Sequential and simultaneous application of phages in the inactivation of Escherichia coli and its effect on antibiotic resistance

Abstract

Escherichia coli stands as a primary bacterium accountable for moderate and severe infections in both hospital and community settings, primarily owing to the emergence of antibiotic-resistant strains. Increased infections caused by antibiotic-resistant E. coli strains drive up mortality rates and healthcare expenditures. Hence, there is a need for effective methods to manage E. coli infections. Among the most promising strategies is applying phage therapy to prevent and treat these infections. Bacteriophages are bacterial viruses known for their high specificity, safety for human cells, great versatility, ease of isolation, and characterisation. In general, phage therapy is a straightforward and cost-effective treatment. However, using a single-phage treatment for infections caused by various bacterial strains may not be efficient due to the phage's specificity. An effective solution is the use of phage cocktails, which consist of a mixture of different phages. This approach is versatile, capable of addressing single and multiple bacterial infections, and can help mitigate the development of phage resistance. In recent years, research focusing on the potential of phage cocktails as biological control agents against E. coli is growing. In this study, we evaluated the impact of simultaneous and sequential administration of phages on E. coli inactivation. We also assessed these phages' influence on bacterial susceptibility to specific antibiotics. The findings from this study indicate that employing phage cocktails, whether administered simultaneously or sequentially, presents a promising alternative for E. coli inactivation. Furthermore, it can be inferred that phages have the potential to alter bacteria, eventually reducing their antibiotic resistance.

Escherichia coli é considerada uma das principais bactérias responsáveis por infeções moderadas e graves em ambientes hospitalares e comunitários, principalmente devido ao aparecimento de estirpes resistentes a antibióticos. Este aumento de infeções causadas por estirpes de E. coli resistentes a antibióticos está a causar um aumento nas taxas de mortalidade e nos custos em cuidados de saúde. Desta forma, existe uma necessidade em encontrar métodos eficazes para controlar infeções causadas por E. coli. Entre as estratégias mais promissoras está a terapia fágica como prevenção e tratamento de infeções bacterianas. Os bacteriófagos são vírus bacterianos, altamente específicos, seguros para células humanas, muito versáteis e de fácil isolamento e caracterização. De forma geral, a terapia fágica é um tratamento simples e de baixo custo. No entanto, o tratamento monofágico de infeções causadas por diversas estirpes bacterianas pode não ser eficiente devido à alta especificidade característica dos fagos. Uma alternativa eficaz é a utilização de cocktails de fagos, que são compostos por uma mistura de diferentes fagos. Esta abordagem é versátil, capaz de tratar infeções causadas por uma ou mais estirpes bacterianas, e pode contribuir para a mitigação do desenvolvimento de bactérias resistentes a fagos. Nos últimos anos, o número de estudos focados no potencial uso de cocktails de fagos como agentes de controlo biológico contra E. coli tem aumentado. Assim, neste estudo avaliou-se o impacto da aplicação simultânea e sequencial de fagos na inativação de E. coli e a influência que estes fagos tiveram na suscetibilidade bacteriana a certos antibióticos. Os resultados indicam que a aplicação de cocktails de fagos, administrados simultânea ou sequencialmente, é uma alternativa promissora para a inativação de E. coli. Além disso, pode-se inferir que os fagos têm o potencial de modificar as bactérias, podendo eventualmente reduzir a sua resistência a certos antibióticos.