RC, Arenas J. Biofilms as Promoters of Bacterial Antibiotic Resistance and Tolerance. Antibiotics (Basel). 2020;10(1):3. doi: 10.3390/antibiotics10010003Uruén C, Chopo-Escuin G, Tommassen J, Mainar-Jaime RC, Arenas J. Biofilms as Promoters of Bacterial Antibiotic Resistance and Tolerance. Antibiotics (Basel). 2020;10(1):3. doi: 10.3390/antibiotics10010003François P, Schrenzel J, Götz F. Biology and Regulation of Staphylococcal Biofilm. Int J Mol Sci. 2023;24(6):5218. doi: 10.3390/ijms24065218François P, Schrenzel J, Götz F. Biology and Regulation of Staphylococcal Biofilm. Int J Mol Sci. 2023;24(6):5218. doi: 10.3390/ijms24065218Grishin AV, Lavrova NV, Lyashchuk AM, Strukova NV, Generalova MS, Ryazanova AV, et al. The Influence of Dimerization on the Pharmacokinetics and Activity of an Antibacterial Enzyme Lysostaphin. Molecules. 2019;24(10):1879. doi: 10.3390/molecules24101879Grishin AV, Lavrova NV, Lyashchuk AM, Strukova NV, Generalova MS, Ryazanova AV, et al. The Influence of Dimerization on the Pharmacokinetics and Activity of an Antibacterial Enzyme Lysostaphin. Molecules. 2019;24(10):1879. doi: 10.3390/molecules24101879

The authors declare that there are no conflicts of interest present.