Characterization of biofilm formation among Burkholderia pseudomallei mutants : BPSI, PPK, RPON2, and RPOS

Abstract

Burkholderia pseudomallei is the cause of melioidosis, a fatal tropical infectious disease, which was reported to have a high rate of recurrence even when an intensive dose of antibiotics was used. The biofilm formation is believed to be one of the possible relapse causes because of the ability to increase drug resistance. Extracellular polymeric substance (EPS) in biofilm has been reported to be related to limitation of antibiotic penetration in B. pseudomallei. However, the mechanisms through which that biofilm creates a restricting diffusion to antibiotics remains unclear. In this study, the researcher presented a correlation between exopolysaccharide production in biofilm matrix and antibiotic resistance in B. pseudomallei by using bpsI, ppk, rpoN2 and rpoS mutant strains. CLSM revealed a reduction of the exopolysccharide production and disability of the micro-colony formation in B. pseudomallei mutants, which paralleled the antibiotic resistance. Different ratios of carbohydrate contents in exopolysaccharide of the mutants was detected, although they had the same components; glucose, galactose, mannose, and rhamnose with no detectable peak found in bpsI mutant. These results indicated that the correlation between these phenomenal in B. pseudomallei biofilm at least resulted from exopolysaccharide which may have been under the regulation of bpsI, ppk, rpoN2 or rpoS genes.

B. pseudomallei เป็นแบคทีเรียอันเป็นสาเหตุของโรค melioidosis โรคติดเชื้อร้ายแรง ในเขตร้อนซึ่งได้รับรายงานว่ามีอัตราการเกิดซ้ำสูง ถึงแม้ว่าผ่านการรักษาด้วยยาปฏิชีวนะปริมาณ เข้มข้นสูงมาแล้วก็ตาม การสร้างไบโอฟิล์มถูกเชื่อว่าเป็นหนึ่งในสาเหตุที่เป็นไปได้ของการกำเริบ ของโรค เนื่องจากไบโอฟิล์มทำให้ความสามารถในการต้านทานยาของเชื้อเพิ่มมากขึ้น จากรายงาน การศึกษาเกี่ยวกับสารพอลิเมอร์ที่อยู่ภายนอกเซลล์ (EPS) ในไบโอฟิล์ม พบว่ามีส่วนเกี่ยวข้องกับ การจำกัดการซึมผ่านของยาปฏิชีวนะใน B. pseudomallei อย่างไรก็ตามกลไกที่ไบโอฟิล์มช่วยจำกัด การแพร่กระจายของยาปฏิชีวนะเข้าสู่เซลล์ยังคงไม่ชัดเจน ในการศึกษานี้ เราได้นำเสนอความสัมพันธ์ระหว่างการผลิต Exopolysaccharide ในไบโอฟิล์มและความต้านทานต่อยาปฏิชีวนะใน B. pseudomallei 4 สายพันธุ์ ซึ่งถูกกลายพันธุ์ที่ยีน bpsI, ppk, rpoN2 และ rpoS ภาพของการ สร้างไบโอฟิล์มโดยกล้องจุลทรรศน์คอนโฟคอลแสดงถึงการลดลงของการผลิต Exopolysccharide และความไม่สมบูรณ์ของการก่อตัวของกลุ่มเซลล์ในสายพันธุ์ที่ถูกกลายพันธุ์และยังพบว่าความ ต้านทานยาปฏิชีวนะก็ลดลงในทำนองเดียวกัน นอกจากนี้อัตราส่วนของชนิดคาร์โบไฮเดรตใน Exopolysaccharide ของแต่ละสายพันธุ์ก็ไม่เหมือนกัน ถึงแม้ว่าทุกสายพันธุ์จะมีส่วนประกอบที่ เหมือนกันได้แก่ กลูโคส, กาแลคโตส, แมนโนสและแรมโนส แต่ในสายพันธุ์ bpsI กลับไม่พบแรมโนส จากผลการทดลองชี้ให้เห็นว่าความสัมพันธ์ระหว่างปรากฏการณ์เหล่านี้ในไบโอฟิล์ม ส่วนหนึ่งเกิดจาก Exopolysaccharide ซึ่งน่าจะอยู่ภายใต้การควบคุมของยีนที่ถูกกลายพันธุ์