Efficiency of single phage suspensions and phage cocktails in the inactivation of pure and mixed cultures of Salmonella Typhimurium

Abstract

Escherichia coli is responsible for several infections in hospital and community environments due to the evolution of some E. coli into virulent strains responsible for a variety of diseases, such as intestinal diarrhoea, urinary tract infections (UTI), septicaemia, pneumoniae, and meningitis. Salmonella spp. is one of the most renowned foodborne pathogens worldwide and can cause several diseases such as typhoid fever, non-typhoidal salmonellosis, bacteraemia, and gastroenteritis. The emergence of antibiotic resistance in bacteria, including in strains of E. coli and Salmonella, is a global concern and the use of bacteriophages (phages) is increasingly attracting attention as an alternative approach to inactivate pathogenic bacteria. Bacteriophages are bacterial viruses and their antibacterial nature through induction of bacterial lysis, high host specificity and rapid reproduction enable them to control bacterial populations. Several studies have shown encouraging results when using single phage suspensions and phage cocktails to inactivate bacteria in vitro and in vivo. In this study, we used the resazurin cell viability method as an effective, rapid, high-throughput, quantitative and cost-effective method for the evaluation of phage therapy effectiveness. This method was compared with the expensive and laborious counting of colony-forming units and less accurate monitoring of the optical density through spectrophotometry. The results showed that the resazurin colorimetric cell viability assay is a precise methodology, producing similar results to the standard method of colony-counting and ensuring more sensitive results than the OD method. The aim of this study was also to evaluate the efficiency of single phage suspensions and of a phage cocktail in the inactivation of E. coli and S. Typhimurium. For such, we tested single phage suspensions (ELY-1, phSE-5) and a phage cocktail (ELY-1/phSE-5) of E. coli and S. Typhimurium phages in pure and mixed cultures of E. coli and S. Typhimurium. Both single suspensions of phages were able to inactivate both pure and mixed cultures of bacteria, but, with the exception of pure culture of E. coli, the phage cocktail was the one with better results. The results show that phage cocktails are the better choice to inactivate pathogenic bacteria.

Escherichia coli é responsável por várias infeções em ambiente hospitalar e também na comunidade devido à transformação de algumas estirpes E. coli em estirpes virulentas responsáveis por uma variedade de doenças como diarreia intestinal, infeções do trato urinário (ITU), septicémia, pneumonia e meningites. Salmonella spp. é uma das bactérias patogénicas mais envolvida em doenças transmitidas por alimentos a nível mundial e pode provocar várias doenças como febre tifoide, salmonelose não tifoide, bacteriemias e gastroenterites. A emergência de resistência bacteriana, incluindo em estirpes de E. coli e Salmonella, a antibióticos é uma preocupação global e o uso de bacteriófagos (fagos) como alternativa para inativar bactérias patogénicas está a ganhar cada vez mais destaque. Os bacteriófagos são vírus que infetam bactérias e a sua capacidade para causar lise bacteriana de uma forma específica e rápida permite-lhes controlar populações bacterianas. Vários estudos mostram resultados promissores quando suspensões simples de fagos e cocktail de fagos são usados para inativar bactérias in vitro e in vivo. Neste estudo, a viabilidade celular com resazurina foi usada como um método eficaz, rápido, de alto rendimento, quantitativo e rentável para a avaliação da eficácia da terapia fágica. Este método foi comparado com o dispendioso e trabalhoso método de contar unidades formadoras de colónias e com o método menos preciso de monitorizar a densidade ótica através da espetrofotometria. Os resultados mostraram que o ensaio colorimétrico da viabilidade celular com resazurina é preciso por produzir resultados semelhantes ao padronizado método de contar colónias e mais sensível que o método da densidade ótica. Este trabalho também teve como objetivo avaliar a eficiência de suspensões simples de fagos e cocktail de fagos na inativação de S. Typhimurium e E. coli. Para tal, testou-se suspensões simples de fagos (ELY-1, phSE-5) e um cocktail de fagos (ELY-1/phSE-5) em culturas puras e mistas de E. coli e S. Typhimurium. Ambas as suspensões simples de fagos foram capazes de inativar as culturas puras e mistas de bactérias. O cocktail de fagos foi o que apresentou melhores resultados, com a exceção da cultura pura de E. coli, onde a combinação de fagos não melhorou a inativação. Os resultados indicam que os cocktails de fagos são a melhor escolha para inativar bactérias patogénicas.