Cinnamaldehyde increases the susceptibility of quorum-sensing-mediated biofilms to conventional antibiotics

The role of bacterial communication, also known as quorum sensing is an important mechanism in biofilm formation which is fundamental to the development of anti-biofilm strategies. In this current study, the synergy between a quorum sensing inhibitor (cinnamaldehyde) and two antibiotics (ceftazidime and levofloxacin) was evaluated in an attempt to develop a strategy for biofilm disruption using the high-throughput minimum biofilm eliminating concentration (MBEC) assay. Klebsiella pneumoniae and Proteus mirabilis biofilms of initial broth suspensions of 108 colony forming units (CFU) per mL, cultivated on the pegs of the MBEC device were challenged with 5120 µg/ml of ceftazidime and levofloxacin in a double dilution assay in the presence of 500 µM cinnamaldehyde. The minimum inhibitory concentrations (MIC) in the presence of cinnamaldehyde for ceftazidime and levofloxacin were 0.125% (640 µg/mL) and 0.0625% (320 µg/mL) respectively with no significant bacterial growth on LB agar. The MBECs for ceftazidime and levofloxacin were above 5120 and 2560 µg/mL respectively which yielded over 70% reduction in both Klebsiella pneumoniae and Proteus mirabilis biofilms. The above results indicate the possibility that the synergy between antimicrobial agents may lead to biofilm eradication.

The in vitro assessment of the synergistic effects of antibiotics and wound dressings on biofilms from diabetic foot pathogens

The impact of biofilm in the effective control of wound microbiome is an ongoing dilemma which has seen the use of different treatment strategies. The effects of wound dressings and antibiotics on both planktonic bacteria and biofilms have been separately evaluated in previous studies. In this current study, the combined antimicrobial effects of some selected wound dressings (silver-impregnated: Acticoat and Silvercel; and honey-impregnated: Medihoney™ Apinate) and antibiotics (ceftazdime and levofloxacin) on Klebsiella pneumoniae and Proteus mirabilis in their quasi-biofilm state were assessed using zone of inhibition (ZOI) test. Before the addition of the wound dressings, bacterial suspension of 108 colony forming units per mL and different concentrations of ceftazidime and levofloxacin (256, 512, 1024 and 5120µg/mL) of a final volume of 1mL were inoculated on Mueller Hinton agar and allowed to dry. Wound dressings cut into circular shapes (2cm diameter) were aseptically placed on the agar plates and incubated at 35 – 37°C for 24 hours. ZOIs associated with Acticoat, Silvercel and Medihoney™ Apinate dressings were compared with that of Atrauman (non-medicated control) dressing. All three dressings showed significant (p < 0.05) biofilm-inhibiting activity against both bacteria at antibiotic concentrations of 1024 and 5120µg/mL with ZOI between 17.5 and 35mm.

In Vitro Assessment of the Synergy between Polymyxin B (PMB) and Polymyxin B Nonapeptide (PMBN) and Antibiotics on Biofilms from Diabetic Foot Infections

Background: The increasing resistance of Gram-negative bacteria isolated from nosocomial infections and chronic wounds, such as diabetic foot ulcers has renewed research interests in the use of polymyxins in the treatment of multidrug resistant infections. The added resistance conferred by biofilm development in such infections and the absence of novel antibiotics presuppose that polymyxins are the likely drugs of choice in spite of their nephrotoxicity. The effects of PMB and PMBN have been previously assessed on planktonic bacteria isolated from various infections. Methods: This current study assessed the synergy between a PMB/PMBN and two antibiotics (ceftazidime and levofloxacin) in an attempt to develop a strategy for biofilm disruption using the Minimum Biofilm Eradication Concentration Physiology and Genetic assay (MBEC™ P & G, Innovotech Inc, Edmonton, Alberta, Canada) according to manufacturer’s instructions. Klebsiella pneumoniae (K. pneumoniae) and Proteus mirabilis (P. mirabilis) biofilms of initial broth suspensions of 108 colony forming units per mL, cultivated on the pegs of the MBEC device were challenged with 5120 µg/mL of both ceftazidime and levofloxacin in a ten-fold dilution assay and in the presence of 100 and 500 µg/mL PMB and PMBN. Results: From table of results (Table 1), it can be deduced that both ceftazidime and levofloxacin are very effective in inhibiting biofilm development (as shown by percentage inhibition (PI)) when augmented with PMB and PMBN. This is about 100-fold increase in efficacy when compared to the antibiotics used on their own. The percentage reduction (PR) in biofilm was also increased considerably when PMB and PMBN concentrations were increased to 500 µg/mL. PMB was more effective than its less antibacterial derivative PMBN. Levofloxacin was also found to be more effective than ceftazidime when combined with both PMB and PMBN due to its enhanced cell-membrane permeability and as an anti-DNA replication uncoupling agent. Conclusion: The above results indicate that the synergy between antibiotics and cell membrane permeabilising agents may provide alternate strategies towards biofilm eradication

