Verso strategie green per il controllo di cellule planctoniche e biofilm di ceppi di Staphylococcus aureus e Pseudomonas aeruginosa di isolamento clinico

Multidrug-resistant microorganisms pose a threat to public health. They can cause serious infections and compromise the effectiveness of antibiotics in combating bacterial infections. The excessive use and abuse of these drugs to treat diseases has created selective pressure that stimulates the evolution of new resistance mechanisms and the mobilization of existing ones across bacterial populations in the environment, animals, and humans. The World Health Organization (WHO) developed a list of priority bacterial pathogens (BPPL) in 2017 and updated in 2024. This list includes 15 families of antibiotic-resistant bacteria, including Staphylococcus aureus and Pseudomonas aeruginosa, with the aim of guiding research and development of new antibacterials. S. aureus is a major human pathogen that causes a wide variety of infections, including bacteremia, infectious endocarditis, osteoarticular, skin and soft tissue, pleuropulmonary, and medical device-related infections. In contrast, P. aeruginosa is a ubiquitous opportunistic pathogen that primarily causes respiratory tract infections, urinary tract infections, ventilator-associated pneumonia, osteomyelitis, and infections in immunocompromised and cystic fibrosis patients. Many of these infections are caused by multidrug-resistant strains that fail to respond to conventional therapies, which in the most extreme cases can be fatal. Therefore, there is a growing need to develop alternative strategies that can replace or complement existing ones. This study evaluates the antibacterial activity of cinnamon, clove, and tea tree essential oils, as well as antiseptics and disinfectants such as peracetic acid and benzalkonium chloride, against three strains of Staphylococcus aureus and Pseudomonas aeruginosa on planktonic cells and biofilms. The bacteria are treated with different concentrations of essential oils, antiseptics, and disinfectants, used individually and in combination, to determine their MIC and FIC indexes. The growth kinetics of the microorganisms in contact with these substances are analyzed, and their activity on membrane permeability modification and biofilm formation is tested using the Crystal Violet Assay. Furthermore, the ability of these substances to block efflux pumps is evaluated using the Ethidium Bromide Accumulation Test. Finally, PCR followed by agarose gel electrophoresis was used to search for the presence of genes that determine antibiotic resistance in S. aureus and of lasI and lasR genes involved in the quorum sensing system that regulates biofilm formation in P. aeruginosa.

I microrganismi multiresistenti rappresentano una minaccia per la salute pubblica. Questi possono provocare infezioni gravi e compromettere l’efficacia degli antibiotici nella lotta contro le infezioni batteriche. L’uso eccessivo e l’abuso di questi farmaci per il trattamento delle malattie ha creato una pressione selettiva che stimola l’evoluzione di nuovi meccanismi di resistenza e la mobilitazione di quelli già esistenti attraverso popolazioni batteriche nell’ambiente, negli animali e negli esseri umani. L’Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS) ha stilato nel 2017 e aggiornato nel 2024 un elenco degli agenti patogeni prioritari batterici (BPPL), che comprende 15 famiglie di batteri resistenti agli antibiotici, di cui fanno parte Staphylococcus aureus e Pseudomonas aeruginosa, con l'obiettivo di guidare la ricerca e lo sviluppo di nuovi antibatterici. S. aureus è un importante agente patogeno umano che causa una vasta varietà di infezioni tra cui batteriemia, endocardite infettiva, infezioni osteoarticolari, cutanee e dei tessuti molli, pleuropolmonari e correlate ai dispositivi medici. Diversamente, P. aeruginosa è un agente patogeno opportunista ubiquitario che causa principalmente infezioni del tratto respiratorio, del tratto urinario, polmonite associata al ventilatore, osteomielite, infezioni nei pazienti immunocompromessi e affetti da fibrosi cistica. Molte di queste infezioni sono causate da ceppi multi-farmacoresistenti che non rispondono alle terapie convenzionali, che nei casi più estremi possono avere esiti fatali. Pertanto, si evidenzia una crescente necessità di sviluppare strategie alternative capaci di sostituire o integrare quelle già esistenti. In questo studio viene valutata l’attività antibatterica, su cellule planctoniche e biofilm, degli oli essenziali di Cannella, Chiodi di garofano e Tea tree, nonché di antisettici e disinfettanti come l’Acido peracetico e il Benzalconio cloruro nei confronti di tre ceppi di Staphylococcus aureus e Pseudomonas aeruginosa. I batteri vengono trattati con diverse concentrazioni di oli essenziali, antisettici e disinfettanti, impiegati singolarmente e in combinazione, per definire i loro MIC e FIC index. Vengono analizzate le cinetiche di crescita dei microrganismi a contatto con queste sostanze e tramite il Cristal Violet Assay vengono testate le loro attività sulla modifica della permeabilità di membrana e sulla formazione del biofilm. Inoltre, mediante l’Ethidium Bromide Accumulation Test si analizza la capacità di queste sostanze di bloccare le pompe di efflusso. In ultima analisi, tramite PCR con successiva elettroforesi su gel di agarosio è stata ricercata la presenza di geni che determinano l’antibiotico-resistenza in S. aureus e di geni lasI e lasR coinvolti nel sistema del quorum sensing che regola la formazione del biofilm in P. aeruginosa.