Degradation of the Biofilms of Gram-Positive and Gram-Negative Bacteria by the PAPC Serine protease from Aspergillus ochraceus

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Infections associated with biofilm formation by gram-positive and gram-negative microorganisms cause difficulty in therapy and are prone to transition into chronic forms. Approaches to degradation of the biofilm matrix are therefore in demand. In the present work, recombinant recombinant PAPC serine protease from Aspergillus ochraceus caused the degradation of mature biofilms formed by a number of gram-positive and gram-negative bacteria by 15‒20% at 50 µg/mL. At 100 µg/mL, the biomass of S. aureus and P. aeruginosa biofilms decreased by 50%. Thus, the PAPC may be a promising agent for biofilm removal and enhance the efficiency of antimicrobial therapy.

Full Text

Restricted Access

About the authors

D. R. Baidamshina

Kazan (Volga Region) Federal University

Author for correspondence.
Email: dianabaidamshina@yandex.ru
Russian Federation, Kazan, 420008

A. Rafia Nasr

Kazan (Volga Region) Federal University

Email: dianabaidamshina@yandex.ru
Russian Federation, Kazan, 420008

S. K. Komarevtsev

Shemyakin and Ovchinnikov Institute of Bioorganic Chemistry, Russian Academy of Sciences

Email: dianabaidamshina@yandex.ru
Russian Federation, Moscow, 117997

A. A. Osmolovskii

Moscow State Uniuversity

Email: dianabaidamshina@yandex.ru

Biological Faculty

Russian Federation, Moscow, 1179974; Moscow, 119234

K. A. Miroshnikov

Shemyakin and Ovchinnikov Institute of Bioorganic Chemistry, Russian Academy of Sciences; Moscow State Uniuversity

Email: dianabaidamshina@yandex.ru

Biological Faculty

Russian Federation, Moscow, 119234

A. R. Kayumov

Kazan (Volga Region) Federal University

Email: dianabaidamshina@yandex.ru
Russian Federation, Kazan, 420008

E. Yu. Trizna

Kazan (Volga Region) Federal University

Email: dianabaidamshina@yandex.ru
Russian Federation, Kazan, 420008

References

  1. Algburi A., Comito N., Kashtanov D., Dicks L.M., Chikindas M.L. Control of biofilm formation: antibiotics and beyond // Appl. Environ. Microbiol. 2017. V. 83. Art. e02508-16.
  2. Baidamshina D.R., Trizna E.Y., Holyavka M.G., Bogachev M.I., Artyukhov V.G., Akhatova F.S., Rozhina E.V., Fakhrullin R.F., Kayumov A.R. Targeting microbial biofilms using Ficin, a nonspecific plant protease // Sci. Rep. 2017. V. 7. Art. 46068.
  3. Greer H.M., Overton K., Ferguson M.A., Spain E.M., Darling L.E., Núñez M.E., Volle C.B. Extracellular polymeric substance protects some cells in an Escherichia coli biofilm from the biomechanical consequences of treatment with magainin 2 // Microorganisms. 2021. V. 9. Art. 976.
  4. Kaplan J.B. Biofilm dispersal: mechanisms, clinical implications, and potential therapeutic uses // J. Dental Res. 2010. V. 89. P. 205‒218.
  5. Kaplan J.B., Mlynek K.D., Hettiarachchi H., Alamneh Y.A., Biggemann L., Zurawski D.V., Black C.C., Bane C.E., Kim R.K., Granick M.S. Extracellular polymeric substance (EPS)-degrading enzymes reduce staphylococcal surface attachment and biocide resistance on pig skin in vivo // PLoS One. 2018. V. 13. Art. e0205526.
  6. Khan J., Tarar S.M., Gul I., Nawaz U., Arshad M. Challenges of antibiotic resistance biofilms and potential combating strategies: a review // 3 Biotech. 2021. V. 11. Art. 169.
  7. https://doi.org/10.1007/s13205-021-02707-w
  8. Khoramian B., Emaneini M., Bolourchi M., Niasari-Naslaji A., Gorganzadeh A., Abani S., Hovareshti P. Therapeutic effects of a combined antibiotic-enzyme treatment on subclinical mastitis in lactating dairy cows // Vet. Med. (Praha). 2016. V. 61. P. 237–242.
  9. Komarevtsev S.K., Evseev P.V., Shneider M.M., Popova E.A., Tupikin A.E., Stepanenko V.N., Kabilov M.R., Shabunin S.V., Osmolovskiy A.A., Miroshnikov K.A. Gene analysis, cloning, and heterologous expression of protease from a micromycete Aspergillus ochraceus capable of activating protein C of blood plasma // Microorganisms. 2021. V. 9. Art. 1936.
  10. Lahiri D., Nag M., Banerjee R., Mukherjee D., Garai S., Sarkar T., Dey A., Sheikh H.I., Pathak S.K., Edinur H.A., Pati S., Ray R.R. Amylases: biofilm inducer or biofilm inhibitor? // Front. Cell. Infect. Microbiol. 2021. V. 11. Art. 660048.
  11. Melchior M.B., Vaarkamp H., Fink-Gremmels J. Biofilms: a role in recurrent mastitis infections? // Veterinary J. 2006. V. 171. P. 398‒407.
  12. O’Toole G.A., Kolter R. Initiation of biofilm formation in Pseudomonas fluorescens WCS365 proceeds via multiple, convergent signalling pathways: a genetic analysis // Mol. Microbiol. 1998. V. 28. P. 449‒461.
  13. Sambrook J., Fritsch E.F., Maniatis T. Molecular cloning: a laboratory manual // Cold Spring Harbor Laboratory Press. 1989. V. 49. № 2. P. 411.
  14. Sauer K., Stoodley P., Goeres D.M., Hall-Stoodley L., Burmolle M., Stewart P.S., Bjarnsholt T. The biofilm life cycle: expanding the conceptual model of biofilm formation // Nature Revs. Microbiol. 2022. V. 20. P. 608–620.
  15. Schwartz S.H. An overview of the Schwartz theory of basic values // Online readings in Psychology and Culture. 2012. V. 2. № 1. Art. 11.
  16. Taglialegna A., Lasa I., Valle J. Amyloid structures as biofilm matrix scaffolds // J. Bacteriol. 2016. V. 198. P. 2579‒2588.
  17. Usmani Y., Ahmed A., Faizi S., Versiani M.A., Shamshad S., Khan S., Simjee S.U. Antimicrobial and biofilm inhibiting potential of an amide derivative [N-(2’, 4’-dinitrophenyl)-3β-hydroxyurs-12-en-28-carbonamide] of ursolic acid by modulating membrane potential and quorum sensing against colistin resistant Acinetobacter baumannii // Microb. Pathog. 2021. V. 157. Art. 104997.
  18. Vuotto C., Donelli G. Novel treatment strategies for biofilm-based infections // Drugs. 2019. V. 79. P. 1635–1655.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. Assessment of the destruction of the total volume of biofilms and the volume of the matrix of bacterial biofilms by PAPC protease. The color is crystalline purple and Congo red.

Download (193KB)
3. Fig. 2. The effect of PAPC (100 mcg/ml) on the integrity of the biofilm and effectiveness against S. aureus, M. luteus, E. faecalis, E. coli, K. pneumoniae and P. aeruginosa cells in the composition of the formed biofilm. On micrographs, the scale mark corresponds to 5 microns, on Z-slices — 10 microns.

Download (769KB)

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».