Study of novel energy metabolism pathways in anaerobic bacteria

Energy conservation in chemotrophic anaerobic bacteria is achieved by two possible processes, substrate level phosphorylation (SLP) and electron transfer phosphorylation (ETP). This second mechanism, also known as respiration, involves chemiosmotic coupling. However, a third mechanism for energy coupling was recently proposed: the flavin-based electron bifurcation (FBEB). (...)

Facies, depositional environment, and palaeoecology of the Middle Triassic Cassina Beds (Meride Limestone, Monte San Giorgio, Switzerland).

The Ladinian Cassina beds belong to the fossiliferous levels of the world-famous Middle Triassic Monte San Giorgio Lagerstatte (UNESCO World Heritage List, Canton Ticino, Southern Alps). Although they are a rich archive for the depositional environment of an important thanatocoenosis, previous excavations focused on vertebrates and particularly on marine reptiles. In 2006, the Museo Cantonale di Storia Naturale (Lugano) started a new research project focusing for the first time on microfacies, micropalaeontological, palaeoecological and taphonomic analyses. So far, the upper third of the sequence has been excavated on a surface of around 40 m(2), and these new data complete those derived from new vertebrate finds (mainly fishes belonging to Saurichthys, Archaeosemionotus, Eosemionotus and Peltopleurus), allowing a better characterization of the basin. Background sedimentation on an anoxic to episodically suboxic seafloor resulted in a finely laminated succession of black shales and limestones, bearing a quasi-anaerobic biofacies, which is characterized by a monotypic benthic foraminiferal meiofauna and has been documented for the first time from the whole Monte San Giorgio sequence. Event deposition, testified by turbidites and volcaniclastic layers, is related to sediment input from basin margins and to distant volcanic eruptions, respectively. Fossil nekton points to an environment with only limited connection to the open sea. Terrestrial macroflora remains document the presence of emerged areas covered with vegetation and probably located relatively far away. Proliferation of benthic microbial mats is inferred on the basis of microfabrics, ecological considerations and taphonomic (both biostratinomic and diagenetic) features of the new vertebrate finds, whose excellent preservation is ascribed to sealing by biofilms. The occurrence of allochthonous elements allows an insight into the shallow-waters of the adjoining time-equivalent Salvatore platform. Finally, the available biostratigraphic data are critically reviewed.

