Crude bacteriocin derived from Pediococcus acidilactici JM01 inhibits the biofilm formation of methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) = Pediococcus acidilactici JM01이 생산하는 박테리오신의 methicillin 내성 Staphylococcus aureus 바이오필름 형성 억제

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Staphylococcus aureus is the commensal bacteria in human skin, and a major pathogen responsible for various skin infections. These bacteria frequently form surface-attached states called biofilms, and it causes infections that are related to medical devices such as indwelling catheters. Recently, methicillin-resistant S. aureus (MRSA) infections have increased in hospitalized and immunocompromised patients. However, antibacterial agents for MRSA biofilm-related infections are as yet undeveloped. The main purpose of this study is to investigate the inhibition activity of bacteriocin derived from Pediococcus acidilactici JM01 on biofilm formation of MRSA, and to ascertain the antibiofilm mechanisms. The biofilm formation of MRSA was examined by crystal violet staining, 2,3-bis-[2-methoxy-4-nitro-5-sulfophenyl]-2H-tetrazolium-5-carboxanilide (XTT) reduction assay and scanning electron microscopic analysis. The growth of MRSA was examined by spot plate assay and by using a spectrophotometer. The adhesion property of JM01 bacteriocin to the polystyrene surface was determined by the bicinchoninic acid (BCA) method and by using a confocal laser scanning microscope. We found in biofilm formation assays that JM01 bacteriocin significantly reduced the biofilm formation of MRSA by inhibition of growth and adhesion to a polystyrene surface. Our results demonstrate that JM01 bacteriocin could be a potential candidate for an additional agent against biofilm formation of MRSA.

국문 초록 (Abstract)

황색포도상구균(Staphylococcus aureus)은 피부 내에 서식하며, 집락 형성과 바이오필름 형성을 통해 피부염을 비롯한 감염증과 의료용 기구 오염을 일으키는 기회 감염성 병원균이다. 최근 황색포도상구균에 의한 감염이 꾸준히 증가하고 있으며, 특히 항생제 내성 획득 균주의 출현으로 인해 문제가 발생하고 있다. 본 연구는 타락에서 분리한 젖산균인 Pediococcus acidilactici JM01에서 추출한 박테리오신이 메티실린 내성이 있는 황색포도상구균의 바이오필름 형성을 효과적으로 억제함을 규명하였다. Crystal violet staining, 2,3-bis-[2[methoxy-4-nitro-5-sulfophenyl]-2H-tetrazolium-5-carboxanilide] (XTT) reduction assay와 주사전자현미경 관찰을 통해 JM01 박테리오신의 처리가 황색포도상구균의 바이오필름 형성을 효과적으로 억제함을 확인하였다. JM01 박테리오신의 황색포도상구균에 대한 항균성을 분광분석법과 spot plate assay를 통해 확인한 결과, JM01 박테리오신의 처리가 메티실린 내성 황색포도상구균과 메티실린 감수성 황색포도상구균을 농도 별로 억제하였으며 대조군에 비해 생균수를 2 log CFU/mL 가량 감소시켰다. 또한 JM01 박테리오신이 polystyrene 표면에 부착하는 것을 BCA (Bicinchoninic acid) protein assay와 공초점 레이저 주사현미경을 통해 확인하였으며, JM01 박테리오신을 polystyrene 표면에 선부착시켰을 시 메티실린 내성 황색포도상구균의 바이오필름 형성이 유의적으로 감소하였다. 이를 통해 polystyrene 소재로 제조되는 catheter 등 의료용 기구에 JM01 박테리오신을 도포하여, 항생제 내성 균주로 인한 감염을 방지할 수 있을 것으로 생각된다. 결론적으로 본 연구는 JM01 박테리오신이 메티실린 내성 황색포도상구균의 바이오필름 형성을 생장 억제와 polystyrene 표면 부착 방해를 통하여 효과적으로 억제함을 규명함으로써, 메티실린 내성 황색포도상구균의 효과적인 억제 물질로 사용될 수 있음을 입증하였다

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. Introduction 1
• Ⅱ. Material and Methods 4
• 2.1. Bacterial strains and incubation conditions 4
• 2.2. Preparation of crude bacteriocin. 5
• 2.3. Antibiofilm effect 6
• 2.3.1. Inhibition of biofilm formation 6
• 2.3.2. XTT reduction assay 7
• 2.3.3. Scanning electron microscopic (SEM) analysis 7
• 2.3.4. Effect of pre- and post-treatment on MRSA biofilm 8
• 2.4. Antibacterial effect 8
• 2.4.1. Inhibition of MRSA planktonic cells 8
• 2.4.2. Growth analysis 9
• 2.5. Prevention of MRSA adhesion 10
• 2.5.1. The adhesive property of JM01 bacteriocin to polystyrene surface 10
• 2.5.2. The adhesive property of MRSA to polystyrene surface after the JM01 bacteriocin treatment 11
• 2.6. Statistical analysis 12
• Ⅲ. Results and Discussion 13
• 3.1. JM01 bacteriocin inhibits MRSA biofilm formation 13
• 3.2. JM01 bacteriocin inhibits the growth of MRSA planktonic cells 21
• 3.3. JM01 bacteriocin prevents the polystyrene surface from MRSA adhesion 26
• Ⅳ. Conclusion 31
• Ⅴ. References 32
• Ⅵ. Abstract 40