Boron Compounds with Antibiofilm and Synergistic Effects on Escherichia coli Infection

Boron Compounds with Antibiofilm and Synergistic Effects on Escherichia coli Infection [Kafkas J Med Sci]

Kafkas J Med Sci. 2023; 13(3): 271-278 | DOI: 10.5505/kjms.2023.22605

Boron Compounds with Antibiofilm and Synergistic Effects on Escherichia coli Infection

Ozgur Celebi¹, Sumeyye Baser¹, Cigdem Eda Balkan Bozlak², Ali Taghizadehghalehjoughi³, Aydin Mahmoudnezhad¹, Demet Celebi⁴
¹Ataturk University, Faculty of Medicine, Department of Medical Microbiology, Erzurum, Türkiye
²Kafkas University, Faculty of Medicine, Department of Medical Microbiology, Kars Türkiye
³Seyh Edebali University, Faculty of Medicine, Department of Medical Pharmacology, Bilecik, Türkiye
⁴Ataturk University, Faculty of Veterinary Medicine, Department of Microbiology; Ataturk University, Ataturk University Vaccine Application and Development Center, Erzurum, Türkiye

Aim: Escherichia coli, a bacterium that forms a biofilm, is mainly responsible for intestinal and extraintestinal infections, such as urinary tract infections, peritonitis, meningitis, and septicemia. Different antibiotics (Aminoglycoside, Fluoroquinolones, etc.) treatments are routinely used to overcome E.coli infections. The presence of biofilm increases E.coli resistance against antibiotics. The study aims to evaluate the boron component’s effect on the biofilm formation of E.coli in vitro via a liver (HepG-2) infection model.
Material and Method: The antibacterial activity of boron compounds on Escherichia coli was evaluated with Minimum inhibitory concentration. Antibacterial activity with the combination of boron compounds was assessed by fractional inhibitor concentration. The non-cytotoxic dose of boron compounds was determined in the infection model created with Escherichia coli in the cell line. Then, the effect on cell viability and pathological examinations were examined histopathologically.
Results: Synergistic effects (≤0.5) were watched at 32 μg/mL Etidote + 32 μg/mL Sodium perborate metahydrate, at Etidote 32 μg/mL + 32 μg/mL Zinc borate, and at Zinc borate 32 μg/mL + 32 μg/mL Sodium perborate metahydrate. It was determined that 128 μg/ml Etidote + 512 μg/ml Sodium perborate metahydrate, Etidote 512 μg/mL + Zinc borate 1024 μg/mL, and Zinc borate 512 μg/mL + Sodium perborate metahydrate 128 μg/mL had antibiofilm activity. In the cell line, it was determined that although Zinc borate + Etidote reduced the infection, it did not completely reduce it in its combination. Histopathological analyses also paralleled these results.
Conclusion: Boron components can be used against biofilmformed E.coli.

Keywords: biofilm, boron compounds, Escherichia coli, HepG-2; minimum inhibitory concentration; fractional inhibitory concentration

Escherichia coli Enfeksiyonu Üzerine Antibiyofilm ve Sinerjistik Etkili Bor Bileşikleri

Ozgur Celebi¹, Sumeyye Baser¹, Cigdem Eda Balkan Bozlak², Ali Taghizadehghalehjoughi³, Aydin Mahmoudnezhad¹, Demet Celebi⁴
¹Atatürk Üniversitesi, Tıp Fakültesi, Tıbbi Mikrobiyoloji Anabilim Dalı, Erzurum, Türkiye
²Kafkas Üniversitesi,Tıp Fakültesi, Tıbbi Mikrobiyoloji Anabilim Dalı, Kars, Türkiye
³Şeyh Edebali Üniversitesi, Tıp Fakültesi,Tıbbi Farmakoloji Anabilim Dalı, Bilecik, Türkiye
⁴Atatürk Üniversitesi, Veteriner Fakültesi, Mikrobiyoloji Anabilim Dalı; Atatürk Üniversitesi, Aşı Uygulama ve Araştırma Merkezi, Erzurum, Türkiye

Amaç: Biyofilm oluşturan bir bakteri olan Escherichia coli, esas olarak idrar yolu, peritonit, menenjit ve septisemi gibi bağırsak ve bağırsak dışı enfeksiyonlardan sorumludur. Escherichia coli enfeksiyonlarının üstesinden gelmek için farklı antibiyotikler (Aminoglikozid, Florokinolonlar vb.) tedavileri rutin olarak kullanılmaktadır. Biyofilm varlığı Escherichia coli ‘nin antibiyotiklere karşı direncini artırır. Bu çalışmanın amacı, in vitro karaciğer (HepG-2) enfeksiyon modelinde bor bileşeninin Escherichia coli biyofilm oluşumu üzerindeki etkisini değerlendirmeye çalışmaktır.
Materyal ve Metot: Escherichia coli üzerine bor bileşiklerinin antibakteriyel etkinliği Minimum inhibitör konsantrasyonu ile değerlendirildi. Bor bileşiklerinin kominasyonu ile gösterdiği antibakteriyel etkinlik Franksiyonel inhibitör konsantrasyonu ile değerlendirildi. Hücre hattında Escherichia coli ile oluşturulan enfeksiyon modelinde bor bileşiklerinin sitotoksik olmayan dozu belirlendi. Ardından hücre canlılığına etkisi ve patolojik incelemeler histopatolojik olarak incelenmiştir.
Bulgular: Sinerjistik etkiler (≤0,5), 32 μg/mL Etidote + 32 μg/mL Sodyum perborat metahidratta, Etidote 32 μg/mL + 32 μg/mL Çinko boratta ve Çinko borat 32 μg/mL + Sodyum perborat metahidrat 32 μg/mL’de izlenmiştir. 128 μg/ml Etidote + 512 μg/ml Sodyum perborat metahidrat, Etidote 512 μg/mL + Çinko borat 1024 μg/mL ve Çinko borat 512 μg/mL + Sodyum perborat metahidrat 128 μg/mL’nin antibiyofilm aktivitesine sahip olduğu belirlendi. Hücre hattında Çinko borat + Etidote’un enfeksiyonu azaltmasına rağmen kombinasyonunun tamamen azaltmadığı belirlendi. Histopatolojik analizler de bu sonuçlarla paralellik gösterdi.
Sonuç: Bor bileşenleri biyofilm oluşturan Escherichia coli’ye karşı kullanılma potansiyeline sahiptir.

Anahtar Kelimeler: biyofilm, bor bileşikleri, Escherichia coli, fraksiyonel inhibitör konsantrasyon; HepG-2; minimum inhibitör konsantrasyon

Ozgur Celebi, Sumeyye Baser, Cigdem Eda Balkan Bozlak, Ali Taghizadehghalehjoughi, Aydin Mahmoudnezhad, Demet Celebi. Boron Compounds with Antibiofilm and Synergistic Effects on Escherichia coli Infection. Kafkas J Med Sci. 2023; 13(3): 271-278

Corresponding Author: Demet Celebi, Türkiye

TOOLS