Anaerobic performance in ice hockey : the effect of skate blade radius of hollow

The purpose of the study was to investigate the effect of skate blade radius of hollow (ROH) on anaerobic performance, specifically during the acceleration and stopping phases of an on-ice skating test. Fifteen, male Junior B hockey players (mean age 19 y ± 1.46) were recruited to participate. On-icc testing required each participant to complete an on-ice anaerobic performance test [Reed Repeat Skate (RRS)) on three separate days. During each on-ice test, the participant's skate blades were sharpened to one of three, randomly assigned, ROH values (0.63 cm, 1.27 cm, 1.90 cm). Performance times were recorded during each RRS and used to calculate anaerobic variables [anaerobic power (W), anaerobic capacity (W), and fatigue index (s, %)). Each RRS was video recorded for the purpose of motion analysis. Video footage was imported into Peak Motus™ to measure kinematic variables of the acceleration and stopping phases. The specific variables calculated from the acceleration phase were: average velocity over 6 m (m/s), average stride length (m), and mean stride rate (strides/s). The specific variables calculated from the stopping phase were: velocity at initiation of stopping (rn/s), stopping distance (m), stopping time (s). A repeated measures ANOV A was used to assess differences in mean performance and kinematic variables across the three selected hollows. Further analysis was conducted to assess differences in trial by trial performance and kinematic variables for all hollows. The primary findings of the study suggested that skate blade ROH can have a significant effect on kinematic variables, namely stride length and stride rate during the acceleration phase and stopping distance and stopping time during the stopping phase of an on-ice anaerobic performance test. During the acceleration phase, no significant difdifferences were found in SR and SL across the three selected hollows. Mean SR on the 1.27 cm hollow was significantly slower than both the 0.63 cm and 1.90 cm hollows and SL was significantly longer when skating on the 1.27 cm hollow in comparison to the 1.90 cm hollow. During the stopping phase, stopping distance on the 0.63 cm hollow (4.12 m ± 0.14) was significantly shorter than both the 1.27 cm hollow (4.43 m ± 0.08) (p < 0.05) and the 1.90 cm ho])ow (4.35 m ± 0.12) (p < 0.05). Mean ST was also significantly shorter when stopping on the 0.63 cm hollow then both the 1.27 cm and 1.90 cm hollows. Trial by trial results clearly illustrated the affect of fatigue on kinematic variables; AV, SR, IV decreased from trial 1 to 6. There was no significant effect on anaerobic performance variables during the RRS. Altering the skate blade ROH has a significant and practical affect on accelerating and stopping performance will be discussed in this paper.

A biochemical predictor of performance during mesophilic anaerobic fermentation of starch wastewater

The aim of this study was to determine the potential of biochemical parameters, such as enzyme activity and adenosine triphosphate (ATP) levels, as monitors of process performance in the Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB) reactor utilizing a starch wastewater. The acid and alkaline phosphatase activity and the ATP content of the UASB sludge were measured in response to changes in flow rate and nutrient loading. Conventional parameters of process performance, such as gas production, acetic acid production, COD, phosphorus, nitrogen and suspended solids loadings and % COD removal were also monitored. The response of both biochemical and conventional parameters to changing process conditions was then compared. Alkaline phosphatase activity exhibited the highest activity over the entire study perioda A high suspended solids loading was observed to upset the system in terms of gas production, acetic acid production and % COD removala The initial rate of increase in alkaline phosphatase activity following an increase in loading was four times as great during process upset than under conditions of good performance. The change in enzyme actiVity was also more sensitive to process upset than changes in acetic acid production. The change in ATP content of the sludge with time suggested that enzyme actiVity was changing independently of the actual viable biomass present. The bacterial composition of the anaerobic sludge granules was similar to that of other sludge bed systems, at the light and scanning electron microscope level. Isolated serum bottle cultures produced several acids involved in anaerobic carbohydrate metabolism. The overall performance of the UASB system indicated that higher loadings of soluble nutrients could have been tolerated by the system.

Pruebas de susceptibilidad in vitro con antifúngicos en células planctónicas y en Biofilms de Candida parapsilosis

[Tesis] (Maestría en Ciencias con Especialidad en Microbiología Médica) U.A.N.L.

Efectividad antimicrobiana del gel antiséptico de superoxidación versus digluconato de clorhexidina al 0.12 % en la formación de biofilms en la superficie de mini implantes ortodóncicos : estudio in-vitro.

Tesis (Maestría en Ciencias Odontológicas con Especialidad en Ortodoncia) UANL, 2011.

