Antibiofilm activities of lupinifolin in combination with antibacterial agents against methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA)

Abstract

Methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) is a pathogenic gram-positive bacterium that is apparently resistant to multiple antibacterial drugs. Biofilm formation capability is one of the crucial virulence factors that lead to antibacterial resistance in MRSA. Antibiofilm formation is thus an interesting strategy to combat biofilm-associated bacterial infections. Lupinifolin, a prenylated flavanone isolated from Derris reticulata Craib. stem, has been shown to possess antibacterial and antibiofilm formation activities in various gram-positive bacteria, including MRSA. However, the effects of lupinifolin in combination with antimicrobial drugs on MRSA biofilm formation at different times have not been clearly established. This study aimed to investigate the effects of lupinifolin in combination with antibacterial drugs acting as protein synthesis inhibitors and cell wall synthesis inhibitors on MRSA biofilm formation. Antibiofilm formation activity was determined by crystal violet biofilm formation assay. Lupinifolin caused significant inhibition against MRSA biofilm formation at every incubation period (10, 18, 24, and 36 hours). The highest antibiofilm formation potency of lupinifolin was found at 10-hour incubation with the IC50 of 6.73 ± 3.47 µg/mL (n=12). The combination of lupinifolin at a concentration of 8 µg/mL (1/2MIC) with protein synthesis inhibitors, tetracycline, streptomycin, and clindamycin, at their sub-MICs significantly inhibited biofilm formation. Lupinifolin (8 µg/mL, 1/2MIC) in combination with tetracycline (16 µg/mL, 1/2MIC) contributed the highest antibiofilm activity, with the % inhibition of biofilm formation of 102.97 ± 1.78% (p

เชื้อ methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) เป็นเชื้อแบคทีเรียแกรมบวกก่อโรคที่ดื้อยาต้านแบคทีเรียหลายชนิด ความสามารถในการสร้างไบโอฟิล์มของเชื้อแบคทีเรีย MRSA เป็นปัจจัยก่อโรคที่สำคัญหนึ่งที่ทำให้เชื้อ MRSA ไม่ตอบสนองต่อยาที่ใช้ในการรักษา การยับยั้งการสร้างไบโอฟิล์มเป็นกลยุทธ์หนึ่งที่มีความน่าสนใจของการจัดการโรคติดเชื้อแบคทีเรียที่สร้างไบโอฟิล์ม สาร lupinifolin เป็นสารพฤกษเคมีกลุ่ม prenylated flavanones ที่สกัดได้จากลำต้นของชะเอมเหนือ (Derris reticulata Craib.) ที่มีรายงานว่ามีฤทธิ์ยับยั้งการเจริญเติบโตและการสร้างไบโอฟิล์มของเชื้อแกรมบวกหลายชนิดรวมทั้งเชื้อ MRSA อย่างไรก็ตามฤทธิ์ร่วมกันของสาร lupinifolin และยาต้านแบคทีเรียต่อการสร้างไบโอฟิล์มของเชื้อ MRSA ในแต่ละช่วงเวลาของการสร้างไบโอฟิล์มยังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัด การศึกษานี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาฤทธิ์ร่วมกันของสาร lupinifolin และยาต้านแบคทีเรียกลุ่มที่ออกฤทธิ์ยับยั้งการสังเคราะห์ผนังเซลล์ และยาต้านแบคทีเรียกลุ่มที่ออกฤทธิ์ยับยั้งการสังเคราะห์โปรตีน ต่อการสร้างไบโอฟิล์มของเชื้อ MRSA โดยทดสอบฤทธิ์ยับยั้งการสร้างไบโอฟิล์มด้วยวิธี crystal violet biofilm formation assay ผลการศึกษาพบว่าสาร lupinifolin มีฤทธิ์ยับยั้งการสร้างไบโอฟิล์มได้ในทุกช่วงเวลาของการทดสอบ (10, 18, 24 และ 36 ชั่วโมง) และมีความแรงสูงสุดที่เวลา 10 ชั่วโมง โดยมีค่า IC50 เท่ากับ 6.73 ± 3.47 µg/mL (n=12) การให้สาร lupinifolin ที่ความเข้มข้น 8 µg/mL (1/2MIC) ร่วมกับยาต้านแบคทีเรียกลุ่มที่ออกฤทธิ์ยับยั้งการสังเคราะห์โปรตีน ได้แก่ tetracycline, streptomycin และ clindamycin ที่ความเข้มข้นต่ำกว่า MIC พบว่ามีฤทธิ์ยับยั้งการสร้างไบโอฟิล์มได้อย่างมีนัยสำคัญทางสถิติในทุกช่วงเวลาของการทดสอบ ฤทธิ์ที่ดีที่สุดพบเมื่อให้สาร lupinifolin ที่ความเข้มข้น 8 µg/mL (1/2MIC) ร่วมกับยา tetracycline ที่ความเข้มข้น 16 µg/mL (1/2MIC) โดยมีค่าร้อยละการยับยั้งไบโอฟิล์มเท่ากับ 102.97 ± 1.78% (p