נושא הפרוייקט
מספר פרוייקט
מחלקה
שמות סטודנטים
אימייל
שמות מנחים
השפעת הנגזרת של piperlongumine (PL-18) על חיידקי גראם-חיוביים
The effects of PL-18 on Gram-positive bacteria: Bacillus subtilis & Staphylococcus aureus
תקציר בעיברית
חיידקים יכולים ליצור קהילות גדולות ולפעול באופן עצמאי וגם קבוצתי ובכך שרידותם עולה ואף סבילותם לאנטיביוטיקה גדלה. כיום טיפול בזיהומים מבוסס על תרכובות אשר מטרתן להרוג את החיידקים. בעקבות טיפולים אלו עלו שתי בעיות עיקריות, הראשונה היא פיתוח עמידות לאנטיביוטיקות שונות. הבעיה השנייה נובעת מסבילות החיידקים לטיפול בשל גדילתם במבנה הקרוי ביופילם. מבנה זה מאופיין בקהילות רב-תאיות של חיידקים הדבוקים למשטח העטופים במטריצה שהם מפרישים המכילה פולימרים exopolymeric substances (EPS). הביופילם ממלא תפקיד מפתח בהישרדות מיני החיידקים בסביבה מגוונת ועוינת בנוסף לסבילות לאנטיביוטיקות שונות. תהליך יצירתו מבוקר בין היתר על ידי מערכת הנקראת Quorum-sensing (QS). מערכת ה QS היא דרך התקשורת בין החיידקים האחראית על ויסות גנים רבים בהתאם לצפיפות אוכלוסיית החיידקים וכתגובה למולקולות איתות חוץ תאיות (Als). בשל היותה מערכת חשובה בחיידקים האחראית למגוון תהליכים בינהם ייצור מנגנוני האלימות, פגיעה בה מהווה פוטנציאל לפיתוח תרופות אשר יגרמו לפגיעה בייצור גורמי האלימות ופתוגניות בחיידק. בגישה זו נמנעים מלהרוג את החיידקים בשונה מטיפול באנטיביוטיקה הנעשה כיום. בעקבות מחקר קודם במעבדה בו נמצא כי החומר הסמי-סינטטי נגזרת של חומר בשם פיפרלונגומין, PL-18, פוגע במערכת QS ויצירת ביופילם בחיידק הגראם-שלילי, Pseudomonas aeruginosa. בפרויקט הנ"ל נבחנת השפעת החומר PL-18 על חיידקי גראם חיובים, חיידקי המודל שנבחרו הם Bacillus subtilis ו Staphylococcus aureus. תחילה נבחנה השפעת החומר על קינטיקת גדילתם ובהמשך על כמות הביופילם בנוכחות ריכוזים שונים של החומר. עד כה נמצא כי החומר אינו רעיל לשני החיידקים כפי שנבדק ע"י קינטיקת מדידה של עכירות התרבית וע"י מבחן דיסקיות. PL-18 אף גורם לעלייה בכמות הביופילם כתלות בריכוז החומר. מדידת הביופילם נעשתה באמצעות צביעה בקריסטל ויולט וגם באמצעות צביעת הביופילם עם הקיט Live and Dead וצילום במיקרוסקופ קונפוקלי. לסיכום, PL-18 לא רעיל לחיידקים גראם חיובים בדומה לתצפיות מהעבודה על חיידקים גראם שליליים. ההשפעה של PL-18 על ביופילם מציע שאולי ישנה השפעה על מערכת QS של חיידקים גראם חיוביים ואולי גם מערכות אחרות שמבקרות את התפתחות הביופילם.
תקציר באנגלית
Today the treatment of chronic infections is based on compounds that aim to kill or inhibit the growth of bacteria. Two problems are recognized to be intrinsically associated with this approach. The development of resistance to antimicrobial compounds, and the fact that therapeutics are considerably less effective on bacteria growing in biofilms when compared with planktonic cells. Biofilms play an important role in bacterial survival in a variety of environments, as well as in their antibiotic tolerance. The biofilm formation process is controlled by Quorum-Sensing (QS) whereby bacteria produce and release chemical signal molecules called autoinducers that increase in concentration as a function of cell density. Several physiological functions, such as nutrient uptake, competence development, biofilm formation, sporulation, and toxin secretion, occur under the control of QS. Thus, targeting QS has the potential for the development of drugs that damage bacterial virulence and pathogenicity. Unlike antibiotics today, in this approach, complete bacterial eradication is avoided. A previous study in our laboratory found that the semi-synthetic derivative of Piperlongumine, PL-18, damages QS systems and the formation of biofilm in the Gram-negative bacterium, Pseudomonas aeruginosa. In the current project, the effect PL-18 was tested on Gram-positive bacteria. The model bacteria chosen were Bacillus subtilis and Staphylococcus aureus. We found that PL-18 is not toxic to these bacteria as tested using kinetic turbidity measurements and disk diffusion experiments. Using crystal violet staining and dye the biofilm with Live and Dead kit and image the biofilm in the confocal microscopy we found that PL-18 increased the amount of biofilm in a dose dependent manner. To conclude, PL-18 is nontoxic to Gram-positive as also been showed to Gram-negative bacteria. The effect of PL-18 on biofilm suggests that QS and maybe other systems that control the process of biofilm formation in the tested bacteria is affected by PL-18.