La réponse au Farnésol de Candida albicans : production de biofilms et Parenté génétique

C. albicans est une levure pathogène opportuniste. Elle est un agent causal fréquent des infections muco-cutanées. C. albicans peut alterner entre la forme blastospore et mycélium. Cette dernière forme est impliquée dans la formation des biofilms. Le dimorphisme de C. albicans est contrôlé en partie par le phénomène de perception du quorum (quorum sensing) qui en autre, est associé à la molécule farnésol, produit par cette levure. La présence de cette molécule, inhibe la formation d’hyphe par C. albicans et par conséquent limite la formation de biofilms. Certaines souches ne répondent pas au farnésol et nous avons vérifié les hypothèses que : 1) la proportion des Non-Répondeurs (NR) au farnésol est similaire entre les souches de provenance orale et vaginale; 2) la capacité de formation de biofilm varie d’une souche à une autre mais les Non-Répondeurs en produisent en plus grande quantité; 3) la technique RAPD-PCR permettra de regrouper les souches de cette levure suivant leur provenance, leur capacité de formation de biofilm et leur aptitude à répondre au farnésol. La découverte d’une souche vaginale Non-Répondeur nous permet de croire que la proportion de ces souches est similaire entre les deux types de provenance. Les souches caractérisées Non-Répondeurs produisent 30 % plus de biofilm que les Répondeurs en absence de farnésol exogène dans le milieu. En présence de farnésol exogène, les Non-Répondeurs produisent 70 % plus de biomasse que les Répondeurs. De plus, la technique RAPD ne nous a pas permis de classer nos souches d’après les caractéristiques proposées. En conclusion, les souches orales de C. albicans semblent produire en moyenne plus de biomasse que les souches vaginales. Aussi, les NR semblent moins affectés par la présence du farnésol, ce qui pourrait causer la présence de biofilms tenaces. Les amorces utilisées pour la technique RAPD n’ont pas été efficace à la classification des souches dépendamment de leur provenance, de leur capacité à former un biofilm et à répondre au farnésol. Mots clés : Candida albicans, biofilm, perception du quorum (quorum sensing), farnésol, Non-Répondeur

Implication des biofilms dans la rhinosinusite chronique et l’évaluation des traitements avec un modèle in vitro

Introduction : La chronicité de la rhinosinusite, sa résistance aux antibiotiques, et ses exacerbations aiguës laissent croire que les biofilms sont impliqués dans la rhinosinusite chronique. Objectifs : Nous avons évalué la capacité des bactéries Pseudomonas aeruginosa, staphylocoques à coagulase négative et Staphylococcus aureus à former des biofilms par un essai in vitro, et si cette capacité de formation a un lien avec l’évolution de la maladie. Nous avons évalué in vitro l’effet de la moxifloxacine, un antibiotique utilisé dans le traitement de la rhinosinusite chronique sur des biofilms matures de Staphylococcus aureus. Méthodes : Trent et une souches bactériennes ont été isolées de 19 patients atteints de rhinosinusite chronique et qui ont subit au moins une chirurgie endoscopique des sinus. L’évolution de la maladie a été notée comme "bonne" ou "mauvaise" selon l’évaluation du clinicien. La production de biofilm a été évaluée grâce à la coloration au crystal violet. Nous avons évalué la viabilité du biofilm après traitement avec la moxifloxacine. Ces résultats ont été confirmés en microscopie confocale à balayage laser et par la coloration au LIVE/DEAD BacLight. Résultat et Conclusion : Vingt deux des 31 souches ont produit un biofilm. La production d’un biofilm plus importante chez Pseudomonas aeruginosa et Staphylococcus aureus était associée à une mauvaise évolution. Ceci suggère un rôle du biofilm dans la pathogenèse de la rhinosinusite chronique. Le traitement avec la moxifloxacine, à une concentration de 1000X la concentration minimale inhibitrice réduit le nombre des bactéries viables de 2 à 2.5 log. Ces concentrations (100 µg/ml - 200 µg/ml) sont faciles à atteindre dans des solutions topiques. Les résultats de notre étude suggèrent que l’utilisation de concentrations supérieure à la concentration minimale inhibitrice sous forme topique peut ouvrir des voies de recherche sur de nouveaux traitements qui peuvent être bénéfiques pour les patients atteints de forme sévère de rhinosinusite chronique surtout après une chirurgie endoscopique des sinus.

