Effect of photodynamic therapy on the virulence factors of Staphylococcus aureus

Abstract

Staphylococcus aureus are Gram-positive bacteria who integrate the human microbiota. Nevertheless, these bacteria can be pathogenic to the humans. Due to the increasing occurrence of antibiotic-resistant S. aureus new approaches to control this pathogen are necessary. The antimicrobial photodynamic inactivation process (PDI) is based in the combined use of a light source, an oxidizing agent like oxygen and an intermediary agent (a photosensitizer). These three components interact to form cytotoxic reactive oxygen species that irreversibly damage vital constituents of the microbial cells and ultimately lead to cell death. In fact, PDI is being shown to be a promising alternative to the antibiotic approach in the inactivation of pathogenic microorganisms. However, information on effects of photosensitization on particular virulence factors is strikingly scarce. The objective of this work was to evaluate the effect of PDI on virulence factors of S. aureus. For this, as photosensitizer the 5,10,15,20-tetrakis(1-methylpyridinium-4-yl)porphyrin tetra-iodide (Tetra-Py+-Me) and six strains of S. aureus (one reference strain, one strain with 1 enterotoxin, two strains with 3 enterotoxins and two strains resistant to methicillin, MRSA – one with 5 enterotoxins and the other without enterotoxins) were used. The effect of photosensitization on catalase activity, beta hemolysis, lipases, thermonuclease, enterotoxins, coagulase production and resistance to methicillin was assessed. The results indicate that the expression of some virulence factors in the cells subjected to this therapy is affected. Additionally the susceptibility of the strains to PDI did not decrease upon successive treatments.

Staphylococcus aureus é uma espécie bacteriana Gram-positiva que integra a microbiota humana. No entanto, as bactérias desta espécie podem tornar-se patogénicas para os humanos. Devido ao aumento de ocorrência de S. aureus resistentes a antibióticos tornam-se necessárias novas abordagens terapêuticas no controlo deste organismo patogénico. O processo antimicrobiano de inativação fotodinâmica (PDI) é baseado no uso combinado de luz, oxigénio e um agente fotoativado (designado por fotossensibilizador). A interação destes três componentes leva à formação de espécies reativas de oxigénio, altamente citotóxicas, que danificam, de forma irreversível, componentes vitais das células microbianas, podendo culminar na morte celular. A inativação fotodinâmica tem-se mostrado, de facto, uma alternativa promissora na inativação de microrganismos patogénicos. Ainda assim, o conhecimento sobre o efeito que esta abordagem tem sobre os fatores de virulência ainda é escasso. O objetivo deste trabalho de dissertação foi avaliar os efeitos da PDI sobre fatores de virulência de S. aureus, Para tal, recorreu-se ao tetra-iodeto de 5,10,15,20-tetraquis(1-metilpiridínium-4il)porfirina (Tetra-Py+-Me), usado como fotossensibilizador, e estudou-se o seu efeito seis estirpes de S. aureus (uma estirpe de referência, uma estirpe que expressa uma enterotoxina, duas estirpes com três enterotoxinas e duas estirpes resistentes à meticilina, MRSA, uma expressa cinco enterotoxinas e a segunda não enterotoxica). O efeito da fotossensibilização foi verificado na atividade da catalase, beta hemólise, lípases, termonuclease, produção de enterotoxinas e da enzima coagulase, bem como na resistência à meticilina. Os resultados indicaram que a expressão de alguns fatores de virulência das células sujeitas ao processo fotodinâmico são afetados pela PDI. Adicionalmente verificou-se que a suscetibilidade das estirpes bacterianas à PDI não diminui ao longo de vários tratamentos consecutivos.