Anaerobic Digestibility of Microalgae : Fate and Limitations of Long Chain Fatty Acids in the Biodegradation of Lipids

La digestion anaérobie est un processus biologique dans lequel un consortium microbien complexe fonctionnant en absence d’oxygène transforme la matière organique en biogaz, principalement en méthane et en dioxyde de carbone. Parmi les substrats organiques, les lipides sont les plus productifs de méthane par rapport aux glucides et aux protéines; mais leur dégradation est très difficile, en raison de leur hydrolyse qui peut être l’étape limitante. Les algues peuvent être une source importante pour la production de méthane à cause de leur contenu en lipides potentiellement élevé. L’objectif de cette étude était, par conséquent, d’évaluer la production en méthane des microalgues en utilisant la technique du BMP (Biochemical méthane Potential) et d’identifier les limites de biodégradion des lipides dans la digestion anaérobie. Le plan expérimental a été divisé en plusieurs étapes: 1) Comparer le potentiel énergétique en méthane des macroalgues par rapport aux microalgues. 2) Faire le criblage de différentes espèces de microalgues d’eau douce et marines afin de comparer leur potentiel en méthane. 3) Déterminer l'impact des prétraitements sur la production de méthane de quelques microalgues ciblées. 4) Identifier les limites de biodégradation des lipides algaux dans la digestion anaérobie, en étudiant les étapes limitantes de la cinétique des lipides et de chacun des acides gras à longues chaines. Les résultats ont montré que les microalgues produisent plus de méthane que les macroalgues. Les BMP des microalgues d'eau douce et marines n'ont montré aucune différence en termes de rendement en méthane. Les résultats des prétraitements ont montré que le prétraitement thermique (microonde) semblait être plus efficace que le prétraitement chimique (alcalin). Les tests de contrôle du BMP faits sur l'huile de palme, l’huile de macadamia et l'huile de poisson ont montré que l'hydrolyse des huiles en glycérol et en acides gras à longues chaines n'était pas l'étape limitante dans la production de méthane. L'ajout de gras dans les échantillons de Phaeodactylum dégraissée a augmenté le rendement de méthane et cette augmentation a été corrélée à la quantité de matières grasses ajoutées.

Quantifying diffusion in biofilms : from model hydrogels to living biofilms

Les biofilms sont des communautés de microorganismes incorporés dans une matrice exo-polymérique complexe. Ils sont reconnus pour jouer un rôle important comme barrière de diffusion dans les systèmes environnementaux et la santé humaine, donnant lieu à une résistance accrue aux antibiotiques et aux désinfectants. Comme le transfert de masse dans un biofilm est principalement dû à la diffusion moléculaire, il est primordial de comprendre les principaux paramètres influençant les flux de diffusion. Dans ce travail, nous avons étudié un biofilm de Pseudomonas fluorescens et deux hydrogels modèles (agarose et alginate) pour lesquels l’autodiffusion (mouvement Brownien) et les coefficients de diffusion mutuels ont été quantifiés. La spectroscopie par corrélation de fluorescence a été utilisée pour mesurer les coefficients d'autodiffusion dans une volume confocal de ca. 1 m3 dans les gels ou les biofilms, tandis que les mesures de diffusion mutuelle ont été faites par cellule de diffusion. En outre, la voltamétrie sur microélectrode a été utilisée pour évaluer le potentiel de Donnan des gels afin de déterminer son impact sur la diffusion. Pour l'hydrogel d'agarose, les observations combinées d'une diminution du coefficient d’autodiffusion et de l’augmentation de la diffusion mutuelle pour une force ionique décroissante ont été attribuées au potentiel de Donnan du gel. Des mesures de l'effet Donnan (différence de -30 mV entre des forces ioniques de 10-4 et 10-1 M) et l'accumulation correspondante d’ions dans l'hydrogel (augmentation d’un facteur de 13 par rapport à la solution) ont indiqué que les interactions électrostatiques peuvent fortement influencer le flux de diffusion de cations, même dans un hydrogel faiblement chargé tel que l'agarose. Curieusement, pour un gel plus chargé comme l'alginate de calcium, la variation de la force ionique et du pH n'a donné lieu qu'à de légères variations de la diffusion de sondes chargées dans l'hydrogel. Ces résultats suggèrent qu’en influençant la diffusion du soluté, l'effet direct des cations sur la structure du gel (compression et/ou gonflement induits) était beaucoup plus efficace que l'effet Donnan. De même, pour un biofilm bactérien, les coefficients d'autodiffusion étaient pratiquement constants sur toute une gamme de force ionique (10-4-10-1 M), aussi bien pour des petits solutés chargés négativement ou positivement (le rapport du coefficient d’autodiffusion dans biofilm sur celui dans la solution, Db/Dw ≈ 85 %) que pour des nanoparticules (Db/Dw≈ 50 %), suggérant que l'effet d'obstruction des biofilms l’emporte sur l'effet de charge. Les résultats de cette étude ont montré que parmi les divers facteurs majeurs qui affectent la diffusion dans un biofilm environnemental oligotrophe (exclusion stérique, interactions électrostatiques et hydrophobes), les effets d'obstruction semblent être les plus importants lorsque l'on tente de comprendre la diffusion du soluté. Alors que les effets de charge ne semblaient pas être importants pour l'autodiffusion de substrats chargés dans l'hydrogel d'alginate ou dans le biofilm bactérien, ils ont joué un rôle clé dans la compréhension de la diffusion à travers l’agarose. L’ensemble de ces résultats devraient être très utiles pour l'évaluation de la biodisponibilité des contaminants traces et des nanoparticules dans l'environnement.

Étude de l’effet d'agents potentiellement perturbateurs de la structure des biofilms sur la diffusion des macromolécules dans les biofilms de Streptococcus mutans : cas de l’EDTA et de l’aspirine

Le but de ce travail de mémoire était d'explorer des moyens pour augmenter la perméabilité des biofilms de Streptococcus mutans aux macromolécules en utilisant des agents potentiellement perturbateurs de la structure des biofilms. L’acide éthylènediamine tétraacétique (EDTA) ainsi que l’acide acétylsalicylique (aspirine) sont les agents perturbateurs choisis. Le changement de perméabilité des biofilms de S. mutans a été déterminé en mesurant les coefficients de diffusion globale du polyéthylène glycol (PEG) et de diffusion locale de dextrans. Les coefficients de diffusion globale ont été mesurés par spectroscopie infrarouge avec un échantillonnage par réflexion totale atténuée (ATR) alors que la spectroscopie par corrélation de fluorescence (SCF) a été utilisée pour la mesure des coefficients de diffusion locale. Les résultats ont démontré que l’incorporation de l’EDTA à une concentration de 7.5 (m/v) % dans la solution de diffusion permet d’améliorer les propriétés de transport du PEG dans les biofilms en augmentant sa pénétrabilité et son coefficient de diffusion globale. Par contre, aucune variation n’a été constatée dans la valeur du coefficient de diffusion locale de dextran fluorescent. Cette différence peut être expliquée, entre autres, par l'échelle des mesures et la nature différente des molécules diffusantes. L’aspirine n’a démontré aucun effet sur le transport du PEG à travers les biofilms de S. mutans. La pénétration accrue du PEG en présence de l’EDTA a été corrélée aux tests de viabilité des cellules bactériennes. En effet, la combinaison de la pénicilline G (PenG) avec l’EDTA 2 (m/v) % a eu comme effet l’augmentation du pouvoir biocide d’un facteur 3. De plus, les images de microscopie à épifluorescence et de microscopie confocale à balayage de laser ont démontré que les bactéries dans le cœur des microcolonies sont plus affectées par la PenG lorsque le milieu contient de l'EDTA. A la lumière des résultats obtenus, il s’avère que l’incorporation d'agents perturbateurs de la structure des biofilms est une option sérieuse à considérer dans l’éradication des biofilms microbiens. Plus d’études devront être effectuées afin d’investiguer l’effet d’autres molécules possédant les propriétés perturbatrices de la structure des biofilms sur la résistance de ces derniers aux agents antimicrobiens.

Persistence of porcine reproductive and respiratory syndrome virus and porcine circovirus type 2 in bacterial biofilms.

The aim of this pilot project was to investigate association of viruses with bacterial biofilms. Our preliminary data indicate that important viral pathogens of swine, namely, porcine reproductive and respiratory syndrome virus and porcine circovirus type 2, can associate with and persist within bacterial biofilms for several days.